Relatório Instrumental Quinina

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UNIVERSIDADE FEDERAL DE MINAS GERAIS
Departamento de Química
QUI624 - Química Analítica Instrumental
Turma PU1
Açucena Barroso de Souza
Eduarda Ayumi Shiraishi Amano
Micael de Oliveira Ferencs
Determinação de Quinina em Água Tônica por espectrofluorimetria
Professor: Fernando Barbosa Egreja Filho
Belo Horizonte
Junho/2017
Introdução
	A água tônica é uma água com gás que contém soda, açúcar e de quinina, sendo essa última a diferença para os outros refrigerantes.
	A quinina é um composto que apresenta fórmula molecular C20H24N2O2 (massa molar de 324 g/mol), estereoisômero de quinidina, com sua estrutura representada na Figura 1. É um alcaloide em forma de pó branco, inodoro, extraída da quina, usada como flavorizante da água tônica e é a responsável pelo sabor amargo característico da água tônica.
Figura 
1
: 
Fórmula e
strutura
l
 da quinina.
	
	A quinina possui característica luminescente, apresentando, quando em solução ácida, absorção na região do ultravioleta, tanto em 250 nm quanto em 350 nm, o que resulta em emissão em 450 nm (Figura 2). Essa característica é explicada através de sua estrutura (Figura 1), já que é uma molécula mista, possuindo anéis aromáticos, cíclicos e grupos doadores de elétrons, como, por exemplo, o –OH (hidroxila), que intensificam o rendimento quântico do processo de absorção e emissão desse composto.
Figura 2: Espectro de excitação e emissão da quinina.
	Esse sal é utilizado no tratamento contra a malária, sendo confundido, portanto, como possível medicamento. Entretanto, para possuir efeito farmacológico suficiente, é necessária a administração de 1,5 g por dia de quinina, enquanto, na água tônica, essa quantidade é bem inferior (no máximo 85 mg por litro de água tônica).
	Sua efetividade no tratamento da malária e de arritmias cardíacas deve-se às funções antitérmicas, antimaláricas e analgésicas. É indicado para febre, espasmo, redução do batimento cardíaco, feridas, etc. Porém, o excesso causa efeitos colaterais como cinchonismo, caracterizado por enxaqueca, brotoeja, dor abdominal, surdez e cegueira.
	De acordo com a Anvisa (Agência Nacional de Vigilância Sanitária), a quantidade máxima em bebidas, em mg/L, de quinina é de 85. Além disso, conforme o artigo 25 do Decreto 6.871 (BRASIL, 2009), “a água tônica de quinino é o refrigerante que contiver, obrigatoriamente, de três a sete miligramas de quinino ou seus sais, expresso em quinino anidro, por cem mililitros de bebida”.
	Na prática, para determinar a concentração de quinina nas amostras de água tônica das marcas Antarctica e Schin, expostas na Figura 3, utilizou-se o método de espectrofluorimetria. 
Figura 
3
: Águas Tônicas utilizadas no experimento.
	A espectrofluorimetria, por sua vez, é um método analítico baseado na luminescência molecular, ou seja, a emissão de radiação eletromagnética de moléculas que retornaram ao estado fundamental após serem excitadas. A fotoluminescência divide-se em fluorescência, na qual a prática foi baseada, e fosforescência, onde, em ambos, as espécies após serem excitadas, relaxam ao estado fundamental, liberando o excesso de energia na forma de fótons. A diferença entre esses dois processos está no tempo que se leva para ocorrer a emissão de luz, em que para a fluorescência é mais rápido e ocorre em um intervalo de tempo da ordem de 10-12 a 10-9 segundos e, para a fosforescência, leva-se um tempo maior que 10-8 segundos, podendo chegar a semanas.
	A fluorescência está presente em moléculas que possuem orbitais π e ligações duplas conjugadas e a eficiência quântica (razão entre o número de fótons emitidos e o número de fótons absorvidos) aumenta quando a molécula se apresentar plana e rígida. 
	Compostos não-fluorescentes também podem ser dosados por fluorimetria, desde que ao complexá-los, o complexo formado seja fluorescente.
	O aparelho usado para medir a intensidade da fluorescência é o fluorímetro e, na prática, utilizaram-se também dois quininômetros (Figuras 4 e 5) construídos pelo professor Valmir Fascio Juliano. Ambos os aparelhos são constituídos essencialmente de uma fonte de radiação que excitará as moléculas, em seguida há o primeiro monocromador que seleciona o comprimento de onda de excitação e a cubeta com amostra. O segundo monocromador, que seleciona o comprimento de onda de máxima emissão, e o detector estão posicionados a 90° em relação à amostra, uma vez que evita a observação da fonte pelo detector e diminui as perdas pelo fenômeno de espalhamento.São utilizados dois monocromadores para aumentar a sensibilidade, uma vez que, ao analisar uma amostra que apresenta duas ou mais moléculas fluorescentes, ao serem excitadas, elas emitirão juntas, produzindo interferência. Porém, os monocromadores selecionarão apenas o comprimento de onda de excitação e emissão da espécie que se quer analisar.
Figura 4: Quininômetro branco.
Figura 5: Quininômetro preto
	A interferência que pode ocorrer na dosagem de quinina na água tônica deve-se ao íon cloreto, agente de extinção de fluorescência. Entretanto, caso a concentração desse íon seja inferior a 4x10-4 mol/L – o que é frequente – a interferência pode ser desprezada.
	A espectrofluorimetria tem como vantagem a elevada sensibilidade e maior seletividade quando comparado, por exemplo, com a espectroscopia, já que nem todas as substâncias podem emitir fluorescência após absorverem radiação eletromagnética. Além disso, a fluorimetria apresenta-se muito eficaz para análise de amostras muito diluídas, tendo em vista que, no caso da espectroscopia, o feixe incidente (P0) chegaria com muita intensidade na amostra e ao passar por ela, o feixe emergente (P) seria pouquíssimo maior que P0, sendo uma diferença desprezível. Isso aconteceria devido ao monocromador estar alinhado à fonte, em que ele poderia ‘ver’ a luz de alta intensidade que sai dessa e um mínimo aumento ao passar pela amostra seria desprezado.
	A desvantagem é que se limita apenas a moléculas capazes de emitir fluorescência ou fosforescência.
Materiais e Métodos
	Inicialmente, antes do começo da prática, foram deixados, sob agitação, dois béqueres de 100 mL com amostras das Águas Tônica da Antarctica e da Schin, com o objetivo de eliminar o gás, CO2, das soluções. 
	Prepararam-se doze balões volumétricos de 50,00 mL com diferentes quantidades de solução padrão de quinina 100 mg L-1 e ácido sulfúrico H2SO4 0,25 mol L-1, expressos na tabela 1:
Tabela 1 – Volumes de solução padrão de quinina e ácido sulfúrico em balões de 50,00 mL numerados de 1 a 12.
	Balão (50,00 mL)
	Vquinina (mL)
	VH2SO4 (mL)
	1
	0,00
	5,00
	2
	0,50
	5,00
	3
	1,00
	5,00
	4
	1,50
	5,00
	5
	2,00
	5,00
	6
	2,50
	5,00
	7
	3,00
	5,00
	8
	4,00
	5,00
	9
	5,00
	5,00
	10
	7,50
	5,00
	11
	10,00
	5,00
	12
	12,50
	5,00
	
Com as amostras das águas tônicas já desgaseificadas (CO2 já liberado), prepararam-se seis balões de 50,00 mL com 5,00 mL de água tônica Antarctica em três deles (balões 13,14 e 15), 5,00 mL de água tônica Schin nos outros três (16, 17 e 18) e 5,00 mL de H2SO4 em todos eles, como mostrado na Tabela 2.
Tabela 2 – Volumes de amostra e ácido sulfúrico em balões de 50,00 mL numerados de 13 a 18
	Balão (50,00 mL)
	Vamostra (mL)
	VH2SO4 (mL)
	13
	5,00
	5,00
	14
	5,00
	5,00
	15
	5,00
	5,00
	16
	5,00
	5,00
	17
	5,00
	5,00
	18
	5,00
	5,00
	Em seguida, fez-se a medida de intensidade de emissão de todos os balões por três aparelhos: Quininômetro branco, quininômetro preto e fluorímetro.
Resultados e discussões
	Após realizar as medições nos três aparelhos – Quininômetro Branco, Quininômetro Preto e Fluorímetro da marca Frahm optical, em que se fixou o comprimento de onda de excitação em 350 nm e o comprimento de onda de emissão em 450 nm, e obtiveram-se as seguintes medidas de intensidade de emissão, expressas na Tabela 3.
	
Tabela 3– Valores de emissão para as soluções padrão de quininaBalão 
(50,00 mL)
	Cquinina (mg/L)
	Vquinina (mL)
	VH2SO4 (mL)
	Intensidade de Emissão (Quininômetro branco)
mV
	Intensidade de Emissão (Quininômetro preto)
mV
	Intensidade de Emissão (Fluorímetro)
mV
	1
	0,00
	0,00
	5,00
	0,80
	31
	0
	2
	1,00
	0,50
	5,00
	3,40
	42
	19
	3
	2,00
	1,00
	5,00
	5,10
	43
	38
	4
	3,00
	1,50
	5,00
	7,40
	57
	58
	5
	4,00
	2,00
	5,00
	9,00
	64
	74
	6
	5,00
	2,50
	5,00
	11,30
	69
	91
	7
	6,00
	3,00
	5,00
	13,30
	75
	108
	8
	8,00
	4,00
	5,00
	17,10
	89
	142
	9
	10,00
	5,00
	5,00
	19,80
	100
	174
	10
	15,00
	7,50
	5,00
	29,20
	124
	220
	11
	20,00
	10,00
	5,00
	35,80
	144
	304
	12
	25,00
	12,50
	5,00
	42,50
	166
	351
	A concentração de quinina em cada balão foi calculada utilizando-se a fórmula abaixo:
Cpadrão de quinina x Vquinina = Cquinina x Vbalão
	Sendo a concentração do padrão de quinina igual a 100 mg L-1 e o volume do balão igual a 50,00 mL, temos:
Cquinina = 100 x Vquinina / 50,00
Exemplo do cálculo para o balão 2: Vquinina = 0,50 mL
100 x 0,50/50,00 = Cquinina
Cquinina = 50/50,00 
Cquinina = 1,0 mg L-1
	Como o Quininômetro branco e o preto apresentaram emissão para o balão 1 (0,80 e 31 mV, respectivamente) foi necessário subtrair este valor das demais emissões. A tabela 3 mostra os valores obtidos pelos aparelhos que tiveram emissão para o balão 1 e os valores devidamente corrigidos. 
	Tabela 4– Valores de emissão corrigidos para os quininômetros branco e preto
	Intensidade de Emissão (Quininômetro branco)
mV
	Intensidade de Emissão CORRIGIDA (Quininômetro branco)
mV
	Intensidade de Emissão (Quininômetro preto)
mV
	Intensidade de Emissão CORRIGIDA (Quininômetro preto)
mV
	0,80
	0,00
	31
	0
	3,40
	2,60
	42
	11
	5,10
	4,30
	43
	12
	7,40
	6,60
	57
	26
	9,00
	8,20
	64
	33
	11,30
	10,50
	69
	38
	13,30
	12,50
	75
	44
	17,10
	16,30
	89
	58
	19,80
	19,00
	100
	69
	29,20
	28,40
	124
	93
	35,80
	35,00
	144
	113
	42,50
	41,70
	166
	135
	A partir dos valores de intensidade de emissão construiu-se a curva de calibração e a faixa linear com a equação da reta e R² para cada aparelho. O primeiro ponto foi excluído da faixa linear, pois ele não possui quinina. Além disso, observa-se que alguns pontos saem da faixa linear, portanto foram excluídos e então se obteve a equação da reta de cada gráfico. Foram utilizados os 6 primeiros pontos depois do primeiro (que foi excluído) para a construção do gráfico da faixa linear.
QUININÔMETRO BRANCO
CURVA DE CALIBRAÇÃO
Figura 6: Gráfico da intensidade de emissão em função da concentração de quinina do Quininômetro branco.
FAIXA LINEAR E EQUAÇÃO DA RETA
Figura 7: Gráfico da intensidade de emissão em função da concentração de quinina para os pontos dentro da faixa linear do Quininômetro branco.
QUININÔMETRO PRETO
	
CURVA DE CALIBRAÇÃO
Figura 8: Gráfico da intensidade de emissão em função da concentração de quinina do Quininômetro preto.
FAIXA LINEAR E EQUAÇÃO DA RETA
Figura 9 Gráfico da intensidade de emissão em função da concentração de quinina para os pontos dentro da faixa linear, exceto o ponto 2, do Quininômetro preto.
FLUORÍMETRO
CURVA DE CALIBRAÇÃO
Figura 10: Gráfico da intensidade de emissão em função da concentração de quinina do Fluorímetro.
FAIXA LINEAR E EQUAÇÃO DA RETA
Figura 11: Gráfico da intensidade de emissão em função da concentração de quinina para os pontos dentro da faixa linear do Fluorímetro.
	Em seguida, realizou-se a medida da intensidade de emissão das amostras de água tônica Antarctica e Schin feitas em triplicata em cada aparelho. Foi necessário subtrair os valores de emissão do balão 1 dos balões de 13 a 18 nas medições do Quininômetro branco (apresentou emissão no balão 1 de 0,80 mV) e do Quininômetro preto (apresentou emissão no balão 1 de 31 mV). Os valores estão relacionados na tabela 5, os dados grifados de amarelo correspondem à água tônica Schin e os dados grifados de azul correspondem à água tônica Antartica, já corrigidos.
	Tabela 5– Valores de emissão para cada amostra de Água Tônica da Antárctica e da Schin e valores corrigidos 
	Balão (50 mL)
	Vamostra (mL)
	VH2SO4 (mL)
	Intensidade de Emissão (Quininômetro branco)
	Intensidade de Emissão (Quininômetro preto)
	Intensidade de Emissão (Fluorímetro)
	13
	5,00
	5,00
	9,50
	8,70
	64
	33
	79
	79
	14
	5,00
	5,00
	9,50
	8,70
	58
	27
	79
	79
	15
	5,00
	5,00
	9,80
	9,00
	60
	29
	79
	79
	16
	5,00
	5,00
	13,10
	12,30
	76
	45
	101
	101
	17
	5,00
	5,00
	12,50
	11,70
	71
	40
	98
	98
	18
	5,00
	5,00
	12,60
	11,80
	71
	40
	97
	97
	
	Com a equação da reta de cada aparelho, evidenciada nas figuras 7, 9 e 11, calculou-se a concentração de quinina nos balões 13 a 18 para a água tônica de ambas as marcas. Os resultados estão expressos na tabela 6 (os valores grifados em amarelo correspondem à água tônica Schin e os grifados em azul à água tônica Antárctica).
Exemplo do cálculo para o balão 13 e 16, respectivamente, utilizando o Quininômetro branco:
Antarctica
y = 1,991x + 0,48
8,70 = 1,991x + 0,48
x = 4,129 mg/L
Schin
y = 1,991x + 0,48
12,30 = 1,991x + 0,48
x = 5,938mg/L
Exemplo do cálculo para o balão 13 e 16, respectivamente, utilizando a Quininômetro preto:
		Antarctica
y = 6,581x + 5,391
33 = 6,581x + 5,391
x = 4,195 mg/L
Schin
y = 6,581x + 5,391
45 = 6,581x + 5,391
x = 6,019 mg/L
Exemplo do cálculo para o balão 13 e 16, respectivamente, utilizando o Fluorímetro:
		Antarctica
y = 17,71x + 2,666
79 = 17,71x + 2,666
x = 4,310 mg/L
		Schin
y = 17,71x + 2,666
101 = 17,71x + 2,666
x = 5,552 mg/L
Tabela 6 – Valores de concentração de quinina nos balões de 13 a 18
	Cquinina
	Balão (50,00 mL)
	Quininômetro branco
(mg/L)
	Quininômetro preto
(mg/L)
	Fluorímetro
(mg/L)
	13
	4,129
	4,195
	4,310
	14
	4,129
	3,284
	4,310
	15
	4,279
	3,587
	4,310
	16
	5,938
	6,019
	5,552
	17
	5,635
	5,259
	5,383
	18
	5,686
	5,259
	5,327
	Como nessa pratica utilizou-se um fator de diluição igual a 10 (FD=50/5), os valores da tabela 6 foram multiplicados por dez chegando-se aos resultados finais expressos na tabela, sendo os valores grifados em azul referentes à Antarctica e os em amarelo, à Schin.
Tabela 7 – Valores de concentração de quinina na Água Tônica
	Cquinina
	Balão (50 mL)
	Quininômetro branco
(mg/L)
	Quininômetro preto
(mg/L)
	Fluorímetro
(mg/L)
	13
	41,29
	41,95
	43,10
	14
	41,29
	32,84
	43,10
	15
	42,79
	35,87
	43,10
	16
	59,38
	60,19
	55,52
	17
	56,35
	52,59
	53,83
	18
	56,86
	52,59
	53,27
	
	A tabela 7 mostra a estatística dos valores obtidos nessa prática.
Tabela 7 – Estatística das concentrações de quinina para cada aparelho
	
	Quininômetro branco
	Quininômetro preto
	Fluorímetro
	Marca
	Antárctica
	Schin
	Antárctica
	Schin
	Antárctica
	Schin
	Média
	41,46
	57,53
	36,89
	55,12
	43,10
	54,21
	Desvio Padrão
	0,3
	1,6
	4,6
	4,4
	0
	1,2
	IC
	41,5+0,7
	58+4
	37+11
	55+11
	0
	54+3,0
	Conc. De quinina
	41,5+0,3
41,5+0,7
	58+2
58+4
	37+5
37+11
	55+4
55+11
	43,10
	54+1
54+3
As fórmulas utilizadas para preencher a tabela estão evidenciadas abaixo:
Média
x = ∑Cquinina/3
Desvio Padrão
IC
	Admitindo que o Fluorímetro seja o aparelho de maior confiabilidade, puderam-se comparar os resultados dos dois outros aparelhos, calculando o erro de exatidão, tomando como valor de referência (teórico), os valores obtidos do Fluorímetro. Os erros para cada um dos aparelhos e marcas estão representados na Tabela 8.
Tabela 7 – Erro relativo (de exatidão) associado ao Quininômetro branco e ao Quininômetro preto referente a cada uma das marcas
	
	Quininômetro branco
	Quininômetro preto
	Marca
	AntarcticaSchin
	Antarctica
	Schin
	Erro relativo (%)
	3,81
	6,12
	14,41
	1,68
	A fórmula utilizada no cálculo de erro de exatidão, bem como um exemplo de sua aplicação, está representada abaixo:
Erro relativo ou de exatidão:
Erro = l [(Vobtido – Vteórico) / Vteórico ] I x 100
 Para o Quininômetro branco, utilizando o valor referente à amostra da marca Antarctica (valor obtido = 41,46 mg/L) e, sabendo que o valor teórico é igual a 43,10 mg/L, temos:
Erro = I [(41,46 – 43,10) / 43,10] I x 100
Erro = I [–1,64 / 43,10] I x 100
Erro = I–0,0381I x100
Erro = 0,0381 x 100
Erro = 3,81%
	 Os resultados da comparação dos dois Quininômetros com o Fluorímetro evidenciam que o branco foi mais exato para a amostra de Antarctica, que possui uma concentração menor de quinina, e o preto mais exato para a que possui maior concentração de quinina, ou seja, a amostra de Schin. Apesar disso, nos dois aparelhos foi possível verificar que a concentração de quinina é menor na água tônica Antártica quando comparada à água tônica Schin e, nos três aparelhos, ambas as marcas estão dentro da quantidade máxima aceita pela ANVISA.
Conclusão
	O método da Fluorimetria mostrou-se muito eficaz na determinação de concentração de compostos fluorescentes, no caso a quinina, principalmente quando utilizado o fluorímetro, que forneceu uma concentração de quinina de 43,10 mg/L para a Água Tônica Antarctica e de 54,21 para a Água Tônica Schin.
	Além disso, os quininômetros mostraram-se eficientes também, No entanto o branco mais para a amostra com menor concentração de quinina e preto mais para amostras com maior concentração de quinina.
Bibliografia
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Quimiton. “Água Tônica e o Quinino”; Blogspot. Disponível em: <http://quimiton.blogspot.com.br/2010/01/agua-tonica-e-o-quinino.html>. Acesso em: 30/05/2017.
LOUBACK, Artur. “Do que é feita a água tônica?”. Disponível em: <http://mundoestranho.abril.com.br/alimentacao/do-que-e-feita-a-agua-tonica/>. Acesso em: 30/05/2017.
Anvisa (Agência Nacional de Vigilância Nacional). Disponível em: <http://www4.anvisa.gov.br/base/visadoc/CP/CP%5B11219-1-0%5D.PDF>. Acesso em: 30/05/2017.