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ARTIGO 4 | p. 25-32 Validação de Método Analítico de Identificação e Quantificação dos Contaminantes Emergentes Ácido Acetilsalicílico, Diclofenaco e Paracetamol Utilizando Análise de LC/MS–IT-TOF1 Validation of an Analytical Method to the Identification and Quantification of Emerging Contaminants Aspirin, Diclofenac and Paracetamol Using LC/MS-IT-TOF Daniella Carla Napoleão2, Rogério Ferreira da Silva3, Danielle Pires de Souza1, Paula Tereza de Souza e Silva4, Marta Maria Menezes Bezerra Duarte1, Mohand Benachour1 e Valdinete Lins da Silva1 Resumo: A validação de método analítico é importante para identificação e quantificação de contaminantes emergentes (CE) como: AAS, diclofenaco e paracetamol utilizando LC/MS-IT-TOF. Um interesse crescente na comunidade científica se dá no estudo de micropoluentes que causam alterações ambientais, sendo encontrados em efluentes e rios. Classificadas como CE, dentre essas substâncias estão os fármacos, os quais acima citados foram quantificados e qualificados de forma eficiente via LC/ MS-IT-TOF. A confiabilidade desta metodologia de validação, seguiu normas da ANVISA. Parâmetros como linearidade, precisão, repetibilidade, limites de quantificação e detecção foram utilizados nas curvas com concentrações entre 0,01 e 1 mg.L-1. Palavras-chave: Método analítico; Aspirina; Paracetamol; Diclofenaco; LC/MS-IT-TOF. Abstract: Validation of analytical method is important for identification and quantification of emerging contaminants (EC) as: aspirin, diclofenac and paracetamol using LC/MS-IT-TOF. A growing interest in the scientific community is given in the study of micro-environmental changes that cause, being 1. Os autores agradecem à Farmácia Escola/UFPE e ao LAFEPE por ceder os princípios ativos dos fármacos estudados. À CAPES e ao Professor Célio Pasquini coordenador do Projeto CNPq/INCTAA/UNICAMP-UFPE, pelo aporte financeiro. 2. Departamento de Engenharia Química, Universidade Federal de Pernambuco. 3. Departamento de Química Fundamental, Universidade Federal de Pernambuco. 4. Embrapa Semi-Árido. QUÍMICA NO BRASIL | Volume 07 | Número 01 e 02 | Jan.-Dez. de 2013 1. Introdução A Revolução Industrial levou a um aumento sig- nificativo na produção de bens de consumo gerando resíduos, que têm sido descartados de maneira desor- denada durante vários anos na atmosfera, no solo e na água [1]. A comunidade científica de todo mundo tem se preocupado com estes descartes tendo em vista que cada vez mais têm surgido no meio ambiente micro- poluentes capazes de provocar alterações importan- tes à saúde de organismos vivos e interferir no meio ambiente [2]. Dentre esses micropoluentes, cerca de 11 milhões de substâncias estão registradas no Chemical Abstracts Service (CAS) dentre os quais 3.000 são produzidos em grande quantidade atin- gindo valores superiores a 500.000 kg por ano [1]. Entre essas substâncias um grupo passou a ser denominado Contaminantes Emergentes (CE) den- tre as quais estão os fármacos, com destaque para os analgésicos e os antiinflamatórios, que são lar- gamente utilizados nos sistemas de saúde públicos ou particulares assim como no consumo domés- tico [2-3]. Dentre os vinte compostos mais utiliza- dos em todo mundo encontram-se o Diclofenaco e o Ácido Acetilsalicílico (AAS). Produtos farmacêuticos como Paracetamol, Ácido Acetilsalicílico (AAS), Diclofenaco e Ibuprofeno, também têm sido encontrados em diversos compar- timentos ambientais; já existindo alguns estudos em torno dessas substâncias. A grande descoberta destes contaminantes no meio ambiente tem sido possível devido a utilização de técnicas analíticas bastante sensíveis com detecção de concentrações em nível de ng.L-1 [2, 4]. A metodologia utilizada para a identificação e quantificação dos CE é de extrema importância. Deste modo a Cromatografia Líquida de Alta Eficiência (CLAE) surgiu para auxiliar a avaliação da qualidade e da quantidade de espécies presentes tanto durante a produção de bens de consumo e medicamentos bem como para determinar sua presença em águas de consumo, já que estes são resistentes à maioria dos processos de tratamento utilizados [5-6]. A quantifi- cação desses compostos tem sido realizada através de análises cromatográficas acoplado a espectrometria de massas. A compatibilidade existente entre a Cromatografia Líquida Moderna e a Espectrometria de Massa tem demonstrado que estas técnicas trabalhando de forma aliada identificam informações importantes a níveis estruturais. Dessa forma surgiu a Cromatografia Líquida Acoplada à Espectrometria de Massas (LC/ MS) com capacidade de realizar análises qualitativas e quantitativas de maneira eficiente com alta sensibi- lidade e seletividade [7]. Diversos tipos de analisadores de massas como tripolo, quadrupolo, triplo-quadrupolo, “Ion Trap”, “Time-of-Flight”, têm sido muito usados com ênfase nestes dois últimos. Os analisadores do tipo “ion trap” que funcionam como um eletrodo, apresentando neste caso alta sensibilidade e seletividade tanto para a iden- tificação como para quantificação das substâncias ana- lisadas [8]. Nos analisadores do tipo “Time-of-Flight” found in effluents and rivers. Classified as EC among these substances are drugs, which above were quantified and qualified to efficiently LC/MS-IT-TOF. The reliability f this validation methodology, followed by ANVISA standards. Parameters such as linearity, accuracy, repeatability, limits of quantification and detection were used in the curves with concentrations between 0.01 and 1 mg.L-1. Key-words: Emerging contaminants; LC/MS; Validation. Validação de Método Analítico de Identificação e Quantificação dos Contaminantes Emergentes Ácido Acetilsalicílico... 27 QUÍMICA NO BRASIL | Volume 07 | Número 01 e 02 | Jan.-Dez. de 2013 Tabela 1. Gradiente de concentração do metanol. tempo (min) concentração de metanol (mg.l-1) 0,01 50 10 50 13 100 16 50 20 Parada do Equipamento (Tempo de Vôo), os íons formados na fonte de ioni- zação são levados a alta velocidade, a qual é inversa- mente proporcional à raiz quadrada da massa do íon, para um longo tubo atingindo em seguida o detector. Esse tipo de analisador recebe esse nome, pois seu processo operacional encontra-se baseado na medida do “tempo de vôo” do íon a ser analisado dentro do espectrômetro de massa. Esse tempo está relacionado com a razão m/z de cada íon [7]. Para garantir a confiabilidade de resultados apre- sentados através das mais variadas técnicas analíticas, é de suma importância a validação das metodologias empregadas [9], uma vez que esta objetiva diminuir e controlar os fatores que geram imprecisão ou inexati- dão dos dados, sendo importante cumprir as exigên- cias analíticas para um eficaz desempenho do método [10-11]. Dentre os diversos parâmetros utilizados no processo de validação podem ser citados: linearidade, precisão, repetitividade, exatidão, limite de quantifi- cação (LQ) e limite de detecção (LD) [9]. A linearidade garante que os resultados obtidos são proporcionais à concentração da substância estu- dada e/ou analisada [9, 12]; e pode ser testada de duas maneiras: a priori e a posteriori [13]. A preci- são pode ser expressa de três formas: repetitividade, reprodutibilidade e precisão intermediária; sendo as duas primeiras mais utilizadas [9]. A exatidão, por sua vez, representa o grau de concordância dos resultados individuais encontrados com um valor de referência considerado como verdadeiro [14]. Por fim, LQ e o LD representam a menor concentração do analito possível de ser determinada com precisão e veraci- dade [9, 14]; e a menor quantidade ou concentração do analito que pode ser detectada devendo ser dife- renciada de maneira confiável do zero, respectiva- mente [9, 15]. Os CE são substâncias de difícil degradação, sendo necessário empregar técnicas capazes de degradá-los por completo. É nesse sentido que os Processos Oxidativos Avançados (POA) vêm sendoutilizados, pois conseguem degradar o contaminante frente à realização de reações químicas oxidando compostos orgânicos complexos. Uma vantagem do POA é sua capacidade de poder ser aplicado no tra- tamento de águas contaminadas com poluentes em escala de micro e nanogramas, tornando as mesmas potáveis [16]. O objetivo deste trabalho foi validar a metodologia para a avaliação da presença de três fármacos (Ácido Acetilsalicílico (AAS), Diclofenaco e Paracetamol) em solução aquosa, simulando um efluente de uma indústria de fármacos do Estado de Pernambuco. A metodologia analítica aqui avaliada foi baseada em trabalho apresentado na literatura [17]. Para uma avaliação inicial da degradação desses fármacos utili- zando POA, foram realizados estudos com fotólise e processo Foto-Fenton para verificar a eficiência des- tes processos frente a cada um dos fármacos. 2. ProcedImento eXPerImental 2.1. análise por lc/ms–It-toF A quantificação dos compostos foi realizada através de análise cromatográfica líquida acoplada a espectrometria de massas utilizando um LC/MS– IT-TOF, coluna ODS com 50 mm (comprimento) × 2 mm (diâmetro interno) × 3 µm (espessura da fase estacionária). Utilizou-se a fase móvel composta por metanol e acetato de amônio (2 mol.L-1); o fluxo utilizado foi igual a 0,2 mL.min-1. A temperatura do forno foi mantida entre 40 ºC e 85 ºC; a fonte de ionização usada foi de Electrospray e as massas ana- lisadas no intervalo entre 100 e 400. O gradiente de concentração do solvente seguiu os valores descritos na Tabela 1. Para a validação da metodologia, foram utiliza- das as amostras dos fármacos (Ácido Acetilsalicílico 28 Validação de Método Analítico de Identificação e Quantificação dos Contaminantes Emergentes Ácido Acetilsalicílico... QUÍMICA NO BRASIL | Volume 07 | Número 01 e 02 | Jan.-Dez. de 2013 Tabela 2. Valores da média das áreas, Desvio Padrão e Coeficientes de Variância para os três Fármacos: AAS (A), Diclofenaco (B) e Paracetamol (C). conc. (mg.l-1) médias das Áreas desvio Padrão coeficiente de Variância (cV) A (x106) B (x106) C (x105) A (x105) B (x105) C (x104) A B C 0,01 2,6 2,1 3,6 4,71 4,2 3,1 18,4 19,5 8,8 0,05 7,6 7,9 26,6 13,8 9,4 29,0 18,1 11,9 10,9 0,1 15,6 17,1 52,0 22,3 16,6 76,1 14,3 9,8 14,6 0,2 29,2 35,0 97,6 40,0 32,9 20,0 13,7 9,4 2,1 0,5 70,9 87,8 269,0 109,0 42,9 27,0 15,4 4,9 10,0 0,7 102,0 134,0 446,0 105,0 144,0 72,6 10,2 10,8 16,3 1,0 158,0 174,0 585,0 247,0 105,0 86,0 15,7 6,1 14,7 (AAS), Diclofenaco e Paracetamol) em solução aquosa e estocadas em recipiente escuro para evitar a degradação dos mesmos decorrentes do efeito da luz. Inicialmente foram pesados 1 mg do princípio ativo de cada fármaco em balança analítica com preci- são de 5 casas decimais (Shimadzu, modelo AY 220). O princípio ativo do AAS (Lote 16169), bem como do Diclofenaco (Lote 16302) foram cedidos pelo Laboratório Farmacêutico do Estado de Pernambuco (LAFEPE) e o princípio do Paracetamol (Lote 09112008*3) foi oferecido pela Farmácia Escola/ UFPE. Estes foram transferidos para balão volumé- trico com capacidade para 100 mL e aferido com metanol (Merck), sendo preparada a solução estoque. A partir desta solução foram realizadas diluições para obtenção das diversas concentrações utilizadas para construção da curva analítica. As curvas analíticas foram construídas com uma faixa de concentração entre 0,01 e 1 mg.L-1 e para validação foram analisados os seguintes parâmetros de validação: Linearidade, Precisão, Repetitividade, Exatidão e Limites de Quantificação e Detecção (LQ e LD). 3. ValIdação da metodologIa Uma vez detectados os compostos é necessário que o método de medição seja confiável, sendo neces- sário sua validação. Sendo assim, foram preparadas sete curvas para cada um dos compostos, com sete diferentes concentrações, e a dispersão dos valores analisada com base no Teste de Grubb’s [16]. Uma vez obtidos valores em concordância com o Teste de Grubb’s, ou seja, com valores inferiores a 2,020 (valor de referência para um total de sete medições e com um nível de confiança de 95%) foi possível calcular a média das áreas e os respectivos desvios padrões (Tabela 2). Linearidade: este parâmetro foi, portanto ava- liado com base no coeficiente de correlação (r), o qual foi obtido após construção da curva da média da área versus a concentração (mg.L-1). A ANVISA recomenda um coeficiente de correlação igual a 0,99, enquanto que o INMETRO considera uma boa curva para valores de r > 0,90 [7, 9]. Precisão: esta foi avaliada com base na estima- tiva do desvio padrão absoluto (s), sobre as condições de repetitividade [9]. Outra análise realizada para garantir a precisão do método baseou-se no Coeficiente de Variância (CV), cujo cálculo foi realizado com base na equação 1. %CV x s 100#= r ^ h (1) É importante frisar que métodos adotados para quantificação de compostos requerem um valor de CV(%) inferior a 2%. Contudo, para métodos de aná- lise de traços e amostras complexas, como fármacos, são aceitos valores de até 20% [9, 19]. Exatidão: a forma utilizada para obter esse parâ- metro foi através do método da recuperação. Para recuperação foi realizado o processo de Extração Líquido-Líquido (ELL). Validação de Método Analítico de Identificação e Quantificação dos Contaminantes Emergentes Ácido Acetilsalicílico... 29 QUÍMICA NO BRASIL | Volume 07 | Número 01 e 02 | Jan.-Dez. de 2013 ELL: um volume igual a 1L de água destilada foi contaminado com 1 mg de cada um dos fárma- cos (AAS, Diclofenaco e Paracetamol); alíquotas de 50mL dessa solução foram extraídas pelo processo de Extração Líquido-Líquido conforme o método 3510C da USEPA (1996) [2]. Após a extração o volume obtido foi concentrado utilizando rota-evaporador, a 40 ± 1ºC. Os cálculos para a recuperação foram feitos com base na equação 2 [2]. O mesmo procedimento foi repetido para um volume igual a 1L de água des- tilada e contaminação com 0,5 mg de cada composto, de modo a garantir a exatidão em diferentes pontos da curva analítica. çã (%) 100Recupera o C C 2 1 #= c m (2) sendo, C1 = concentração obtida após a ELL; C2 = concentração da solução aquosa. Limite de Quantificação (LQ) e Limite de Detecção (LD): ambos foram obtidos pela relação entre a estimativa do desvio padrão da resposta e a inclinação da curva analítica [9, 19-20]. O LQ foi cal- culado com base na equação 3, enquanto que o LD foi obtido através da equação 4. LQ S s 10 #= (3) ,LD S s 3 3 #= (4) sendo, s = estimativa do desvio padrão; S = inclinação da curva analítica. 3.2. degradação dos fármacos via fotólise e processo foto-fenton Soluções sintéticas foram preparadas com concen- tração de 1 mg.L-1 de cada um dos fármacos (AAS, Diclofenaco e Paracetamol) e submetidas a radia- ção em reatores de bancada com 3 lâmpadas UV-C (Philips) de 30 W cada e emissão de fótons igual a 1,48 mW.cm-2. Para tal foram utilizados béqueres com capacidade para 100 mL, onde alíquotas de 50 mL da solução foram colocadas. As amostras foram submetidas à radiação por um período de 2h, em seguidas foram submetidas à ELL e concentradas em rota-evaporador a 40 ± 1ºC, para posterior quantificação dos compostos no LC/ MS-IT-TOF. Os experimentos foram realizados em duplicata. O mesmo procedimento foi repetido para o Processo Foto-Fenton, que foi realizado sob as seguintes condi- ções: adição de 3 µL de H202, adição de 10,8 mg de FeSO4.7H2O e controle de pH entre 4 e 5. 4. resultados 4.3. detecção dos fármacos: análise por lc/ms–It-toF A detecção de cada composto foi realizada através da análise do tempo de retenção e da massa. O AAS apresentou uma massa igual a 137,03 g.mol-1. Este composto apresenta uma massa molar (MM) igual a 180,16 g.mol-1; contudo estudos já realizados pela comunidade científica mostram que o AAS (MM = 180 g.mol-1) quando em solução degrada rapidamente a ácido salicílico (MM = 138 g.mol-1), o que corro- bora os dados obtidosno presente trabalho [18]. O AAS foi observado no modo de ionização negativo e apresentou um tempo de retenção médio igual a 2,114 min, estando em concordância com estudos já realiza- dos que indicam o tempo de retenção deste composto entre 0 e 8 min [15]. Para o analgésico/antipirético Diclofenaco, a massa encontrada foi igual a 294,01 g.mol-1, valor este muito próximo ao encontrado por outros pesqui- sadores (MM= 294,1322 g.mol-1) [21]. O composto foi observado no modo de ionização negativo e apre- sentou um tempo de retenção médio igual a 14,698 min, o que está de acordo com dados da literatura que mostra que este fármaco apresenta um tempo de retenção entre 11,2 e 15,0 min [17]. 30 Validação de Método Analítico de Identificação e Quantificação dos Contaminantes Emergentes Ácido Acetilsalicílico... QUÍMICA NO BRASIL | Volume 07 | Número 01 e 02 | Jan.-Dez. de 2013 Tabela 3. Resultados do Teste de Grubb’s realizados para 95% de confiança, nos quais para sete medições os valores de G< e G> devem ser inferior ao valor de 2,020. g< g> AAS Diclofenaco Paracetamol AAS Diclofenaco Paracetamol 1,546 1,458 1,349 0,281 1,099 1,290 1,781 1,731 1,633 1,001 0,949 1,600 1,833 1,408 1,190 1,005 1,193 1,077 1,586 1,445 0,738 1,487 0,935 1,461 2,019 1,457 1,401 0,702 1,097 1,192 1,864 1,309 1,575 0,571 1,028 1,796 2,019 1,551 1,561 0,896 0,992 1,825 Assim como os outros dois fármacos, o Paracetamol foi observado no modo de ionização negativo (MM = 150,06 g.mol-1), e apresentou um tempo de retenção médio para este fármaco igual a 1,240 min, o que é corroborado por estudos que evi- denciam o tempo de retenção entre 0 e 3,4 min [17]. 4.4. Validação da metodologia Com os resultados da construção das sete curvas com sete diferentes concentrações para cada um dos compostos foram obtidas as médias das áreas conti- das e calculados os respectivos desvios padrões, cujos valores estão dispostos na Tabela 2. A análise da dispersão dos resultados foi reali- zada com base no Teste de Grubb’s e esses valores encontram-se dispostos na Tabela 3. A análise desta Tabela permite verificar que os valores obtidos estão em conformidade com o Teste realizado para 95% de confiança, isto é, todos os valores obtidos apresenta- ram-se inferior a 2,020 (valor de referência para sete medições). Uma vez detectados os fármacos e analisadas as curvas foi possível estudar os parâmetros de valida- ção da metodologia. A análise da linearidade se deu através do cálculo do coeficiente de correlação (r), adotando os parâmetros da ANVISA, que considera uma curva linear para valores de r iguais a 0,99. As curvas analíticas dos três fármacos; AAS, Diclofenaco e Paracetamol; foram construídas e deste obteve-se os valores de r em conformidade com os padrões exigidos pelo órgão supracitado, sendo eles: 0,9962; 0,9963 e 0,9928, respectivamente. As equações 5, 6 e 7 representam as linearizações das curvas analíticas obtidas para os três compostos, na ordem: AAS, Diclofenaco e Paracetamol. Y = 2 × 107 X – 100103 (5) Y = 2 × 107 X – 4007,5 (6) Y = 6 × 106 X – 92202 (7) Após linearização das curvas, foi determinada a precisão, baseando-se na quantificação do coeficiente de variância (CV), a Tabela 2 apresenta os valores de CV obtidos para os três fármacos. A análise dessa Tabela permite verificar que todos os pontos apresen- taram-se em concordância com os valores exigidos (menores que 20%), indicando a precisão do método. Para obtenção da exatidão foram realizados experimentos em triplicata para as duas diferentes concentrações. O percentual de recuperação médio para 1 mg.L-1 obtido para o AAS foi igual a 90,00%, com um desvio padrão de 2,00; para o Diclofenaco foi obtido 94,00%, com um desvio padrão de 1,00; e o Paracetamol obteve 92,33% de recuperação, com desvio padrão de 3,51. Para uma concentração igual a 0,5 1 mg.L-1 os resultados obtidos foram: 90,00% para o AAS; 92,40% para o Diclofenaco e 91,00% para o Paracetamol com desvio padrões de 3,45; 1,50 e 2,00, respectivamente. Na avaliação dos Limites de Quantificação (LQ) dos fármacos estudados foram obtidos os seguintes valores: 0,02 mg.L-1 (AAS); 0,02 mg.L-1 (Diclofenaco); 0,005 mg.L-1 (Paracetamol). Para o Limite de Detecção (LD) foram observados os Validação de Método Analítico de Identificação e Quantificação dos Contaminantes Emergentes Ácido Acetilsalicílico... 31 QUÍMICA NO BRASIL | Volume 07 | Número 01 e 02 | Jan.-Dez. de 2013 seguintes valores: 0,008 mg.L-1 (AAS); 0,007 mg.L-1 (Diclofenaco); 0,002 mg.L-1 (Paracetamol). 4.5. degradação dos fármacos via fotólise e processo foto-fenton Os experimentos em reator de bancada utilizando fotólise conseguiram obter um percentual médio de degradação igual a 37,20% para o AAS; 32,85% para o Diclofenaco e 78,50% para o Paracetamol, sendo os desvios padrões iguais a 2,69; 1,63 e 0,28 respectiva- mente. O processo Foto-Fenton conseguiu obter um percentual médio de degradação de 88,03% com des- vio padrão de 0,59 para o AAS, para o Diclofenaco a média de degradação foi igual a 80,10% com desvio padrão de 1,67; enquanto que o Paracetamol conseguiu ser degradado em 92,00%, e desvio padrão de 0,53. Sendo assim, é possível verificar que o Processo Foto-Fenton é mais eficiente que o processo de Fotólise para os fármacos estudados, obtendo percen- tuais de degradação acima de 80,00% para todos os CE analisados. 5. conclusão O presente trabalho conseguiu com base nas exigências da ANVISA validar a metodologia para identificação e quantificação dos fármacos Ácido Acetilsalicílico (AAS), Diclofenaco e Paracetamol por LC/MS–IT-TOF estudados a níveis de Contaminantes Emergentes. Foram encontrados os valores das mas- sas para os três compostos, os quais se apresentaram de acordo com dados da literatura, bem como o tempo de retenção de cada um deles. As curvas analíticas apresentaram valores de coeficiente de correlação superiores 0,99; conforme exigido pela ANVISA, indicando a linearidade do método. A exatidão do mesmo foi observada através da recuperação dos fár- macos, apresentando um percentual igual ou superior a 90%. Com relação ao LQ dos fármacos, foram obti- dos: 0,02 mg.L-1 (AAS); 0,02 mg.L-1 (Diclofenaco); 0,005 mg.L-1 (Paracetamol). Enquanto que no LD foram observados: 0,008 mg.L-1 (AAS); 0,007 mg.L-1 (Diclofenaco); 0,002 mg.L-1 (Paracetamol). Sendo assim, os dados obtidos através desse método são confiáveis, podendo portanto ser utilizados com segu- rança. Um estudo prévio sobre a degradação destes compostos utilizando os POA Fotólise e Foto-Fenton demonstrou que o segundo processo foi mais eficiente, conseguindo degradar em média 88,03% de AAS, 80,10% de Diclofenaco e 92,00% de Paracetamol. Desse modo, pode-se realizar novos testes mediante variações nas variáveis empregadas (pH, adição de H2O2 e adição de sulfato ferroso heptahidratado) para que se obtenha uma degradação ainda mais satisfató- ria desses CE. 6. reFerêncIas [1] C. A. Mello-da-Silva; Fruchtengarten, L.; J. Pediatr., 81 (2005) 205. [2] C. C. M. Raimundo; Dissertação de Mestrado, Universidade Estadual de Campinas, Brasil, 2007. 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