Anais do VIII Seminário de Iniciação Científica e V Jornada de Pesquisa e Pós-Graduação
UNIVERSIDADE ESTADUAL DE GOIÁS
10 a 12 de novembro de 2010
Desenvolvimento de Metodologia de Análise de Anilina em
Resíduos da Síntese da Polianilina por Cromatografia Líquida de
Alta Eficiência (CLAE)
Igor Henrique Rocha Marquez, Olacir Alves Araújo
Unidade Universitária de Ciências Exatas e Tecnológicas, Universidade
Estadual de Goiás, 75132-903, Brasil
[email protected], [email protected]
Palavras-Chave: Anilina, CLAE, Polianilina
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INTRODUÇÃO
Polímeros condutores são macromoléculas que possuem em sua
estrutura um extenso sistema de ligações π conjugadas e se tornam condutores
elétricos a partir de um processo conhecido como dopagem. A dopagem consiste na
injeção de cargas na conjugação, a partir da protonação por reações do tipo redox
ou por reações do tipo ácido-base (SANTOS,2008).
Essa classe de polímeros apresentam propriedades elétricas importantes,
viabilizando sua utilização em áreas tecnológicas, como na fabricação de diodos
emissores de luz, biosensores, baterias recarregáveis entre outros (MAIA et al,
2000; SOTO-OVIEDO et al, 2006). São aditivos potentes no processamento de
materiais utilizados nas áreas de interferência eletromagnética e de absorção de
micro-ondas, substituindo materiais absorvedores convencionais como as ferritas,
partículas metálicas e de carbono (FAEZ et al, 2000).
A polianilina (PAni) é um polímero condutor que possui excelente
estabilidade ambiental, o custo do seu monômero é baixo, sua rota sintética é
simples, e a reação de polimerização conduz a rendimentos elevados (SANTOS,
2008).
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O monômero precursor, a anilina, é uma amina aromática, líquida oleosa
e incolor à temperatura ambiente, de fórmula molecular C 6H7N, escurecendo
facilmente quando exposta ao ar e a luz (GARCÍA e QUINTO, 2006). Possui a
capacidade de induzir a formação de metahemoglobina no sangue, ou seja, a
transformação da hemoglobina para a sua forma oxidada incapacitando o transporte
de oxigênio aos tecidos através do sangue, podendo ter graves conseqüências em
animais e seres humanos (SOUSA et al, 2003 ).
Muitas estratégias estão sendo empregadas para melhorar a aplicação
dos polímeros condutores, em especial da PAni, como a mistura desse polímero
com outras matrizes poliméricas, obtendo blendas. Esta mistura é facilitada quando
a PAni é dopada com ácidos orgânicos funcionalizados, como o ácido
dodecilbenzeno sulfônico (ADBS),que atua simultaneamente como um agente
dopante e surfactante (HINO et al, 2006).
Entre os subprodutos da síntese da PAni dopada com ADBS, pode existir
anilina não polimerizada. Como essa amina aromática é considerada carcinogênica
os resíduos da síntese da PAni deve ser tratado como algo relevante (SOUZA et al,
2003).
O sistema de Cromatografia Líquida de Alta Eficiência (CLAE), o método
usado para a análise do resíduo, consiste em um sistema de distribuição de solvente
(fase móvel), uma válvula de injeção da amostra, uma coluna de alta pressão, um
detector UV visível (detector mais comum usado na CLAE, pois muitos solutos
absorvem a luz ultravioleta), e um computador programado para monitorar o sistema
e apresentar os resultados. É conhecida também como Cromatografia Líquida de
Alta Velocidade ou de Alta Pressão ou de Alto Desempenho (KUHNEN et al, 2006;
PAPADOPOULOU-MOURKIDOU et al, 2001).
Eluente é o solvente ou uma mistura de solventes usada para eluir uma
mistura de substâncias e promover a separação dos seus componentes (fase
móvel). A eluição é o deslocamento do soluto da fase estacionária pelo solvente
(HARRIS, 2001).
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Existem dois tipos de eluição. A eluição isocrática que é feita com um
único solvente ou mistura constante de solventes. Se um solvente não eluir
rapidamente todos os componentes da amostra, será usada então a eluição por
gradiente, as quais são somadas quantidades crescentes de solventes em relação
ao outro propiciando um gradiente contínuo (BOTOLLI et al, 2004).
O equipamento de CLAE ou HPLC, do termo em inglês High-Performance
Liquid Chromatography, usa colunas plásticas ou de aço que possuem 5 a 30 cm de
comprimento, com diâmetro interno de 1 a 5 mm. Nas colunas a sílica é o material
mais utilizado, pela sua estabilidade mecânica e térmica, rigidez e eficiência nas
separações cromatográficas (fases estacionárias) e dissolve-se em água acima de
pH 8, não podendo então ser utilizada acima deste pH (SILVA et al, 2003). Em meio
básico, os grupos hidroxilas reagem facilmente com os silanóis residuais (-Si-OH),
promovendo a dissolução da sílica gerando alterações no meio cromatográfico
dentro da coluna, ocasionando baixas eficiências e alargamento frontal de pico.
Nestes casos é necessária a neutralização das amostras (SILVA et al, 2003;
SARAFRAZ-YAZDI, 2006).
Nos casos em que há a sobreposição de picos dos componentes dos
resíduos, o que impossibilita a identificação e quantificação, é necessário usar
técnicas de separação dos componentes antes da análise cromatográfica.
A extração líquido-líquido é um processo que envolve a transferência de
massa entre dois líquidos imiscíveis ou pouco miscíveis, realizando a separação
destes líquidos, consistindo em uma fase aquosa e uma fase orgânica. Para extrair
uma substância de uma fase aquosa, deve ser usado um solvente orgânico e
imiscível em água. A extração líquido-líquido pode ser contínua ou descontínua
(BECKER et al, 1998; CAPRONI et al, 2005).
Na extração descontínua é usado um funil de separação, onde são
adicionados os solventes. O funil de separação é agitado e o soluto passa para a
fase que está o solvente com maior afinidade, sendo então feita a separação,
recolhendo a fase mais densa. Esse tipo de extração é indicado quando existe uma
grande diferença de solubilidade do soluto nos dois solventes (BECKER et al, 1998).
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A extração líquido-líquido contínua consiste na passagem do solvente
orgânico continuamente sobre a solução que contém o soluto, arrastando parte
deste até o balão de aquecimento. Com a destilação do solvente, o soluto vai se
concentrando no balão de aquecimento. Esse tipo de extração é útil quando a
diferença de solubilidade do soluto em relação aos solventes não é grande
(SOARES et al,1988) .
Em substâncias muito solúveis em água pode-se saturar a fase com a
adição de algum sal, geralmente com o sulfato de amônio ou cloreto de sódio, este
processo é chamado de salting out. Para uma extração mais eficiente, é preferível
extrair várias vezes com pequenas quantidades de solventes, do que a utilização
total em uma única vez (BECKER et al, 1998).
A análise dos resíduos da PAni pode ser feita por cromatografia, sendo
esta uma ferramenta analítica utilizada para separação de misturas dos
componentes de uma determinada amostra, combinando as análises qualitativas e
quantitativas das substâncias separadas. A técnica cromatográfica fundamenta-se
na capacidade da coluna cromatográfica que contém a fase estacionária para a
separação dos componentes da amostra dissolvidos na fase móvel encontradas na
coluna (HARRIS, 2001; BOTTOLI et al, 2004).
O objetivo deste trabalho é desenvolver uma metodologia de análise da
anilina em resíduos da síntese da PAni dopada com ADBS por cromatografia líquida
de alta eficiência (CLAE).
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MATERIAIS E MÉTODOS
2.1 Condições cromatográficas
Alíquotas das amostras foram analisadas por Cromatografia Líquida de
Alta Eficiência (CLAE) em cromatógrafo da marca VARIAN, modelo Pro Star,
equipado com coluna Microsorb Ciano (sílica recoberta com Cianopropilsilano),
detector espectrofotométrico UV-visível (230nm), e eluente água: metanol na
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proporção de 70:30 em volume. Foi preparada uma amostra de solução padrão de
anilina redestilada, em solução aquosa de metanol, 1:1 (V/V), de concentração 10 -3
mol. L-1. A partir da solução padrão foram feitas diluições resultando em amostras de
concentrações 5x10-4 mol.L-1 ; 2,5x10-4 mol.L-1; 1,43x10-4 mol.L-1; 1,0x10-4 mol.L-1 ;
4,0X10-5 mol.L-1; 2x10-4 mol.L-1; 3x10-4 mol.L-1; 4x10-4 mol.L-1. Estas soluções foram
preparadas para a obtenção de uma curva de calibração padrão para anilina.
2.2 Soluções de ADBS
Com a finalidade de simular os resíduos da síntese da PAni foram
preparadas soluções de ADBS em água:etanol na proporção de 60:40 em volume,
neutralizada com hidróxido de sódio a 0,1 mol.L-1 e amostras de anilina e ADBS em
solução aquosa de etanol 40% (V/V) em proporções molares de 1:1; 1,5: 1 e 1:1,5
(anilina:ADBS), neutralizadas com hidróxido de sódio a 0,1mol. L -1,.
2.3 Extração do ADBS
Para a extração descontínua líquido-líquido do ADBS, foram preparadas
amostras de anilina e ADBS em proporções molares de 1:1 em soluções aquosa e
em etanol 40% em água (V/V). O solvente utilizado para a extração foi o hexano. O
carbonato de magnésio (MgCO3) e o carbonato de sódio (Na2CO3) foram utilizados
para a neutralização do meio, o ácido clorídrico para a acidificação (HCl) e para
salting out o cloreto de sódio (NaCl).
2.3.1. Primeira extração:
Foi preparado 250 mL de solução de anilina (C6H5NH2) e ADBS, na
proporção molar de 1:1, em solução aquosa de etanol 40%(V/V).
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- Utilizou-se uma alíquota de 50 mL da solução de anilina:ADBS. O hexano foi
usado como solvente de extração. Foram feitas três extrações com 40 mL de
hexano em cada uma.
- Foi adicionado MgCO3 para neutralizar a solução, com a finalidade de
desprotonar a anilina e liberar o ADBS, de acordo com a Eq. 01.
2 C6H5NH3DBS(aq) + MgCO3 → Mg(DBS)2(s) + 2 C6H5NH2(aq) + CO2(g)+ H2O
Eq.01
- Em seguida acidificou-se o meio com HCl concentrado para a formação do sal
cloreto de anilinium (C6H5NH3Cl), tendo como objetivo aumentar a solubilidade da
anilina na fase aquosa e extrair os sais de DBS (ânion dodecil benzeno sulfonato)
com a fase orgânica, de acordo com a Eq. 02.
Mg(DBS)2(s) + C6H5NH2(aq) + HCl(aq) → Mg(DBS)2(aq) + C6H5NH3Cl(aq)
Eq.02
Observou-se a baixa eficiência na separação de fases, com o
aparecimento de fases turvas, ocorrido provavelmente pela interferência do etanol
na solução.
2.3.2. Segunda extração:
Foi preparado 250 ml de solução aquosa de anilina e ADBS nas
proporções molares de 1:1.
- Utilizou-se uma alíquota de 50 ml da solução;
- O solvente usado foi o hexano, em três frações de 40 ml;
- A solução aquosa de anilina e ADBS apresentou-se turva;
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- Foi adicionado o MgCO3 para neutralização, conforme a Eq.01, havendo uma
ligeira mudança de cor, diminuído a intensidade da turbidez e com formação de
precipitado;
- Adicionou-se HCl para acidificação do meio, ocorrendo a reação de acordo com
a Eq.02;
A solução foi mantida em repouso, havendo a separação de fases, e
formando uma substância leitosa na fase orgânica.
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RESULTADOS E DISCUSSÃO
As
amostras
de
anilina
foram
injetadas
no
cromatógrafo
nas
concentrações de 10-3 mol.L-1; 5x10-4 mol.L-1; 2,5x10-4mol. L-1; 1,43x10-4mol. L-1;
1,0x10-4 mol.L-1; 4,0X10-5mol.L-1; 2x10-4mol.L-1; 3x10-4mol.L-1, 4x10-4mol.L-1.
A Figura 1 mostra o cromatograma da solução de anilina 10 -3 mol.L-1.
Observa-se que o pico apresenta boa simetria, com tempo de retenção de 5,7
minutos. As amostras de anilina foram usadas para construir a curva de calibração
mostrada na figura 2, baseada nos resultados dos cromatogramas das soluções de
anilina, da concentração em relação à área dos picos de anilina.
Figura 1. Cromatograma da anilina (10-3 mol. L-1).
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Figura 2. Curva de calibração da anilina
A curva de calibração mostrada na Figura 2 teve o fator de correlação
linear (R) com o valor de 0,8968. Com estes resultados, foi necessário definir novos
valores de concentrações para os padrões de anilina, para que o coeficiente de
correlação linear a ser ajustada na próxima curva de calibração seja o mais próximo
de 1,0, caracterizada por uma reta.
Com a finalidade de se obter informações sobre a detecção e o tempo de
retenção do ADBS, foram feitas injeções de soluções de ADBS. A figura 3 mostra o
cromatograma da solução de ADBS 10-3 mol.L-1. Os vários picos observados
sugerem a presença de impurezas no ADBS, o que dificulta a sua identificação
Figura 3. Cromatograma da solução de ADBS (10-3 mol. L-1)
3.1. Simulação dos resíduos da polianilina
Foram injetadas no cromatógrafo amostras de anilina e ADBS nas
proporções molares de 1:1; 1,5: 1; 1:1,5 com a finalidade de simular os possíveis
resíduos da síntese da PAni.
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Na solução de anilina e ADBS na proporção molar de 1:1, observou-se a
presença de um pico principal assimétrico em 8,2 minutos, como mostrado na Figura
4. Quando comparado com o cromatograma da Figura 3, houve um aumento
significativo na intensidade do pico, sugerindo o aparecimento de um complexo
anilina-ADBS. Os picos de menores intensidades podem ser considerados como
impurezas.
Figura 4. Cromatograma da solução de anilina:ADBS 10-3mol.L-1 (1:1)
Na solução de anilina:ADBS na proporção molar 1:1,5 e solução
anilina:ADBS na proporção molar 1,5:1, observou-se a presença de um pico
simétrico no tempo de retenção de 6,4 minutos, sugerindo uma alta absorção da
anilina em 230 nm ,mascarando a absorção do ADBS neste comprimento de onda,
como mostrado nos cromatogramas das Figuras 5 e 6 .
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Figura 5. Cromatograma da solução de anilina:ADBS 10-3mol.L-1 (1:1,5)
Figura 6. Cromatograma da solução de anilina:ADBS 10-3mol.L-1(1,5:1)
Os resultados mostraram que não foi possível distinguir os picos da
anilina e do ADBS. Portanto, optou-se por tentar extrair o ADBS antes da injeção da
amostra. Foram realizados vários testes de extração do ADBS, de acordo com os
procedimentos a seguir.
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3.2. Salting out
Foi realizado salting out em três extrações. Na primeira extração o salting
out foi realizada com a adição de 10g de NaCl, havendo formação de precipitado
pelo excesso de sal adicionado, separando a fase aquosa da fase orgânica. Retirouse o sal em excesso e foi feito o recolhimento da fase aquosa, para outras extrações
com frações de hexano.
Após o repouso da mistura da segunda extração foi feita a realização de
salting out com a adição de 10g de NaCl, havendo então a separação das fases
orgânica e aquosa. A fase aquosa tornou-se turva, e foi clareando com o passar do
tempo.
Na terceira extração o salting out foi realizado com a adição de 10g de
NaCl, com saturação das fases havendo rapidamente a separação destas .
As
alíquotas
das
amostras
das
fases
aquosa
extraídas
foram
neutralizadas (pH=7) e injetadas no cromatógrafo .
Na Figura 7 é mostrado o cromatograma da fração aquosa da amostra da
primeira extração. Observa-se a presença de vários picos, demonstrando a
interferência do etanol na extração do ADBS, com um provável pico do ADBS em 4
minutos, um pico de anilina em 5,7 minutos e um pico de maior intensidade,
provavelmente devido à formação de um complexo de anilina-ADBS, em um tempo
de retenção de 8,5 minutos. Os picos de menores intensidades foram considerados
impurezas do ADBS.
Figura 7. Cromatograma da fração aquosa da primeira extração.
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De acordo com o cromatograma da fração aquosa da segunda extração,
mostrado na Figura 8, houve o aparecimento de um pico distinto no tempo de
retenção de 4,3 minutos, sugerindo que seja o pico do ADBS e outro pico simétrico
em 8,7 minutos, provalmente um complexo anilina-ADBS, mostrando a presença de
anilina na amostra.
Figura 8. Cromatograma da fração aquosa da 2º extração
3.3 Preparação de novos padrões
Posteriomente às extrações, foi preparada solução padrão de anilina
redestilada em solução aquosa de metanol HPLC, 1:1(V/V), de concentração 10 -3
mol.L-1. A partir desta foram feitas diluições, obtendo amostras de concentração
9x10-5 mol.L-1; 8,4x10-5 mol.L-1; 6,0x10-5 mol.L-1; 3,6x10-5 mol.L-1 e 1,2 x10-5 mol. L-1.
Estes novos padrões foram utilizados para obtenção de uma curva de calibração. A
Figura 9 mostra o cromatograma da solução de anilina de concentração 9x10-5 mol.
L-1. Observa-se que o pico apresentou boa simetria, com tempo de retenção de 5,8
minutos. Os picos menores são possíveis interferências de ruídos e/ou prováveis
impurezas.
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Figura 9. Cromatograma da solução de anilina de concentração 9,0x10-5 mol. L-1
As amostras de anilina foram usadas para construir a curva de calibração
mostrada na figura 10. Esta curva de calibração teve o seu o coeficiente de
correlação linear (R) no valor de 0,99501. Estes valores de concentrações para os
padrões de anilina foram os valores que mais se ajustaram ao coeficiente linear
próximo de uma reta, ou seja, o valor 1. Entretanto, o formato da curva mostra um
comportamento não linear, sendo necessários novos testes com concentrações
menores de anilina.
Figura 10. Curva de calibração das soluções padrões de anilina
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CONCLUSÕES
Este trabalho teve por objetivo o desenvolvimento de metologia de análise
da anilina em resíduos da síntese da polianilina por cromatografia líquida de alta
eficiência, usando um equipamento com detector UV-Vis. Foram preparadas
soluções padrão de anilina em metanol: água (40:60 v/v) para obtenção das curvas
de calibração. As concentrações destas soluções variaram de 10 -4 a 10-5, em ordem
de grandeza. Os resultados mostraram a necessidade de reduzir a concentração
das soluções padrão para que as curvas de calibração obedeçam a lei de Beer.
Novos testes serão realizados em concentrações da ordem de micromol.L -1.
Os resíduos da síntese da polianilina foram simulados preparando-se
misturas de anilina e ADBS. Os resultados dos cromatogramas mostraram que os
picos de anilina e ADBS são interferentes e que existe a possibilidade de formação
de um complexo anilium-DBS. São resultados que mostram avanços no
desenvolvimento da metodologia, mas ainda não são conclusivos, havendo a
necessidade de realizar novos ensaios.
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Por muito tempo os polímeros foram conhecidos como isolantes