Solventes eutéticos naturais profundos (NADES) para o emprego em análise elementar por técnicas com fonte de plasma

Abstract

Atualmente há um grande interesse no desenvolvimento de métodos analíticos que minimizem o uso de reagentes, solventes e energia. Este é um dos objetivos da química verde e seus princípios estão cada vez mais inseridos nos procedimentos de preparo de amostras. Os Solventes Eutéticos Naturais Profundos (do inglês, NADES) são produtos das interações de ácidos orgânicos e açúcares por meio de ligações de hidrogênio e interações do tipo Van der Waals, oferecendo vantagens como baixa toxicidade, biodegradabilidade, sustentabilidade e preparação simples. Neste contexto, esta tese teve como objetivo a síntese dos NADES à base de xilitol, ácido cítrico, ácido málico e água por três diferentes métodos, além da caracterização e avaliação das suas propriedades físico-químicas. Posteriormente, os NADES produzidos foram utilizados em diferentes técnicas de extração e tipos de amostras para a determinação elementar por espectrometria de massas com plasma acoplado indutivamente (do inglês, ICP-MS) e espectrometria de emissão ótica com plasma acoplado indutivamente (do inglês, ICP OES). Por meio de um planejamento de misturas restrito foi otimizada a proporção de cada um dos precursores dos três solventes com base nos valores de densidade e viscosidade. As análises de infravermelho dos NADES indicaram o deslocamento das bandas carbonilas para maiores número de ondas, indicando a formação das ligações de hidrogênio e confirmando a formação dos NADES. Os termogramas dos NADES mostraram temperaturas de decomposição em torno de 170 °C, com número de etapas e temperatura de decomposição distintos em relação a seus materiais precursores, indicando a formação de um novo material, com comportamento térmico característico. Os três métodos de síntese estudados resultaram em solventes com características físico-químicas semelhantes. Quando utilizados para a extração de constituintes inorgânicos em amostras inorgânicas e biológicas, apresentaram recuperação na faixa de 80 % a 120 %, para os elementos estudados. Os resultados mostraram que os NADES são promissores para a extração elementar, além de serem compatíveis com técnicas com fonte de plasma. Os métodos propostos apresentaram-se em acordo aos princípios da Química Verde, exibindo vantagens como simplicidade operacional, uso de reagentes não voláteis e emprego de menores volumes de solvente extrator, sendo considerados uma alternativa válida aos métodos convencionais de preparo de amostra.

Currently there is a strong interest in developing analytical methods that minimize the use of reagents, solvents, and energy. These points are the goal of green chemistry, and its principles are increasingly inserted into the sample preparation procedures. Natural Deep Eutectic Solvents (NADES) are products of the interactions of amino acids, organic acids, sugars through hydrogen bonds and Van der Waals interactions, offering advantages such as low toxicity, biodegradability, sustainability, and simple preparation. In this context, the aim of this tesis was to synthesize NADES based on xylitol, citric acid, malic acid, and water by three different methods and the characterization and evaluation of their physical-chemical properties. Subsequently, the NADES produced were used as solvents in different extraction techniques and in different types of samples for elementary determination by inductively coupled plasmamass spectrometry (ICP-MS) and inductively coupled plasma-optical emission spectrometry (ICP OES). Finally, a mixture design was performed for the optimized proportion for each of the three solvents synthesized, and the solvents were selected based on density and viscosity values. The NADES infrared analysis indicated the displacement of the carbonyl bands to greater wavelengths, indicating the formation of hydrogen bonds and confirming the formation of NADES. Furthermore, the NADES thermograms showed decomposition temperatures around 170 °C, in which the number of decomposition steps and decomposition temperature were distinct from their precursor materials, indicating the formation of a new material with distinct characteristic thermal. The three synthesis methods resulted in solvents with similar physicochemical characteristics. The recoveries of the NADES extraction methods ranged from 80 % to 110 % for the studied elements. The results showed that NADES are promising for elemental extraction and being compatible with plasma-based techniques. Besides, the proposed methods were following the principles of Green Chemistry, showing advantages such as operational simplicity, use of non-volatile reagents, and lower extractor solvent volumes. Therefore, it can be considered a valid alternative to conventional sample preparation methods.