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Chemometric approach to optimize the operational parameters of ESI for the determination of contaminants of emerging concern in aqueous matrices by LC-IT-TOF-HRMS.
(2014) Rodrigues, Keila Letícia Teixeira; Sanson, Ananda Lima; Quaresma, Amanda de Vasconcelos; Gomes, Rafaela de Paiva; Silva, Gilmare Antônia da; Afonso, Robson José de Cássia Franco
Contaminants of emerging concern are organic compounds used in large quantities by the society for various purposes. They have shown biological activity at lowconcentrations,which gives great environmental relevance. The difficulty to detect and quantify contaminants of emerging concern in the environment stimulates the development of appropriate analytical methods. In this work a chemometric approach to positive and negative electrospray ionization (ESI) optimization for the simultaneous determination of contaminants of emerging concern in water samples by liquid chromatography-ion trap-time of flight-high resolution mass spectrometry (LC-IT-TOF-HRMS) was applied. Three types of phase modifiers were used: formic acid, ammonium hydroxide and formic acid/ammonium formate. The effects of operational parameters such as mobile phase modifier concentrations, mobile phase flow rate, heating block temperature and drying gas flow rate were evaluated by the 24− 1 fractional factorial experimental design, resolution IV, in the screening phase and byDoehlert experimental design. Initial factorial experimental design studies indicated that the phasemodifier ammonium hydroxide was more efficient compared to the other evaluated modifiers. It provided higher ion intensities to the majority of analytes. Doehlert experimental design allowed finding a region indicative of the optimum experimental conditions for most analytes. The best experimental condition observedwas 3.5mMammoniumhydroxide concentration; 0.0917 mL/min of mobile phase; 300 °C heating block temperature; and drying gas at 200 kPa. These optimized parameters resulted in decreased detection limits of the method. The optimized method was applied to the evaluation of water samples coming from the Rio Doce basin — Minas Gerais/Brazil utilizing multivariate exploratory techniques such as principal component analysis and Kohonen neural network. In this way, the use of chemometric approach showed to be a promisingway to optimize the simultaneous determination of twentyone contaminants of emerging concern in aqueous matrices by LC-IT-TOF-HRMS using ESI.
A hybrid molecularly imprinted polymer for selective adsorption of urinary S-Phenylmercapturic Acid.
(2023) Gomes, Rafaela de Paiva; Tonucci, Marina Caldeira; Prete, Maiyara Carolyne; Tarley, César Ricardo Teixeira; Baeta, Bruno Eduardo Lobo; Afonso, Robson José de Cássia Franco
A hybrid molecular imprinted polymer (HMIP) obtained by the organic monomer 4-vinylpyridine (4-VP) and the inorganic precursor tetraethyl orthosilicate (TEOS) was synthesized for the selective extraction of urinary S-phenylmercapturic acid (u-SPMA), a biomarker of benzene exposure. The chemical and structural characterization of the synthetic adsorbent was performed by Fourier transform infrared spectroscopy (FTIR), thermogravimetric analysis (TGA), and textural analysis employing N2 adsorption-desorption isotherms. Selective and adsorptive performance of the imprinted polymers were evaluated by kinetic, isothermal, thermodynamic, and selectivity studies. The kinetic data were well adjusted to pseudo-second order and intraparticle diffusion models, leading to selectivity coefficient (K) value of 0.03 g mg-1 min-1 for HMIP. In addition, the adsorption isotherms were better described by the Sip model achieving a maximum adsorption capacity of 284.81 μg g-1 (at 288.15 K).
Method for the determination of benzene metabolite t,t-Muconic acid in urine by HPLC-UV with an Ion exclusion column.
(2016) Gomes, Rafaela de Paiva; Sanson, Ananda Lima; Lobo, Fabiana Aparecida; Afonso, Robson José de Cássia Franco; Coutrim, Maurício Xavier
The benzene metabolite trans,trans-muconic acid (tt-MA) is widely used as a biological indicator of exposure to this xenobiotic. An analytical method was developed and validated for the determination of urinary tt-MA using solid phase extraction onto a Strata SAX cartridge. The analysis was performed by HPLC with an Aminex HPX-87H ion exclusion column and a UV diode array detector. The sample preparation conditions were optimized using a 24 1 factorial design. Comparison of the slopes of standard analytical curves prepared in aqueous solution and urine showed that the biological matrix suppressed the tt-MA signal by around 50%, so the analytical curves were prepared with tt-MA standard at low concentrations in pooled urine. The analytical curves in the range of 5–500 g L 1 showed determination coefficients values (R2) > 0.99 for tt-MA standard in water and R2 > 0.98 for tt-MA standards in pooled urine. The coefficients of variation obtained using seven replicates were lower than 3.6%, and recoveries of tt-MA from solutions containing 5, 25, 50 and 100 g L 1 of the analyte were in the range 85%–90%, demonstrating the satisfactory precision and accuracy of the method. The limits of detection and quantification were 0.11 and 0.36 g L 1, respectively. The benefits of this new method developed is the possibility of complete chromatographic peak separation for the determination of tt-MA at baseline, without matrix components’ interference as normally found in the C18 column. This is the first time that this chromatographic column has been used for the analysis of tt-MA in urine.
Métodos de extração com partição a baixa temperatura para a determinação de marcadores biológicos de exposição ao benzeno, em urina, por UHPLC-MS/MS.
(2016) Gomes, Rafaela de Paiva; Afonso, Robson José de Cássia Franco; Coutrim, Maurício Xavier; Arcuri, Arline Sydneia Abel; Augusti, Rodinei
A discussão sobre marcadores biológicos de exposição ao benzeno (MBE-Bz) vem evoluindo no Brasil e no mundo. O uso do ácido trans, trans-mucônico urinário (u-ttMA) como MBE-Bz está sendo questionado, uma vez que o mesmo pode sofrer interferências do ácido sórbico, da exposição simultânea ao tolueno e dos hidrocarbonetos policíclicos aromáticos. Recentemente, a literatura aponta para a utilização do ácido S-fenilmercaptúrico urinário (u-SPMA) como MBE mais adequado e específico ao benzeno. Neste trabalho foram desenvolvidos e validados dois novos métodos analíticos capazes de extrair e quantificar estes MBEs de amostras de urina (método A: determinação do u-SPMA e método B: determinação simultânea do u-ttMA e u-SPMA). Na etapa de preparo da amostra foi desenvolvido e validado o procedimento de extração com partição em baixa temperatura (LTPE). Esta técnica possui baixo custo operacional, utiliza pequenas quantidades de amostra e solvente, é eficiente para extração de compostos polares e apolares em diversas matrizes aquosas, além de possuir um número de etapas reduzido, o que a torna de simples operação e aumenta a frequência analítica. Com o objetivo de avaliar o procedimento de extração e clean up da amostra, as seguintes variáveis foram estudadas sistematicamente através de planejamento fatorial completo 22 com quintuplicata no ponto central: (1) volume de solvente extrator e (2) volume de HCl 6 mol.L-1 adicionado. Para os dois métodos (análise do u-SPMA e análise simultânea do u-ttMA e do u-SPMA) as seguintes condições operacionais apresentaram os melhores rendimentos de extração dos analitos das amostras de urina: 600 μL de amostra de urina, 600 μL de acetonitrila como solvente extrator, 30 μL de HCl 6 mol.L-1 e tempo de 3 horas de congelamento a -20oC. As determinações dos compostos estudados foram realizadas pela separação por cromatografia líquida de ultra alta eficiência (UHPLC) e espectrometria de massas sequencial (MS/MS), com ionização por eletronebulização (ESI). Para a construção das curvas analíticas e correções dos efeitos de matriz no processo de ionização, uma nova forma de quantificação foi proposta e validada, usando as razões entre as áreas dos picos dos analitos nos extratos e as áreas do padrão adicionado automaticamente via injetor do UHPLC, em duas corridas cromatográficas consecutivas. O procedimento desenvolvido para extração do u-ttMA foi comparado com o método extração em fase sólida (SPE) com cartucho contendo trocador iônico forte (SAX). Os métodos usando LTPE e UHPLC/MS/MS foram validados, apresentando linearidade nas faixas de trabalho (R2 > 0,999), precisão (coeficientes de variação menor do que 7,0%), exatidão (94,1 e 112,0 %) e sensibilidade adequadas. Os limites de detecção dos métodos (MLOD) para determinação do u-SPMA e determinação simultânea do u-SPMA e u-ttMA foram de 0,02 e 0,01 μg.L-1 e os limites de quantificação dos métodos (MLOQ) foram de 0,084 e 0,035 μg.L-1, respectivamente. Para o u-ttMA, utilizando LTPE, o MLOD foi de 0,9 μg.L-1 e o MLOQ foi de 2,7 μg.L-1, valores cerca de duas vezes menores do que os encontrados para SPE-SAX. Os métodos foram aplicados em análises de 52 amostras de urina de indivíduos não expostos ocupacionalmente ao benzeno na qual foi evidenciada diferença estatística significativa entre fumantes e não fumantes com 95% de confiança. O valor de correlação entre concentrações do u-ttMA e do u-SPMA, ρ entre 0,14 a 0,28, está de acordo com os dados descritos na literatura.
Síntese e avaliação de novos polímeros híbridos molecularmente impresso para pré-concentração de ácido S-fenilmercaptúrico urinário e determinação por HPLC-MS/MS.
(2022) Gomes, Rafaela de Paiva; Afonso, Robson José de Cássia Franco; Baeta, Bruno Eduardo Lobo; Afonso, Robson José de Cássia Franco; Baeta, Bruno Eduardo Lobo; Tarley, César Ricardo Teixeira; Queiroz, Maria Eliana Lopes Ribeiro de; Martucci, Maria Elvira Poleti; Ruela, Andre Luís Morais
Este trabalho reporta a síntese de dois polímeros híbridos molecularmente impressos, sendo o primeiro sem acesso restrito (HMIP) e o segundo com acesso restrito (HMIP-RAM). Ambas as sínteses foram avaliados o tetraetil ortossilicato como agente reticulante inorgânico e os monômeros orgânicos ácido metacrílico (MMA) e 4-vinilpiridina (4-VP) para sorção do ácido S-fenilmercaptúrico na urina (u-SPMA). Na tentativa de propor um material capaz de restringir a sorção de macromoléculas na matriz complexa de análise (urina), para a segunda síntese também foram testados os co-monômeros HEMA e Glymo. Os polímeros obtidos foram caracterizados por espectroscopia na região do infravermelho, análise termogravimétrica, microscopia eletrônica de varredura, espectroscopia por energia dispersiva, área específica e porosidade, comparação de desempenho de adsorção, estudo de seletividade, cinética e isoterma de adsorção, constante termodinâmica, efeito swelling, avaliação da capacidade de exclusão de proteínas e otimização do solvente de extração. Apesar dos polímeros apresentarem uma baixa porosidade isso não foi impeditivo para viabilizar sua aplicação na avaliação de exposição toxicológica ao benzeno nos quais os materiais que apresentaram melhores respostas de seletividade para o u-SPMA foram sintetizados com 4-VP e para a restrição de macromoléculas o co-monômero HEMA demonstrou resultados mais satisfatórios. Os dados cinéticos mostraram apropriados para aplicação dos materiais em processos de extração, uma vez que o tempo de equilíbrio ocorreu após cerca de 3 a 4 minutos de contato com o template e o modelo não linear de pseudo-segunda ordem apresentou o melhor ajuste aos dados experimentais. O modelo de Sips foi o que melhor descreveu os dados e obteve valores de capacidade máxima de adsorção de 332,12 e 423,97 μg.g-1 para o HMIP e HMIP-RAM, respectivamente à 25oC. Os dados termodinâmicos demonstraram que todos os processos são espontâneos, endotérmicos e entropicamente dirigidos. As condições otimizadas foram para 1 mL de urina extraída utilizou-se 1 mL de metanol para eluição do u-SPMA com recuperação de 93,3% para o HMIP e 83,3% para o HMIP-RAM. Quando se comparou o teor de água em equilíbrio do HMIP e do HMIP-RAM em relação a um MIP sintetizado pelo método de bulk, observou-se a inserção da fração inorgânica na síntese de polímeros aumenta a hidrofobicidade do material, sugerindo que o empacotamento deste material em colunas de SPE é menos suscetível a problemas de inchamento e entupimento. Na sequência os materiais foram aplicados em amostras de urinas com quantidades de u-SPMA adicionadas a matriz e validados analiticamente seguindo as figuras de mérito propostas na Resolução RDC N.o 27, DE 17 DE MAIO DE 2012 da ANVISA, demonstrando serem lineares nas faixas de trabalho (R2 > 0,99), precisos (coeficientes de variação menor do que 3,5%), exatos (94,47 a 109,57 %), e sensíveis, MLOD menor que 3,16 μg.L-1 e o MLOQ menor que 10,53 μg.L-1. Destaca-se o MLOD (0,14 μg.L-1) e MLOQ (0,45 μg.L-1) do polímero HMIP-RAM 4-VP/SiO2 HEMA. Quando os materiais sintetizados foram comparados com o cartucho comercial do tipo C18, tanto para os ensaios de recuperação e regeneração/reuso seus resultados apresentaram melhor eficiência; atestando assim, a confiabilidade de aplicação dos polímeros híbridos propostos na determinação do marcador biológico de exposição ao benzeno urinários u-SPMA.
Uso de fotorreatores UV para a remoção de diclofenaco, bezafibrato e etinilestradiol de esgoto tratado em sistema UASB - FBP.
(2015) Faria, Eros de; Lima, Diego Roberto de Sousa; Xavier, Leandro Pablo dos Santos; Aquino, Sergio Francisco de; Afonso, Robson José de Cássia Franco; Chernicharo, Carlos Augusto de Lemos; Gomes, Rafaela de Paiva
Este trabalho avaliou a remoção de diclofenaco (DCF), bezafibrato (BZF) e etinilestradiol (EE2) de efluentes de sistema UASB-FBP (reator anaeróbio de manta de lodo seguido de filtro biológico percolador) em fotorreatores UV de lâmpadas imersas (FRI) e emersas (FRE). Os resultados mostram que baixa eficiência de remoção de tais compostos foi obtida em ambos fotorreatores quando se utilizou baixo tempo de contato (~10 min) e baixa concentração inicial de fármacos (0,5 μg.L-1 para EE2, e 21 μg.L-1 para DCF e BZF). O aumento da concentração inicial de DCF (para 20 mg.L-1) e do tempo de contato (para 20 min) resultaram em aumento da eficiência de remoção (de 31 para 83% no FRI e de 36 para 86% no FRE), indicando que compostos dissolvidos presentes no efluente biológico afetaram adversamente a remoção de fármacos nos fotorreatores devido a competição pela radiação UV incidente.
Validation of a new high-throughput method to determine urinary S-phenylmercapturic acid using low-temperature partitioning extraction and ultra high performance liquid chromatography–mass spectrometry.
(2017) Gomes, Rafaela de Paiva; Pena, Camila Bárbara; Rezende, Jennifer; Coutrim, Maurício Xavier; Afonso, Robson José de Cássia Franco
A new highly sensitive and environmentally friendly analytical method, using low-temperature partition extraction and ultra-high-performance liquid chromatography with tandem mass spectrometry, without the use of a labeled analyte, was developed and validated to determine and quantify urinary Sphenylmercapturic acid in urine samples. TheWorld Health Organization, in its guidelines for air quality in Europe, recognizes that benzene is carcinogenic to humans and there is no safe level of exposure. Urinary S-phenylmercapturic acid is a sensitive and specific biological marker of exposure to benzene. The new analytical method, extraction, and analysis, were linear in the working range between 0.1 and 200.0 μg/L, precise (relative standard deviation lower than 6.0%), accurate (97.0–105.0%), and sensitive. The method’s limits of detection and quantification were 0.02 and 0.084 μg/L, respectively. The recovery with the lowtemperature partition extraction was 96.1%, with relative standard deviation less than 3.8%. The method is simple, accurate, and reproducible, and has been successfully applied in the evaluation of nonoccupational exposure to benzene, by urinary S-phenylmercapturic acid in urine samples.