DEGRADAÇÃO DA AMOXICILINA E 17Β-ESTRADIOL EM...

DEGRADAÇÃO DA AMOXICILINA E

17Β-ESTRADIOL EM SOLUÇÃO

AQUOSA UTILIZANDO PROCESSOS

OXIDATIVOS AVANÇADOS.

Ingrid Saiala Cavalcante de Souza Feitosa (UFPE )

[email protected]

Helder Tenorio Cavalcanti (UFPE )

[email protected]

Gilson Lima da Silva (UFPE )

[email protected]

Rogerio Ferreira da Silva (UFPE )

[email protected]

AGILSON NASCIMENTO DE SOUZA (UFPE )

[email protected]

Além dos poluentes comumente encontrados nos corpos hídricos, uma

das grandes preocupações mundiais no âmbito da preservação dos

padrões de qualidade da água, recurso vital e finito, diz respeito a

presença de micropoluentes, contaminantes da ordem de µg L-1 e ng

L-1. O 17β-Estradiol e a Amoxicilina são representantes dessa classe

de substâncias cuja presença, advinda da ação antrópica, foi

identificada em corpos d´água utilizados para abastecimento e

consumo humano e que despertam atenção devido aos efeitos adversos

que podem causar aos seres vivos, destacando-se a interferência

endócrina, e ao ambiente. A pesquisa aqui apresentada se dedicou à

aplicação de procedimentos de degradação destes contaminantes em

solução aquosa e à avaliação da eficiência destes na sua remoção.

Optou-se pela aplicação de Processos Oxidativos Avançados (POAs),

largamente recomendados na literatura para remoção dessa classe de

poluentes, e utilizou-se o método da Cromatografia Líquida de Alta

Eficiência (CLAE) para apresentação e comparação dos resultados.

Os resultados obtidos permitiram confirmar a eficiência do POA Foto-

Fenton na degradação de Amoxicilina e 17β-Estradiol em solução

aquosa e a utilização com precisão considerável da técnica de

Cromatografia Líquida de Alta Eficiência na identificação das

substâncias na solução aquosa e confirmação da degradação destas.

Palavras-chave: Degradação, Amoxicilina, 17β-Estradiol

XXXVI ENCONTRO NACIONAL DE ENGENHARIA DE PRODUCÃO Contribuições da Engenharia de Produção para Melhores Práticas de Gestão e Modernização do Brasil

João Pessoa/PB, Brasil, de 03 a 06 de outubro de 2016.


João_Pessoa/PB, Brasil, de 03 a 06 de outubro de 2016. .

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1. Introdução

É cada vez mais difícil atingir os objetivos de fornecimento de água para a população em

quantidade suficiente às suas necessidades básicas e com os padrões de qualidade

estabelecidos garantidos. Isso ocorre tanto devido à crescente demanda quanto ao pouco

cuidado com a preservação dos corpos hídricos. Moraes et al. (2007) destaca os principais

efeitos da atividade antrópica, como os lançamentos de efluentes domésticos e industriais e o

uso e ocupação do solo em locais próximos a bacias hidrográficas que alteram as condições

naturais desses ambientes, contaminando os corpos receptores com substâncias nocivas. É

preciso lidar, ainda, com o agravamento, pelas condições climáticas, da escassez de água nos

mananciais para abastecimento, uma realidade que de forma nenhuma é nova para o Nordeste

do Brasil, porém está agora presente numa parcela cada vez maior do país.

Os poluentes hídricos objeto deste trabalho tornaram-se, recentemente, alvo de interesse e

preocupação na comunidade científica, como mais um efeito da atividade antrópica, Trata-se

de micropoluentes, presentes no meio ambiente em concentrações na ordem de µg L-1

e ng L-

1, capazes de causar efeitos já reconhecidos nos seres vivos, como a interferência endócrina, e

que não são totalmente removidos pelos processos convencionais de tratamento de água e

efluentes (BILA, 2005).

Segundo Henriques (2008), os efeitos mais documentados na espécie humana dessa classe de

substâncias, a diminuição da qualidade de esperma, a alteração da fertilidade, o aumento do

número de abortos espontâneos, a alteração da razão macho/fêmea, o aumento da frequência

de deficiências do aparelho reprodutor masculino, principalmente o criptorquidismo e as

hipospadias, o aumento de casos de endometriose e puberdade precoce e o aumento de

diversos tipos de neoplasias.

O presente trabalho tem como objetivo a avaliação da eficiência de tratamentos para a

degradação dos micropoluentes 17β-Estradiol e Amoxicilina, identificados em mananciais

hídricos para abastecimento humano e para os quais os métodos convencionais empregados

nas Estações de Tratamento de Água e Esgoto são ineficientes. Optou-se pela aplicação de

Processos Oxidativos Avançados (POAs), classe de métodos indicados na literatura para

remoção dos micropoluentes.



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2. Referencial Teórico

Dentre os poluentes mais comumente encontrados nos corpos hídricos para abastecimento, a

classe dos chamados contaminantes emergentes é alvo de crescente preocupação por todo o

mundo. Esses micropoluentes, presentes em concentrações baixíssimas de µg L-1

e ng L-1

,

incluem fármacos, hormônios naturais e sintéticos, subprodutos naturais e drogas ilícitas,

tendo como sua origem principal a descarga de Estações de Tratamento de Efluentes (ETE).

Fármacos, desreguladores, ou interferentes, endócrinos e poluentes orgânicos persistentes

(POP) são classes de micropoluentes muito investigadas devido, principalmente, aos seus

efeitos no meio ambiente e à possibilidade de produção de efeitos adversos aos organismos

expostos a concentrações realmente muito baixas (BILA e DEZOTTI, 2007). Essas

substâncias desreguladoras endócrinas presentes nos corpos hídricos tem origem

principalmente nas descargas de efluentes de Estações de Tratamento de Esgoto (ETEs),

estudos demostram que várias dessas substâncias parecem ser persistentes no meio ambiente e

não são completamente removidas nas ETEs (BILA e DEZOTTI, 2007; CARBALLA; OMIL;

LEMA, 2005).

A presença dessa classe de substâncias já foi detectada em reservatórios de água em diversas

partes do mundo (BENOTTI et al, 2009; SANTOS JUNIOR, 2012 e 2013; NIE et al, 2009;

SODRÉ et al, 2007; GHISELLI & JARDIM, 2007; SILVA et al, 2011; MOLINA et al, 2014;

MEFFE e BUSTAMANTE, 2014), e seus efeitos sobre espécies animais vem sendo relatados

desde a década de 50. Sim et al (2011) e Sumpter e Johnson (2008) destacam que alguns

destes compostos são capazes de causar alterações no sistema endócrino dos seres vivos,

sendo conhecidos como interferentes endócrinos, devido ao fato deles agirem em mecanismos

regulados por hormônios, além de provocarem efeitos em níveis residuais ou em traços.

No estado de Pernambuco, um dos trabalhos pioneiros nessa área de pesquisa publicado por

Santos Junior, Silva e Silva (2014) constituiu na investigação da qualidade da água da Estação

de Tratamento localizada no bairro de Petrópolis em Caruaru, responsável pelo abastecimento

de cerca de três quartos desse município.



4

Os estrógenos naturais 17β-estradiol (E2), estriol (E3), estrona (E1) e o sintético 17 alfa-

etinilestradiol (EE2), desenvolvido para uso médico em terapias de reposição hormonal

feminina e métodos contraceptivos, são os que despertam maiores preocupações pela contínua

introdução no meio ambiente, sendo todos eles hormônios que possuem a melhor

conformação reconhecida pelos receptores que resultam respostas máximas, por isso são

considerados responsáveis pela maioria dos efeitos danosos aos seres vivos causados pela

exposição indevida a estes no meio ambiente (GUIMARÃES, 2008). A amoxicilina é um

antibiótico utilizado no tratamento contra infecções bacterianas, amplamente administrado

através do uso oral, age de forma a inibir a síntese da membrana celular da bactéria, sendo

eliminado principalmente pela urina (SANTOS JUNIOR et al., 2012).

Devido à ineficiência de processos convencionais de tratamento de efluentes na remoção

desses micropoluentes, a literatura tem como proposta a aplicação de Processos Oxidativos

Avançados (POA). Nas pesquisas que se concentram na seleção de métodos para a remoção

desses contaminantes em meio aquático vêm se destacando, como poderosa ferramenta, o uso

de processos oxidativos avançados – POA (CUNHA et al, 2007; NAPOLEÃO, 2011).

O presente trabalho dedicou-se a avaliação de métodos de degradação dos contaminantes

emergentes 17β-estradiol, de comprovada interferência endócrina, e Amoxicilina, fármaco de

efeito antibiótico largamente utilizado pela população, muitas vezes de forma indiscriminada.

Ambos foram anteriormente identificados em mananciais para abastecimento humano na

cidade de Caruaru (SANTOS JUNIOR; SILVA; SILVA, 2014).

3. Metodologia

Os métodos de tratamento de água para degradação dos contaminantes emergentes, exigem

eficácia, robustez e baixo custo, principalmente para países e regiões que não dispõem de

recursos hídricos abundantes, e sem que estes métodos e os produtos destes causem ainda

mais impacto para o meio ambiente ou perigo à saúde humana. Malato et al. (2009) apresenta

que os Processos Oxidativos Avançados (POAs), utilizados para descontaminação de águas

contendo poluentes orgânicos e/ou para a desinfecção e remoção dos atuais patógenos

emergentes, podem representar uma valorosa agregação, e talvez uma alternativa, aos



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métodos convencionais que trazem tratamentos química e operacionalmente intensivos e de

alto gasto energético.

A literatura traz resultados satisfatórios quanto à utilização de Processos Oxidativos

Avançados (POAs) na degradação dos chamados contaminantes emergentes, como a

aplicação do reativo de Fenton (H2O2 + Fe2+

) nos processos Fenton e Foto-Fenton

(KLAMERTH et al., 2013; PRIETO-RODRÍGUEZ et al., 2013; LA CRUZ et al., 2013; LA

CRUZ et al., 2012; KLAMERTH et al., 2010).

Nesse trabalho empregou-se o processo Foto-Fenton (UV + H2O2 + Fe2+

) para ensaios de

degradação dos contaminantes emergentes 17β – estradiol e Amoxicilina. Utilizou-se reator

de bancada, com luz ultravioleta branca, para realização dos ensaios. A Tabela 1 apresenta o

delineamento estatístico que teve a finalidade de encontrar condições eficientes e econômicas

para a degradação. Um modelo do reator de bancada utilizado, composto de três lâmpadas

fluorescentes com potência 20 W, pode ser visto na Figura 1.



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Tabela 1- Planejamento detalhado dos procedimentos

Fonte: Os Autores

Figura 1 - Modelo de reator de bancada

Fonte: Os autores

Definidos os procedimentos a serem realizados, foi necessário construir uma curva de

calibração das substâncias estudadas, de forma a garantir a eficácia do método de

Cromatografia Líquida de Alta Eficiência (CLAE) na identificação destas. Para esse objetivo

utilizou-se solução de 8 ppm de 17β-estradiol e Amoxicilina preparada pesando-se 1 mg de

cada micropoluente em 125 ml de metanol. Realizou-se então diluições sucessivas para obter,

além de 8 mg/l, as concentrações de 0,4; 1,4; 2,4; 3,4; 4,4; 5,4; 6,4; 8 ppm. Os pontos de

concentração para determinação da curva seguiram metodologia adotada por Yilmaz e

Kadioglu (2013).



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A curva de calibração foi determinada em um CLAE marca Prominence LC - 20AD com

detector PDA Fase móvel - metanol - modo isocrático, fluxo - 0,3 mL/mim, Coluna C18, 100

x 200 mm, 3 micrometros Phenomenex Gemini 110ª Tempo de Análise - 6 min, Scan 200 -

500 nm.

A etapa seguinte diz respeito à realização dos ensaios de degradação dos micropoluentes

utilizando solução 8 ppm de Amoxicilina e 17β-Estradiol. As amostras, alíquotas de 50 ml da

solução, tratadas conforme detalhado na Tabela 1, foram submetidas a exposição da luz no

reator de bancada nos intervalos de tempo de 30 e 90 minutos. Concluído esse intervalo, a

amostra era transferida para um funil de separação, onde eram acrescentados 8 ml de

diclorometano para separação das fases (processo repetido três vezes). A fase inferior era

coletada em balão volumétrico de fundo redondo, acoplado num rotoevaporador,

permanecendo em banho-maria na temperatura de aproximadamente 50° C, sendo a

rotoevaporação encerrada quando restavam aproximadamente 0,5 ml do produto. Este volume

final era então coletado e transferido para balão volumétrico de 10 ml, que tinha seu volume

completado com metanol. No caso das amostras que continham peróxido de hidrogênio

(H2O2), acrescentou-se 68 mg de Sulfito de sódio, logo após a transferência para o balão de 10

ml, para inibir a continuidade da reação do peróxido. Finalmente, a solução foi transferida

para um vial e levada para análise cromatográfica.

É indispensável ressaltar a importância da completa descontaminação das vidrarias e

equipamentos a serem utilizadas nos procedimentos descritos. Devido às baixíssimas

concentrações dos contaminantes trabalhados, a presença de substâncias indesejadas poderia

ocasionar problemas nas leituras das amostras em cromatógrafo, bem como alterações nos

resultados das degradações. Objetivando garantir a qualidade do trabalho realizado, foram

adotados os procedimentos indicados no Protocolo: Demanda III. 1 Compostos Emergentes

do Instituto Nacional de Ciências e Tecnologias Analíticas Avançadas do Laboratório de

Química Ambiental (INCTAA) da UNICAMP.

As vidrarias utilizadas foram a princípio lavadas exaustivamente com água corrente e

detergente neutro, prosseguindo-se com a purificação adicionando cinco alíquotas de água

destilada e a mesma quantidade de água deionizada (Milli-Q), por fim condicionou-se uma

alíquota de acetona P.A. As vidrarias volumétricas foram deixadas em solução aquosa

contendo Extran (10%) por 12 horas.



8

4. Resultados e discussão

Os contaminantes emergentes, Amoxicilina e 17 β-estradiol, foram tratados através do

processo Foto-Fenton com luz artificial com a utilização de reator de bancada como o

apresentado na Figura 1. As curvas analíticas obtidas e utilizadas para quantificar as

degradações da Amoxicilina e do17β-estradiol estão apresentadas nas Figuras 2 e 3.

Figura 2 - Curva Analítica Amoxicilina

Fonte: Os autores



9

Figura 3 – Curva Analítica 17 β-estradiol

Fonte: Os autores

As curvas analíticas foram determinadas com base nos dados obtidos por um cromatógrafo

líquido de alta eficiência (Shimadzu), a Figura 4 apresenta um dos cromatogramas obtidos,

onde se observam dois picos, o primeiro, com tempo de retenção de 0, 99 minutos, representa

o fármaco Amoxicilina, e o segundo, com tempo de retenção de 1,22 minutos representa o

hormônio natural 17 β-estradiol.

Figura 4 - Cromatograma da mistura da Amoxicilina e 17 β-estradiol para curva analítica correspondente a

concentração de 0,4 ppm de cada composto

Fonte: Os autores



10

A melhor condição experimental obtida no planejamento para Amoxicilina e 17 β-estradiol

está apresentada na Tabela 2, bem como o resultado da degradação.

Tabela 2 - Melhor condição experimental e resultado da degradação para Amoxicilina e 17 β-estradiol

Fonte: Os autores

Pode-se observar na Tabela 2, que de todos os procedimentos analisados onde se obtém os

melhores resultados experimentais de degradação tanto para a amoxicilina quanto para o 17β-

estradiol, são com o maior volume utilizado de peróxido e com a menor concentração de

sulfato ferroso e com maior tempo em tratamento em luz branca, para estas condições foram

conseguidas taxas de degradações acima de 90%.

Outra perspectiva de análise conjunta dos contaminantes está apresentando na Figura 5, no

novo cromatograma obtido para degradação da mistura de 17 β-estradiol e Amoxicilina. Ao

comparar com o cromatograma apresentado na Figura 4, onde os contaminantes foram

testados de forma separada. Observa-se a formação de novos picos, os quais representam

subprodutos de degradação, o que nos remete a relevância de tais subprodutos serem

identificados em estudos futuros.



11

Figura 5 - Cromatograma degradação da mistura de 17beta-estradiol e Amoxicilina

Fonte: Os autores

5. Considerações finais

Os resultados obtidos permitem afirmar que dentre os processos oxidativos avançados

utilizados, o Foto-Fenton foi o mais eficiente na degradação da Amoxicilina e do 17 β-

estradiol em solução aquosa.

A técnica da cromatografia líquida de alta eficiência utilizada permitiu com precisão

considerável a identificação das substâncias na solução aquosa, além da confirmação da sua

degradação. O cromatograma da degradação das substâncias permitiu a visualização de novos

picos que podem apontar para o aparecimento de novas substâncias secundárias geradas no

processo de degradação.

Não obstante os resultados satisfatórios obtidos nesse trabalho pelo uso de POA em escala de

bancada, se faz mister a realização de novos testes para identificar os subprodutos formados e

sua respectiva toxicidade.

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