Aumento da resolução de espectros de RMN 13C de ácidos húmicos em solução através do tratamento prévio com KCl 0,03 mol L-1

Increase resolution of solution 13C NMR spectra of humic acids by previous treatment with 0,03 mol L-1 KCl

humic acids; humic substances; 13C NMR

NOTA TÉCNICA

Aumento da resolução de espectros de RMN ¹³C de ácidos húmicos em solução através do tratamento prévio com KCl 0,03 mol L^-1

Luciano Pasqualoto Canellas, Fernando Guridi e Gabriel de A. Santos

Departamento de Solos, Universidade Federal Rural do Rio de Janeiro, 23890-000 Seropédica - RJ

Victor Marcos Rumjanek

Departamento de Química, Universidade Federal do Rio de Janeiro, 23890-000 Seropédica - RJ

Raimundo Braz-Filho

Setor de Química dos Produtos Naturais, LCQUI-CCT, Universidade Estadual do Norte Fluminense, 28015-620 Campos - RJ

Recebido em 7/10/99; aceito em 28/2/00

Increase resolution of solution ¹³C NMR spectra of humic acids by previous treatment with 0,03 mol L^-1 KCl. High levels of Fe and Mn present in some soils and compost organic matter decrease the resolution of ¹³C NMR spectra of humic substances. Addition of KCl up to a concentration of 0,03 mol L^-1 to humic substances extracts followed by centrifugation is an efficient method of eliminating clays and minerals containing high levels of paramagnetic metals such as Fe and Mn thus increasing the resolution of ¹³C NMR spectra.

Keywords: humic acids; humic substances; ¹³C NMR.

INTRODUÇÃO

Um dos fatores que permitem diferenciar um solo de um sedimento é o seu maior conteúdo de matéria orgânica¹. A matéria orgânica do solo é uma mistura de compostos orgânicos provenientes de plantas, animais e microrganismos, física e quimicamente heterogênea e em diferentes estágios de decomposição². Os ácidos húmicos (AH) representam uma importante fração da matéria orgânica e são definidos pela solubilidade em meio aquoso básico e precipitação em meio aquoso ácido (pH 2 ou menor). Os AH formam uma mistura heterogênea de moléculas orgânicas unidas entre si principalmente por interações hidrofóbicas³. Esta mistura heterogênea aparece como componente importante da fertilidade dos solos, envolvendo-se na capacidade de troca de cátions, na acidez e na estrutura⁴, além de complexar metais pesados em solução⁵. Estudos sobre a estrutura química dos ácidos húmicos são antigos⁶ e nos últimos anos a RMN ¹³C permitiu avanços consideráveis na compreensão da estrutura^7,8 e de características físico-químicas^9,10. Ocorre, no entanto, que amostras de AH obtidas principalmente de solos e compostos orgânicos de zonas tropicais com predomínio de minerais de argila do tipo 1:1 apresentam considerável teor de Fe, o que reduz significativamente a resolução dos espectros de RMN ¹³C devido, principalmente, ao aumento do relaxamento transversal induzido pelo efeito de paramagnetismo. O procedimento utilizado comumente para o isolamento dos AH pode não ser adequado para tais amostras já que o meio fortemente ácido usado degrada os minerais de Fe aumentando sua concentração na solução de AH.

Este trabalho descreve um procedimento simples para melhorar a resolução de espectro de RMN ¹³C de AH extraídos de resíduos orgânicos de origem urbana.

MATERIAIS E MÉTODOS

Os AH foram extraídos de material produzido pela Companhia de Limpeza Urbana do Rio de Janeiro (COMLURB) a partir de resíduos orgânicos provenientes da coleta domiciliar de lixo na usina de compostagem de Jacarepaguá. As substâncias húmicas foram isoladas usando uma solução aquosa de NaOH 0,5 mol L^-1, na razão 1:10 (v:v) sob atmosfera inerte de N₂. Este procedimento de extração é recomendado como padrão pela International Humic Substances Society (IHSS)¹¹ e apresenta melhor rendimento de extração do que o uso de NaOH 0,1 mol L^-1 e de Na₄P₂O₇ 0,1 mol L^{-1 12}. O extrato contendo as substâncias húmicas (ácidos fúlvicos + ácidos húmicos) foi separado em duas partes. Antes da separação dos ácidos húmicos através da acidificação até pH 1,0 com HCl 6 mol L^-1, uma das partes foi submetida à adição de KCl sólido (P.A. Merck) até a concentração de 0,03 mol L^-1, agitou-se vigorosamente, deixou-se em repouso por uma hora e centrifugou-se a 2000 g por 20 minutos, descartando-se o resíduo depositado no fundo do tubo. A suspensão obtida foi acidificada após o repouso de oito horas e centrifugada novamente a 2000g por 20 minutos, descartando-se o sobrenadante. A redissolução do material sólido e precipitação foi repetida três vezes. Em seguida, adicionou-se 200 mL de uma solução aquosa diluída de HF e HCl, preparada com 5 mL de HCl concentrado e 5 mL de HF concentrado e o volume de solução completado para 1 L com água deionizada, e agitou-se a amostra por 8 horas. Os AH foram novamente precipitados por centrifugação e lavados com água até teste negativo com AgNO₃. Procedeu-se à diálise contra água deionizada em membranas com retenção máxima de 14 kD (Thomas Scientific Inc. USA). Finalmente, os AH foram secos por liofilização. Os AH da outra metade do extrato foram isolados através do mesmo procedimento sem a adição de KCl.

Os espectros das amostras de AH isoladas pelos dois procedimentos foram obtidos num aparelho Bruker AC-200 (50,30 MHz para ¹³C) usando-se 150 mg de AH dissolvidos em 1 mL de NaOH 0,5 mol L^-1 (9:1 H₂O:D₂O), utilizando a seqüência INVGATE.AU (desacoplamento inverso), com pulso de 90^o, tempo de aquisição de 0.2 s, tempo de espera da reciclagem do sinal de 0.8 s, 16K de tamanho e cerca de 200 000 transientes por amostra. Os espectros foram obtidos à temperatura ambiente e os deslocamentos químicos registrados dc (ppm) a partir do deslocamento químico do tetrametilsilano (TMS) usado como referência externa.

RESULTADOS E DISCUSSÃO

Os espectros de AH normalmente se apresentam com pouca resolução quando comparados com espectros de moléculas orgânicas mais simples. Mesmo assim, tais espectros fornecem informações para o reconhecimento de unidades estruturais¹³ e estudos da dinâmica evolutiva dos AH nos solos¹⁴.

Os espectros de RMN ¹³C dos AH extraídos de resíduos orgânicos sólidos de origem urbana com e sem a adição de KCl estão apresentados na Figura 1. A adição de KCl aumentou significativamente a resolução em todas as regiões do espectro. Na região de absorção de átomos de carbono sp³ inseridos em cadeias carbônicas aparece o sinal mais intenso em d_c 31,5 que pode ser atribuído a grupamentos CH₂ em cadeias longas¹⁵ e em d_c 15,1 característico de metilas em posição terminal nos AH¹⁶. Os sinais em d_c 36,5, 44,0, 51,5 e 54,5 podem ser atribuídos a carbonos sp³ e ligados a nitrogênio de aminoácidos¹⁷ e em d_c 57,0 a grupamentos OCH₃¹³. O sinal em d_c 70,2 pode também ser correlacionado com átomos de carbono sp3 nitrogenado de aminoácidos¹⁸. A presença de átomo de carbono sp3 ligado a dois átomos de oxigênio (acetal ou cetal) encontrados em carboidratos (e. g.), pode ser sugerido pelo sinal em d_c 99,0¹². O sinal em d_c 130 pode ser atribuído a carbonos sp² aromáticos pouco substituídos¹⁹. A região entre d_c 160 e 185 registra sinais que podem ser atribuídos a carbonos sp² de grupos carboxílicos²⁰.

Os resultados obtidos permitem deduzir que o tratamento prévio da solução de substâncias húmicas com KCl 0,03 mol L^-1 é útil na floculação de minerais de argila que contém ferro, alumínio e manganês, diminuindo o efeito de paramagnetismo com aumento na resolução dos espectros em solução.

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Datas de Publicação

• Publicação nesta coleção
  09 Ago 2001
• Data do Fascículo
  Fev 2001