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Doctoral Thesis
DOI
10.11606/T.64.2006.tde-01062007-151046
Document
Author
Full name
Ana Cristi Basile Dias
E-mail
Institute/School/College
Knowledge Area
Date of Defense
Published
Piracicaba, 2006
Supervisor
Committee
Zagatto, Elias Ayres Guidetti (President)
Fatibello Filho, Orlando
Gomes Neto, José Anchieta
Nogueira, Ana Rita de Araujo
Raimundo Junior, Ivo Milton
Title in Portuguese
"Sistemas de análises químicas em fluxo explorando multi-impulsão e detecção espectrofotométrica: aplicação a formulações farmacêuticas e a extratos de solos"
Keywords in Portuguese
Análises em fluxo
Espectrofotometria
Fluorescência induzida por laser
Fluxo pulsante
Mini-bombas
Abstract in Portuguese
Os sistemas de análises em fluxo com multi-impulsão (MP) empregam bombas solenóides como unidade propulsora de fluidos, as quais proporcionam um fluxo pulsante. Esta característica foi avaliada em função do funcionamento, operação e desempenho do sistema, das condições de mistura entre as soluções envolvidas e da dispersão da solução inserida. A avaliação geral dos sistemas MP envolveu estudos de precisão e exatidão volumétrica dos pulsos, bem como da robustez da unidade propulsora, os quais envolveram medidas gravimétricas. Ainda, dispersão envolvendo uma solução colorida como amostra foi espectrofotometricamente avaliada. Os resultados foram corroborados por meio de aplicações analíticas. Limitações quanto ao uso de bombas com maiores volumes de pulso (> 25 l) foram observadas a elevadas frequências de pulsação (> 4,0 Hz). Os volumes experimentalmente determinados concordaram com os valores esperados (erro relativo < 2,0 %). A dispersão da amostra foi menor relativamente àquela inerente a fluxo constante (sistema explorando multi-comutação, MC). O fluxo pulsante promoveu melhoria no desenvolvimento reacional devido principalmente à agitação dos elementos de fluido vizinhos. Este aspecto foi importante com relação à determinação espectrofotométrica de bromexina em fármacos. O método se fundamentou no acoplamento eletrofílico da bromexina com 3-metil-2-benzotiazolinona hidrazona (MBTH), e posterior oxidação com Ce(IV) em ambiente ácido. Boa sensibilidade analítica foi conseguida com baixo consumo de reagentes e rapidez nas análises (300 h-1). O sistema comparativo, envolvendo fluxo constante, não apresentou a mesma sensibilidade analítica. Outra aplicação foi a determinação espectrofotométrica de fosfato em extratos de solos envolvendo a formação do azul de molibdênio. Melhores resultados analíticos foram obtidos para freqüências de pulsação < 0,5 Hz, devido ao maior tempo disponível para a interação entre as espécies quínicas envolvidas. O sistema MP proposto requer menor volume de amostra (48 l) relativamente ao sistema MC (96 l), sendo caracterizado por maior frequência analítica (MP: 144 h-1; MC: 67 h-1). Os resultados referentes às análises de extratos de solos foram concordantes entre si e com relação ao método referência. A visualização de uma amostra se dispersando no fluxo pulsante foi possível empregando-se a técnica de despolarização da fluorescencia induzida por laser envolvendo Rodamina B. Os experimentos foram conduzidos sob alta (3,0 Hz) ou baixa (0,5 Hz) freqüência de pulsação na inserção de amostra, ausência ou presença de reator entre o local de introdução de amostra e o detector, e sentido horizontal ou vertical da cela de fluxo. Análise dos gráficos obtidos permitiu se vizualizar a re-distribuição de massas em função do tempo. Em geral, observou-se formação de vórtices no centro da zona de amostra e uma migração bastante intensa no sentido radial. No sentido axial, melhores interações amostra / fluxo transportador foram observadas quando a freqüência de pulsação foi baixa e em presença de um reator de 60 cm. O estabelecimento de vórtices resultou em uma mistura bastante rápida e pontual, o que foi confirmado pelas aplicações analíticas
Title in English
Multi-pumping flow systems with spectrophotometric detection: application to analysis of pharmaceuticals and soil extracts
Keywords in English
Flow analysis
Laser induced fluorescence
Pulsed flow
Solenoid pumps
Spectrophotometry
Abstract in English
Multi-pumping flow systems (MP) utilize solenoid pumps as fluid propelling devices, which deliver pulsed flows. This feature was evaluated in relation to the design, operation and performance of the system, to the mixing conditions, and to the dispersion of the introduced solution. The general evaluation of the MP systems involved investigations about precision and accuracy of the pulse volumes, as well as the pump ruggedness. To this end, gravimetric measurements were carried out. Moreover, dispersion was evaluated by exploiting a colored solution and spectrophotometric monitoring. Results were corroborated through analytical applications. Use pumps delivering higher pulse volumes (> 25 l) was limited when the pulsation frequency was > 4.0 Hz. The experimentally measured volumes were in agreement with to the expected values (relative error < 2.0 %). Sample dispersion was lower in relation to that inherent to laminar flow (multi-commuted flow system, MC).Exploitation of pulsed flow led to a enhanced reaction development mainly due to shaking of neighboring fluid elements. This aspect was important in relation to spectrophotometric determination of bromhexine in pharmaceuticals The method was based on electrophylic coupling of bromhexine with 3-methyl-2-benzothiazolinone hydrazone (MBTH), with further oxidation by Ce(IV) under acidic medium. Analytical sensitivity was fair, reagent consumption was low and sampling rate was 300 h-1. These figures of merit were not compared with those inherent to the MC system due to the lack of sensitivity of this system. Another application was the spectrophotometric determination of phosphate in soil extracts relying the molybdenum blue formation. Best analytical results were obtained for < 0.5 Hz pulse frequency, due to the higher available time for interaction among the involved chemical species. The proposed MP system required lower sample volume (48 l) in relation to the MC system (96 l), being characterized by higher sampling rate (MP: 144 h-1; MC: 67 h-1). Analytical results related to soil extracts were in agreement between them and with the reference method. Visualization of a dispersing sample in a pulsed flow became feasible using the laser induced fluorescence technique applied to Rhodamine B, RB. Experiments were performed under high (3.0 Hz) or low (0.5 Hz) pulse frequency, optional insertion of a reactor between the injection point and detection, and vertical or horizontal positioning of the flow-cell. Analyses of the graphs obtained allowed the visualization of the mass re-distribution in function of time. In general, vortex formation at the central portion of the sample zone and a high RB migration in the radial direction, were noted. Concerning axial direction, better sample / carrier stream interactions were observed for lower pulse frequency and insertion of the 60-cm reactor. Vortex establishment led to a punctual and fast mixing, as confirmed by the analytical applications
 
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Publishing Date
2007-06-18
 
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