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UNIVERSIDADE FEDERAL DE MINAS GERAIS
INSTITUTO DE CIÊNCIAS EXATAS
DEPARTAMENTO DE QUÍMICA
MARIANA DE SOUSA GOMES
Curso de Bacharelado em Química da UFMG
ESTUDO DA PERFORMANCE DE ADITIVOS ANTIOXIDANTES
NATURAIS NO ENVELHECIMENTO DO ÓLEO DE MACAÚBA POR
ESI/MS E MONITORAMENTO DA QUALIDADE DO BIODIESEL
POR HPLC/ELSD/DAD.
Belo Horizonte
2014
MARIANA DE SOUSA GOMES
ESTUDO DA PERFORMANCE DE ADITIVOS ANTIOXIDANTES
NATURAIS NO ENVELHECIMENTO DO ÓLEO DE MACAÚBA POR
ESI/MS E MONITORAMENTO DA QUALIDADE DO BIODIESEL
POR HPLC/ELSD/DAD.
Trabalho de Conclusão de Curso
apresentado a Universidade Federal de
Minas Gerais como requisito parcial para
obtenção de título de bacharel em Química
Orientadora: Isabel Cristina Pereira Fortes
Belo Horizonte, MG
2014
Dedico à
minha mãe Mariza,
ao meu pai Geraldo
ao meu irmão Pedro e
ao meu noivo Petrônio.
AGRADECIMENTO
Agradeço à Deus e à minha família: Mariza, Geraldo e Pedro pela fé em mim, pois sem
eles nada disso seria possível.
Ao meu noivo Petrônio pela compreensão, amor e companheirismo.
Aos meus familiares: tias, tios, e primos pelo carinho e ajuda em minhas conquistas.
Aos mestres da UFMG, pela confiança, compreensão, e ensinamentos a mim passados.
Ao Laboratório de Ensaio de Combustíveis - LEC principalmente à Isabel Cristina e Mirra
Angelina pela orientação e amizade. As professoras Vânya Pasa e Camila Corgonzinho
e pela oportunidade e conhecimentos oferecidos. Aos funcionários do LEC em especial
Rosângela pela ajuda em alguns ensaios.
Aos amigos do PRH 46 (Programa de Formação em Recursos Humanos em
Biocombustíveis) e da vida pelo apoio nesta etapa da minha vida profissional, meu
sincero e carinhoso abraço.
Agradecemos o apoio financeiro da Agência Nacional do Petróleo, Gás Natural e
Biocombustíveis – ANP, da Financiadora de Estudos e Projetos – FINEP – e do
Ministério da Ciência e Tecnologia – MCT por meio do Programa de Formação de
Recursos Humanos da ANP para o Setor Petróleo e Gás – PRH-ANP/MCT.
Essa vitória é de todos nós!
RESUMO
O biodiesel é constituído por uma mistura de ésteres monoalquílicos, é um combustível
renovável que pode ser obtido por processos tais como o craqueamento, a esterificação
ou pela transesterificação.
No Brasil, as especificações do biodiesel são regulamentadas pela Resolução ANP
n°14, de 11.5.2012. Para garantir a qualidade do biodiesel todos os parâmetros devem
estar dentro da norma a fim de controlar possíveis contaminantes que venham da
queima e garantir a integridade do motor e o desempenho do veículo.
Nesse cenário a Macaúba, pode ser tornar uma matéria-prima promissora para a
fabricação de biodiesel e outras indústrias. Aditivos antioxidantes como o BHT podem
ser adicionados a matéria prima para minimizar o processo de oxidação, esse trabalho
estudou o uso do Piche de alcatrão como um possível aditivo para minimizar o processo
de envelhecimento dos óleos.
Esse trabalho teve também como objetivo propor uma metodologia que possibilite o
monitoramento da qualidade do biodiesel a partir da detecção dos ésteres
monoalquílicos, dos subprodutos e coprodutos do biodiesel por meio de
HPLC/ELSD/DAD em uma única etapa e sem a necessidade de derivatização. Além
de determinar o perfil dos óleos puros por ESI(+)-MS e HPLC/DAD das amostras sem
e com antioxidantes, antes e após o envelhecimento.
Os resultados para a quantificação se mostraram satisfatórios para a quantificação do
biodiesel de óleo de soja e sebo bovino, porem para o óleo de coco os resultados não
foram o esperado.
Para o estudo do envelhecimento dos óleos em Rancimat com e sem BHT e Piche,
observou-se que o piche surge como um antioxidante alternativo para o
condicionamento de óleos vegetais evitando o seu envelhecimento em condições
drásticas e a técnica ESI(+)-MS uma alternativa rápida e eficaz para seu
monitoramento.
SUMÁRIO
LISTA DE TABELAS----------------------------------------------------------------------------- 8
LISTA DE FIGURAS ---------------------------------------------------------------------------- 9
1. INTRODUÇÃO --------------------------------------------------------------------------------11
1.1Biodiesel --------------------------------------------------------------------------------------- 11
1.2 Parâmetros de qualidade ----------------------------------------------------------------- 14
1.3 Macaúba -------------------------------------------------------------------------------------- 14
1.4.Antioxidantes -------------------------------------------------------------------------------- 15
1.5 Técnicas analíticas utilizadas ------------------------------------------------------------17
1.5.1 Cromatografia Líquida de Alta Eficiência( HPLC ) --------------------------------17
1.5.2 Diode Array Detector (DAD) -----------------------------------------------------------18
1.5.3 Evaporative Light Scattering Detector (ELSD) ------------------------------------18
1.5.4 Espectrômetro de massas (MS) -------------------------------------------------------19
1.5.5 Rancimat ------------------------------------------------------------------------------------20
2. OBJETIVO --------------------------------------------------------------------------------------21
3. METODOLOGIA ------------------------------------------------------------------------------ 21
3.1 Monitoramento da qualidade do Biodiesel --------------------------------------------21
3.1.1 Otimização da fase móvel --------------------------------------------------------------22
3.1.2 Determinação do tempo de retenção de alguns produtos, coprodutos e
subprodutos do Biodiesel -----------------------------------------------------------------------22
3.1.3 Quantificação por curva analítica -----------------------------------------------------23
3.1.4 Quantificação por fator de correção -------------------------------------------------23
3.1.5 Síntese de Biodiesel --------------------------------------------------------------------24
3.1.6 Quantificação do Biodiesel por fator de correção ---------------------------------26
3.2 Estudo da performance de aditivos antioxidantes naturais no envelhecimento
de óleo de macaúba por HPLC/DAD e HPLC/MS ---------------------------------------26
3.2.1 Preparo das amostras -------------------------------------------------------------------26
3.2.2 Determinação do perfil do óleo por HPLC/DAD ---------------------------------- 29
3.2.3 ESI(+)-MS das amostras de óleo de macaúba antes e após o
envelhecimento -----------------------------------------------------------------------------------29
4. RESULTADOS E DISCUSSÃO -----------------------------------------------------------30
4.1 Monitoramento da qualidade do Biodiesel ----------------------------------------30
4.1.1 Otimização da fase móvel --------------------------------------------------------------30
4.1.2 Determinação do tempo de retenção de alguns produtos, coprodutos e
subprodutos do Biodiesel ---------------------------------------------------------------------- 30
4.1.3 Curva analítica ----------------------------------------------------------------------------31
4.1.4 Quantificação por fator de correção --------------------------------------------------32
4.1.5 Síntese de Biodiesel ---------------------------------------------------------------------33
4.1.6 Quantificação do Biodiesel por fator de correção --------------------------------33
4.2 Estudo da performance de aditivos antioxidantes naturais no envelhecimento
de óleos vegetais por HPLC e ESI/MS -----------------------------------------------------36
4.2.1 Envelhecimento das amostras --------------------------------------------------------36
4.2.2 Determinação do perfil do óleo por HPLC/DAD -----------------------------------37
4.2.3 ESI(+)-MS das amostras de óleo de macaúba antes e após o
envelhecimento -----------------------------------------------------------------------------------39
5. CONCLUSÕES ------------------------------------------------------------------------------- 43
6. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS ---------------------------------------------------- 44
7. ANEXOS ----------------------------------------------------------------------------------------46
ABREVIATURAS
ABNT Associação Brasileira de Normas Técnicas
ANP Agência Nacional do Petróleo
ASTM American National Standards Institute
BHA 3-terc-butil-4-hidroxianisol BHT Hidróxido butil tolueno
HPLC Cromatografia Líquida de Alta Eficiência
CNPE Conselho Nacional de Política Energética
DGs Diglicerídeos
DOU Diário Oficial da União
ELSD Evaporative Light Scattering Detector
EM Norma Europeia
ESI(+)-MS Eletrospray no modo positivo – Espectrômetro de Massas
GC Cromatografia Gasosa
MDA Ministério do Desenvolvimento Agrário
MGs Monoglicerídeos
TBHQ Terc- hidróxido butil quinona TGs Triglicerídeos
DAD Diode Array Detector
LISTA DE TABELA
Tabela 01- Composição em ácidos graxos de diversas oleaginosas----------------13
Tabela 2- Preparo da amostra concentrada de óleo de macaúba e antioxidantes
(Piche e BHT) ------------------------------------------------------------------------------------- 27
Tabela 3: Concentração de antioxidantes no óleo de macaúba---------------------- 27
Tabela 4: Apresenta os fatores de correção calculados a partir da equação 1 (item
3.1.4) para os ésteres metílicos utilizados no pool --------------------------------------32
Tabela 5: Massa das cadeias dos ésteres monoalquílicos obtidos através da
balança semi-analítica e obtidas através do fator de correção ----------------------- 33
Tabela 6: Fator de correção para os ésteres monoalquílicos presentes em maior
no biodiesel de óleo de soja, coco e no sebo bovino.-----------------------------------34
Tabela 7: Quantificação dos ésteres monoalquílicos do biodiesel pela método
desenvolvido---------------------------------------------------------------------------------------36
Tabela 8: Perfil graxo do óleo da amêndoa de macaúba-------------------------------37
Tabela 9: Massa e volume dos reagente para a transesterificação das matérias
primas para obtenção do biodiesel-----------------------------------------------------------45
Tabela 10: Fragmentos (m/z) dos picos mais intensos e suas respectivas
abundancias para o óleo da amêndoa de macaúba sem aditivo antes e após o
envelhecimento-----------------------------------------------------------------------------------46
Tabela 11: Fragmentos (m/z) dos picos mais intensos e suas respectivas
abundancias para o óleo da amêndoa de macaúba + Piche antes e após o
envelhecimento -----------------------------------------------------------------------------------48
Tabela 12 - Fragmentos (m/z) dos picos mais intensos e suas respectivas
abundancias para o óleo da amêndoa de macaúba + BHT antes e após o
envelhecimento-----------------------------------------------------------------------------------49
LISTA DE FIGURA
Figura 01 - Reação de obtenção do biodiesel pela reação de transesterificação partindo de um triacilglicerídeo ----------------------------------------------------------------11
Figura 02 - Matérias-primas utilizadas para produção de biodiesel – nacional ---12
Figura 3 - Representação do corte transversal do fruto da macaúba --------------15
Figura 4 - Produção de diferentes oleaginosas por hectares de terra --------------15
Figura 5 - Reação de Hidrólise de óleos e gorduras ------------------------------------16
Figura 6 - Esquema das etapas do processo de oxidação -----------------------------16
Figura 7 - Butilhidroxitolueno (BHT) --------------------------------------------------------- 17
Figura 8 - Estrutura macromolecular simplificada do piche de alcatrão de Eucalyptus sp -------------------------------------------------------------------------------------17
Figura 9 - Componentes básicos de um espectrometro de massas ---------------- 19
Figura 10 - Processo de obtenção das moléculas do analíto carregadas pelo processo de inonização por Eletrospray --------------------------------------------------- 20
Figura 11 - Esquema de funcionamento do Rancimat --------------------------------- 21
Figura 12 - Cromatógrafo Líquida da marca Shimadzu, modelo LC-20AT ------- 22 Figura 13 - Esquema do preparo dos padrões dos ésteres monoalquílicos saturados predominantes na amostra de biodiesel com adição de padrão interno ------------------------------------------------------------------------------------------------------- 23 Figura 14 - Esquema do preparo dos padrões saturados e insaturados dos ésteres monoalquílicos predominantes na amostra de biodiesel com adição de padrão interno ---------------------------------------------------------------------------------------------- 23 Figura 15 - Preparo de um pool para testar a quantificação por fator de correção -------------------------------------------------------------------------------------------------------- 24 Figura 16 - Etapas da síntese do biodiesel partindo de diferentes matérias primas -------------------------------------------------------------------------------------------------------- 25 Figura 17 - Fluxograma do preparo das amostras de biodiesel sintetizadas a partir de diferentes matérias primas ---------------------------------------------------------------- 26 Figura 18 - Rancimat modelo 837 ----------------------------------------------------------- 28
Figura 19 - Fluxograma dos antioxidantes utilizados e forma de condicionamento -------------------------------------------------------------------------------------------------------- 28 Figura 20 - Espectrômetro de massas LCQ-Fleet, Thermo-Scientific ------------- 29 Figura 21 - Cromatograma dos principais padrões de produtos, coprodutos e subprodutos do biodiesel.( detector de UV-Vis, 205nm), coluna Kinetex® (ODS) 150 mmx 4,6 mm com partículas de 2,6 µm, fluxo de 0,3 mL/min. ---------------- 30 Figura 22 - Cromatograma dos principais padrões de produtos, coprodutos e subprodutos do biodiesel (detector de ELSD), coluna Kinetex® (ODS) 150 mmx 4,6 mm com partículas de 2,6 µm, fluxo de 0,3 mL/min. ------------------------------ 31 Figura 23 - Curva de calibração para o C12:0 e C18:0, as curvas obtidas foram preparadas de acordo com a norma ABNT NBR 15764 em uma coluna Kinetex® (ODS) 150 mmx 4,6 mm com partículas de 2,6 µm, fluxo de 0,3 mL/min.----------32
Figura 24 - Cromatogramas mostrando o perfil do biodiesel de diferentes origens em termos de seus esteres metilicos : soja (a), sebo bovino (b) e coco (c), em uma coluna Kinetex® (ODS) 150 mmx 4,6 mm com partículas de 2,6 µm, fluxo de 0,3 mL/min. --------------------------------------------------------------------------------------- 35 Figura 25 - Cromatograma das amostras de óleo de macaúba sem adição de antioxidante, antes do envelhecimento (linha vermelha) e após envelhecimento (linha preta), a coluna utilizada foi uma CLC-ODS(M) de comprimento 25 cm, diâmetro
de 4,6 mm e com partículas de 5µm.------------------------------------------------------------37
Figura 26 - Cromatograma das amostras de óleo de macaúba + BHT (1000 ppm), antes do envelhecimento (linha vermelha) e após envelhecimento (linha preta), A coluna utilizada foi uma CLC-ODS(M) de comprimento 25 cm, diâmetro de 4,6 mm e com
partículas de 5µm.----------------------------------------------------------------------------------------- 38
Figura 27 - Cromatograma das amostras de óleo de macaúba + BHT (2000 ppm), antes do envelhecimento (linha vermelha) e após envelhecimento (linha preta)-38
Figura 28 - Cromatograma das amostras de óleo de macaúba + Piche 1000 ppm (a) e óleo de macaúba + Piche 2000 ppm (b), antes do envelhecimento (linha vermelha) e após envelhecimento (linha preta) ------------------------------------------39
Figura 29 - MS(+)-ESI do óleo de macaúba envelhecida(a), sem antioxidantes (b) com antioxidante ---------------------------------------------------------------------------------40 Figura 30 - MS(+)-ESI do óleo de macaúba + piche(x ppm) (a) não envelhecido (2000ppm) (b), envelhecido (2000 ppm) (c) e envelhecido (1000 ppm) -----------41 Figura 31 - MS(+)-ESI do óleo de macaúba + BHT (x ppm):(a) não envelhecido (2000ppm) (b), envelhecido(2000 ppm) (c) envelhecido ( 1000 ppm) ------------- 42
Figura 32 - Reação com aquecimento e agitação para obtenção do biodiesel --45
Figura 33 - Cromatografia em camada delgada após 30 min de reação ---------- 46
11
1. INTRODUÇÂO
1.1 Biodiesel
De acordo com a conjuntura energética internacional em um futuro próximo ocorrerá o
esgotamento das reservas de petróleo. O Brasil, face às suas potencialidades, tem
procurado através de políticas públicas, incentivar o estudo de formas alternativas de
energia. Muitas destas formas são baseadas em produtos e sub-produtos agrícolas,
com destaque para a indústria de álcool para fins combustíveis. Outra alternativa de
origem vegetal é a produção de biodiesel. [1]
O biodiesel é constituído por uma mistura de ésteres monoalquílicos, é um combustível
renovável que pode ser obtido por diferentes processos tais como o craqueamento, a
esterificação ou pela transesterificação, a Figura 1 mostra a reação de obtenção do
biodiesel pela reação de transesterificação. A, mais utilizada, consiste numa reação
química de óleos vegetais ou de gorduras animais com o etanol ou o metanol, e um
catalisador. Há dezenas de espécies vegetais no Brasil das quais se podem produzir o
biodiesel, tais como mamona, dendê, algodão, girassol, macaúba e soja, dentre outras.
[2].
Geralmente, os combustíveis renováveis são produzidos para reduzir as emissões de
gases de efeito estufa, melhorar a combustão de combustíveis, e ampliar abastecimento
de combustíveis fósseis [3].
Figura 01: Reação de obtenção do biodiesel pela reação de transesterificação partindo de um
triacilglicerídeo.[4]
O uso de óleos vegetais vem crescendo em larga escala sendo utilizados em diversos
setores, como: indústrias alimentícias, produção de cosméticos e fármacos e, inclusive,
na produção de biocombustíveis. [3] Estes são constituídos principalmente de
triacilglicerídeos (cerca de 95%) e de alguns ácidos graxos livres, monoacilglicerídeos
e diacilglicerídeos. Eles apresentam também quantidades variáveis de outros
componentes como triterpenos, fosfolipídeos, esteróis livres e esterificados, tocoferóis,
carotenos, clorofilas, hidrocarbonetos dentre outros. [5]
12
A qualidade e a composição de um óleo são fatores determinantes na síntese de
biodiesel. Devido a sua composição, os óleos vegetais são também sujeitos a
processos de oxidação, similares a oxidação de vários outros compostos orgânicos
insaturados. Assim, a forma como o óleo é armazenado pode favorecer ou não os
processos de hidrólise e de oxidação do mesmo, influenciando assim, no seu tempo de
vida útil. [3]. Estes processos ocasionam a deterioração da matéria prima de produção
do biodiesel. Para que haja uma redução destes processos pode ser adicionado um
agente antioxidante. Portanto, o estudo de estabilidade oxidativa dos óleos vegetais é
de suma importância, afinal de contas, a matéria prima influencia as propriedades do
biodiesel obtido. Geralmente, os ácidos graxos insaturados ou poli-insaturados são mais
susceptíveis à oxidação do que os saturados[6].
Em 2013, a indústria nacional produziu três bilhões de litros de biodiesel, 300 milhões a
mais do que no ano anterior. O percentual de mistura obrigatória do combustível no
diesel é de 5% de acordo com a Resolução nº 6/2009 do Conselho Nacional de Política
Energética (CNPE), publicada no Diário Oficial da União (DOU) em 26 de outubro de
2009, que aumentou de 4% para 5% o percentual obrigatório de mistura de biodiesel ao
óleo diesel. Com previsão de crescimento para 7% as indústrias vão ter que aumentar
a produção em pelo menos 40%, passando de três bilhões para 4,200 bilhões de litros.
[7]
Atualmente a produção de biodiesel no Brasil é proveniente em grande maioria do óleo
de soja (71,71%), seguido pela gordura bovino (24,17 %) e óleo de algodão (2,03 %),
como mostrada na Figura 2. [8].
Figura 2:Matérias-primas utilizadas para produção de biodiesel – nacional. [8]
Entretanto, a utilização de outras oleaginosas torna-se viável por meio de cooperativas
agrícolas e têm sido incentivada por programas como o Selo Combustível Social, que é
uma identificação concedida pelo Ministério do Desenvolvimento Agrário (MDA) às
empresas que promovem a geração de emprego e renda para a agricultura familiar [9].
A composição em termos do perfil graxo dos diversos óleos pode variar de acordo com
a origem da oleaginosa. A Tabela 1 presenta essa variação na composição em ácido
graxos [10]. E a presença de certos ácidos graxos em detrimentos a outros irá conferir
ao óleos características como maior ou menor resistência a processos oxidativos.
13
Tabela 1: Composição em ácidos graxos de diversas oleaginosas. [10]
Ácido Graxo
Algodão Amendoim Arroz Amêndoa Babaçu
Canola Cártamo Coco Amêndoa Dendê
Gergelim Girassol Linhaça Polpa Macaúba
Amêndoa Macaúba
Mamona Milho Nabo Forrageiro
Oliva Palma Pinhão-manso
Soja Sebo animal
C6:0 0,4 – 0,6
C8:0 2,6-7,3 5-10 2,7 6,2
C10:0 <0,1 <0,4 1,2-7,6 4,5-8
7 <0,1 <0,4 5,3 <0,3 <0,1
C12:0 40-55 43-51
46,9 43,6 <0,4 O,3
C14:0 0,2-2,0 <0,6 0,4-1,0
11-27 <0,2 16-21
14,1 <0,5 <0,5 8,5 <0,1 0,05 0,5-2 <0,5
C16:0 17-31 6-16 12-18
5,2-11 2,5-6,5
7,3 7,5-10
8,8 7-13,1 3-10 5,1 18,7 5,3 1,1 9-14 5,7-8,3 7,5-20
35-47 14,3-15,5
7-14
24,85
C16:1 0,5-2,0 <0,1 0,2-0,4
<0,6 <0,5 <1,0 0,3 4,0 <0,5 0,3-3,5
<0,6 0-1,3 <0,5
C18:0 0,9-4 1,3-6,5 1-3 1,8-7,4 0,8-3,0
1,9 2-4 1,3 3,5-6 1-10 2,5 2,8 2,4 3,1 0,5-4 2,2-3,6 0,5-5
3,5-6,5
5,1-5,4 1,4-5,5
9,08
C18:1 13-44 35-72 40-50
9-20 53-70 13,6 5-10 18,5 35-52,8 14-35 18,9 53,4 25,5 4,9 24-42
27,9-34,5 55-83
36-47 41,1-44,2
19-30
45,72
C18:1* 89,6
C18:2 33-59 13-45 29-42
1,4-6,6 15-30 77,2 1-2,5
0,7 30,2-50 55-75 18,1 17,7 3,3 1,3 34-62
7,6-19,1 3,5-21
6,5-15
34,9-38,1
44-62
13,84
C18:3 0,1-2,1 <0,3 <1 5-13 <0,1 <0,3 55,1 1,5 <2 4,6-13,2 0,9 <0,5 0-0,2 4-11
0,35
C20:0 <0,7 1-3 0,1-1,2
<0,1 <1,5 <1 0,8-2,2 0,6 <1 <1
C20:1 <0,5 0,5-2,1 <1 0,1-4,3
<0,5 <0,5 <0,5 7,9-11,2 0,4 <1
C20:2 1-5
C22:0 <0,5 <0,3 <0,5 <0,5 <0,5 <1,0 <0,5 0,2 <0,5
C22:1 <0,5 0,5-3,0 <2,0 <0,5 11,9-33,3
C22:2
C24:0 <0,5 <0,2 <0,5 <0,5 ≤0,6 0,2
C24:1 <0,2 <0,5 ≤2,0
14
1.2 Parâmetros de qualidade
No Brasil, as especificações do biodiesel são regulamentadas pela Resolução ANP
n°14, de 11.5.2012.[11]
Para garantir a qualidade do biodiesel todos os parâmetros devem estar dentro da
norma a fim de controlar possíveis contaminantes que venham da queima e garantir a
integridade do motor e o desempenho do veículo. Além de monitoramento de produtos
de degradação durante a estocagem. Alguns dos parâmetros monitorados são: Sódio e
Potássio (máximo 5 mg/Kg), índice de acidez (máximo 0,5 mg KOH/g), glicerina livre
(máximo 0,02 % massa), monoglicerídeo, diglicerídeo, triglicerídeo, Teor de éster
(mínimo 96,5% massa) entre outros.
O teor de éster metílico no biodiesel é um parâmetro previsto pela norma EN 14214 e
na RANP 07/08 com limite mínimo de 96,5 % em massa. Esse teor pode ser monitorado
pela norma EN 14103:2011 com determinação da porcentagem dos ésteres metílicos
dos ácidos graxos e a porcentagem do éster do ácido linolênico presente na amostra
por Cromatografia Gasosa. A massa do éster é obtida através da comparação da área
total dos picos correspondentes com a área do pico do nonadecanoato de metila,
utilizado como referência. A norma brasileira recomenda também o método ABNT NBR
15342, a ser empregado na análise de biodieseis de gordura animal ou de misturas de
matérias primas distintas, das quais faça parte o óleo de mamona. [04]
A presença de monoacilglicerídeo, diacilglicerídeo e triacilglicerídeo em valores
elevados é uma evidências de que o processo de obtenção do biodiesel não foi
eficiente, dessa forma o monitoramento desses componentes também são de extrema
importância para garantir a qualidade do biocombustível. A presença desses
componentes em excesso podem prejudicar a análise de Cromatografia Gasosa
obstruindo as colunas e diminuindo sua vida útil. Para analisar a presença desses
componentes as normas ASTM D6584 e ABNT NBR 15908 utilizam a Cromatografia
Gasosa, porém é necessário fazer um pré-tratamento das amostras – derivatização(
acilação), para torná-la mais volátil.
Pode-se perceber dessa forma que a cromatografia gasosa monitora a presença dos
ésteres de forma eficiente porém a presença de coprodutos que não reagiram por
completo pode diminuir a vida útil das colunas utilizadas para essa análise.
1.3 Macaúba
Nesse cenário a Macaúba, encontrada naturalmente em grande parte do território
brasileiro, pode ser tornar uma matéria-prima promissora para a fabricação de biodiesel
e outras indústrias. No entanto, isso ainda depende de desenvolvimento tecnológico em
várias etapas do sistema produtivo[12]. A Figura 3 mostra o fruto da macaúba, essa é
constituída pela casca, polpa, castanha e pela amêndoa.
15
Figura 3: Representação do corte transversal do fruto da macaúba.[13]
A Figura 4 mostra a produção de óleo da macaúba por hectare plantada em comparação
com outras oleaginosas. A macaúba é juntamente com o palma a maior produtora de
óleo por hectare quando comparadas com: soja, milho algodão entre outras. [14]
Figura 4: Produção de diferentes oleaginosas por hectares de terra. [15][16]
1.4 Antioxidantes
A degradação de um óleo pode ocorrer por diversos fatores tais como: as condições de
armazenamento (presença de luz, altas temperaturas e concentrações de oxigênio),
presença de contaminantes (metais de transição), presença de umidade dentre outros
[17]
O processo de deterioração de um óleo pode ocorrer através de dois processos: por
meio de hidrólise e da oxidação.
A hidrólise consiste na reação entre o óleo/gordura e a água (Figura 5), esse processo
requer algumas condições: altas temperaturas (maiores que 100oC) e longo tempo e
ocorre principalmente devido a condições ruins de estocagem. [17]
16
Figura 5: Reação de Hidrólise de óleos e gorduras [17]
Existem três tipos de oxidação: auto-oxidação, foto-oxidação e oxidação enzimática. A
auto-oxidação consiste numa série de reações em cadeia iniciadas pela presença de
radicais podendo ser dividida em três processos básicos: iniciação, propagação e
terminação (ver Figura 06). A auto-oxidação aumenta quanto maior for o grau de
insaturação dos compostos. [18]
Iniciação R2 2 R •
Propagação R• +O2 ROO•
ROO• + RH ROOH + R•
Terminação R• ROO• Produtos estáveis
Figura 6: Esquema das etapas do processo de oxidação [18]
No processo de oxidação enzimática, o peróxido é formado pela reação dos ácidos
graxos com oxigênio numa reação catalisada pela enzima lipoxigenase. A fotoxidação
é um mecanismo alternativo à formação de radicais livres. Consiste na oxidação dos
compostos insaturados devido a presença de luz e a disponibilidade de oxigênio.
Os antioxidantes são compostos capazes de inibir a oxidação de outras moléculas,
retardando o processo de oxidação, diminuindo a velocidade de reação. Isso ocorre
pois os antioxidantes interrompem as reações em cadeia eliminando os radicais livres
através da sua própria oxidação.
Os antioxidantes também podem ser naturais ou sintéticos. Entre os sintéticos temos o
BHA (3-tercbutil-4-hidroxianisol), BHT (Butil-hidroxi-tolueno) e TBHQ (Terc-hidroxido-
butil-quinona) são os antioxidantes mais utilizados. Entre os antioxidantes naturais mais
usados podemos citar os tocoferóis e ácidos fenólicos.O piche vegetal vem sendo
estudado nos últimos anos como um potencial antioxidante natural. [18]
O BHT, é um composto orgânico lipossolúvel como mostrado na Figura 7. A estrutura
fenólica do composto permite a doação de um próton ao radical livre regenerando a
molécula de acilglicerol e interrompendo o mecanismo de oxidação. O composto se
tornará um radical livre, entretanto ele se estabiliza sem promover ou propagar as
reações de oxidação [19].
17
Figura 7: Butilhidroxitolueno (BHT)[18]
O Piche de Eucalyptus ou piche vegetal é o resíduo sólido da destilação do alcatrão
gerado na pirólise lenta da madeira para produção de carvão vegetal.
O piche de eucalipto, Figura 8, é formado por unidades de cresóis, fenóis e siringóis.
Possui um alto conteúdo de oxigênio devido a presença de hidroxilas, carbonilas e
metoxilas. Assim, esse composto apresenta um grande potencial de ação antioxidante.
[19]
Figura 8: Estrutura macromolecular simplificada do piche de alcatrão de Eucalyptus sp. [19]
1.5 Técnicas analíticas utilizadas.
1.5.1 Cromatografia Líquida de Alta Eficiência ( HPLC )
A Cromatografia Líquida de Alta Eficiência é um dos métodos analíticos mais utilizados
para fins qualitativos e quantitativos. A utilização desta técnica vem crescendo e está
18
relacionada à sua adaptabilidade para determinações quantitativas com boa
sensibilidade e a possibilidade de separar espécies não voláteis e termicamente
instáveis.
A HPLC pode ser classificada como de fase normal (HPLC-FN) ou de fase reversa
(HPLC-FR). Sistemas de HPLC-FR consistem de uma fase estacionária de menor
polaridade e uma fase móvel de maior polaridade, enquanto a fase normal tem as
polaridades invertidas. A HPLC-FR apresenta várias vantagens, tais como: uso de fases
móveis menos tóxicas e de menor custo, como metanol e água; fases estacionárias
estáveis de muitos tipos diferentes; rápido equilíbrio da coluna após a mudança da fase
móvel; facilidade de empregar eluição por gradiente; maior rapidez em análises e boa
reprodutibilidade dos tempos de retenção.
Como as fases estacionárias para utilização como fase reversa devem apresentar
carácter apolar e a superfície dos óxidos (SiO2) utilizados como suporte são polares,
faz-se necessário introduzir grupos orgânicos apolares nas suas superfícies. Isto ocorre
através da introdução de monocamadas orgânicas via reação com reagentes
apropriados, produzindo as chamadas fases quimicamente ligadas. Os grupos mais
utilizados neste revestimento são alcanos do tipo C8 e a C18. Outros envolvem o
recobrimento superficial dos óxidos com polímeros orgânicos. [20]
Juntamente a essa técnica de separação são utilizados detectores de forma acoplada,
entre eles os mais comuns são: DAD (arranjo de diodos), índice de refração, ELSD ou
espectrômetros de Massas. Nesse trabalho foram utilizados os detectores DAD, ELSD
e ESI/MS.
1.5.2 Diode Array Detector (DAD)
Baseia-se na absorção da luz na região de UV-Vis pelo analito. Este detector então é
classificado como um detector seletivo pois só detecta os compostos que absorvem
nesta região, de acordo com comprimento de onda escolhido. É um dos detectores
mais utilizado em HPLC ,pois uma grande parte das substâncias orgânicas absorvem
nesta região.
Algumas considerações com relação a esse detector são relevantes como, a fase móvel
utilizada não pode absorver no comprimento de onda selecionado e a pureza da fase
móvel utilizada é extremamente importante (traços de impurezas podem absorver
intensamente no comprimento de onda utilizado. [21]
1.5.3 EVAPORATIVE LIGHT SCATTERING DETECTOR (ELSD )
É considerado um detector universal para compostos não voláteis. Ele é baseado na
habilidade das partículas causarem espalhamento de fótons, quando elas atravessam
um feixe de luz policromática. Suas aplicações englobam a determinação de: lipídios,
ácidos graxos, carboidratos, polímeros, esteroides, aminoácidos, aditivos de plásticos,
produtos farmacêuticos, etc.
O seu princípio de funcionamento consiste no espalhamento de uma luz incidente pelas
partículas do analíto gerando um sinal, que é proporcional à massa presente, e
independe da presença ou ausência de grupos cromóforos, fluoróforos ou eletroativos.
Qualquer analito não volátil pode ser detectado. [21]
19
1.5.4 ESPECTROMETRIA DE MASSAS (MS)
A espectrômetria de massas é uma das técnica instrumentais mais adequada para
identificação de um composto. O diagrama de bloco do equipamento está representada
na Figura 9, constituído de uma fonte de ionização, um analisador e um detector. Os
métodos de ionização mais conhecidos são: ionização por elétrons (EI), ionização
química (CI), bombardeamento por átomos rápidos (FAB), ionização por dessorção a
laser assistida por matriz (MALDI), ionização química a pressão atmosférica (APCI) e
ionização por electrospray (ESI) [22]
Figura 9: Componentes básicos de um espectrometro de massas.[22]
A ionização ESI é conhecido pela habilidade em transferir espécies da solução para a
fase gasosa de forma suave, permitindo inclusive que espécies supramoleculares
fracamente ligadas permaneçam intactas. Essa característica, aliada à alta
sensibilidade, torna a técnica de ESI-MS adequada para interceptar espécies
transientes em reações orgânicas, ou mesmo monitorar a formação de produtos e
detectar o momento que subprodutos estão sendo formados [23]. Na ionização
eletrospray, deve-se escolher se serão analisados os íons negativos ou positivos,
dependendo do analíto existe uma tendência maior de formação de um ou outro.
Espectros de massas obtidos nos modos positivos e negativos são representados pelas
siglas ESI(+)-MS e ESI(-)-MS.[24]
A Figura 10 representa o processo de desolvatação e decomposição seguido pela
formação das partículas carregadas positivamente. Após a formação das moléculas
carregadas, essas são direcionadas para o analizador de massas de acordo com a sua
relação m/z (massa/carga) e o sinal convertidos pelo detector.
20
Figura 10: Processo de obtenção das moléculas do analíto carregadas pelo processo de
inonização por Eletrospray.[25]
Os tipos de analisadores mais utilizados são: quadrupolo (Q), aprisionamento de íons
(ion trap), tempo de vôo (TOF – Time of Flight), setor eletrostático (E) e setor magnético
(B), ressonância ciclotrônica de íons (ICR – Ion Cyclotron Resonance) e configurações
híbridas como o setor eletrostático e magnético (BE), quadrupolo-quadrupolo (Qq),
quadrupolo -TOF (QTof), quadrupolo - íon trap (Qtrap) e alguns outros.
Os analisadores do tipo íon trap os íons não descrevem uma trajetória através do
ambiente quadrupolar, e sim são aprisionados dentro dele. Existe um campo elétrico no
interior do íon trap que mantém os íons em uma órbita estável em seu interior. Um
potencial RF (rádio frequência) é aplicado e os íons são então desestabilizados e
expelidos para fora do analisador, de acordo com seus valores de m/z.[23]
O detector tem a função de detectar e amplificar o sinal da corrente de íons que vem do
analisador e transferir o sinal para o sistema de processamento de dados.
O ESI-MS tornou-se uma das técnicas analíticas mais poderosas e amplamente
utilizadas. Dentre as suas vantagens incluem alta sensibilidade e seletividade, facilidade
de uso e consumo reduzido de amostra. [23, 26]
1.5.5 RANCIMAT
O Rancimat é utilizado a fim de determinar a estabilidade oxidativa por meio do aumento
da condutividade elétrica da solução analisada. Seu funcionamento consiste na
passagem de ar através do óleo, esse é mantido a temperatura entre 100 a 140 º C.
Esse ar é então borbulhado em água deionizada arrastando os ácidos carboxílicos
voláteis produzidos na oxidação, que aumenta a condutividade da água. Esse aumento
é monitorado por uma célula condutimétrica e registrada [27]. A Figura 11 representa
um esquema de funcionamento do Rancimant.
21
Figura 11: Esquema de funcionamento do Rancimat.[27]
2 OBJETIVOS
Esse trabalho teve como objetivo propor uma metodologia que possibilite o
monitoramento da qualidade do biodiesel a partir da detecção dos ésteres
monoalquílicos, dos subprodutos e coprodutos do biodiesel por meio de
HPLC/ELSD/DAD em uma única etapa e sem a necessidade de derivatização.
Determinar o perfil dos óleos puros por ESI/ MS. Adicionar antioxidantes aos óleos e
submetê-los a processos oxidativos (racimat). Verificar o perfil dos produtos obtidos por
HPLC.
Verificar quais as diferenças no perfil e identificar quais os produtos estão sendo
formados e a sua contribuição para o aumento da estabilidade destes óleos.
3 METODOLOGIA
3.1 Monitoramento da qualidade do Biodiesel
Os trabalhos iniciais para quantificação do ésteres monoalquílicos foram realizados
através da Cromatografo Líquida de Alta Eficiência (HPLC) da marca Shimadzu, modelo
LC-20AT com amostrador automático, como mostrado na Figura 12. Este equipamento
22
possui um sistema de gradiente quaternário, com detector UV-Vis(DAD) SPD 20A e com
detector ELSD LTII. A coluna utilizada foi uma Kinetex® (ODS) 150 mmx 4,6 mm com
partículas de 2,6 µm. O fluxo utilizado foi de 0,3 mL/min. E os volumes injetados foram
de 6 µL. O detector DAD foi monitorado no comprimento de 205 nm. O ELSD foi
ajustado a uma pressão de 2,75 bar, temperatura de 60º e ganho de 7.
Figura 12: Cromatógrafo Líquida da marca Shimadzu, modelo LC-20AT
3.1.1 Otimização da fase móvel
Para desenvolver o trabalho foi necessário a realização da parte de otimização dos
parâmetros cromatográficos, dentre eles , a escolha das fases móveis para se obter
uma melhor separação dos padrões de ésteres e produtos de degradação e para avaliar
a eficiência de separação dos componentes. A fase móvel e o gradiente que resultou
em uma melhor separação consistiu em um gradiente de concentração com
metanol:água(95:5) - linha A e Isopropanol:Hexano(5:4) - linha B ambos acidificado com
ácido fórmico em quantidades de 50 e 25 µL respectivamente para cada 100 mL de fase
móvel.
3.1.2 Determinação do tempo de retenção de alguns produtos,
coprodutos e subprodutos do Biodiesel.
Foram preparados amostras individuais e na forma de pool em concentrações de
aproximadamente 10 mg/mL dos padrões: ácido dodecanóico, ácido linoléico,
dodecanoáto de metila, monooleína, ácido palmítico, ácido oléico, ácido esteárico,
linoleato de metila, oleato de metila, ácido erucic, estearato de metila, óleo de soja,
ester do ácido erucic, 1,3 dioleína, e trioleato de gliceríla e glicerina em uma balança
analítica modelo Shimadzu AY220. As amostras foram injetadas e avaliou- se a
ocorrência ou não de coeluições entre os padrões.
23
3.1.3 Quantificação por curva analítica
A primeira tentativa de quantificação foi através de uma curva analítica utilizando o
Dodecanoato de metila (C12:0) e o Estearato de Metila (18:0) como padrão externo.
Foram preparadas soluções padrões nas concentrações de 40%, 60%, 90% e 99%
m/m conforme descrito na norma ABNT/NOS-34 Projeto ABNT NBR 15764/2012 na
fase móvel B. E as amostras foram injetas no cromatógrafo em um volume de 6 µL.
3.1.4 Quantificação por fator de correção.
Para avaliar a diferença da resposta analítica dos diferentes ésteres monoalquílicos
e para propor uma alternativa para quantificação. Realizou-se várias injeções de
padrões de ésteres, o preparo das amostras seguiu o planejamento esquematizado
apresentado na Figura 13.
Figura 13: Esquema do preparo dos padrões dos ésteres monoalquílicos saturados
predominantes na amostra de biodiesel com adição de padrão interno.
No 1° modelo foram injetas concentrações iguais de 5mg/mL para todos os padrões
inclusive para o nonadecanoato de metila que foi utilizado como padrão interno.
Enquanto que no 2° Modelo a concentração do padrão interno foi de 15mg/mL e a
concentração dos ésteres de 5 mg/mL, conforme apresentado na Figura 13.
Figura 14: Esquema do preparo dos padrões saturados e insaturados dos ésteres
monoalquílicos predominantes na amostra de biodiesel com adição de padrão interno.
1° Modelo – Pool de padrões na conc de 5mg/mL de ésteres saturados (C12:0,
C16:0, C18:0, C19:0)
2° Modelo – Pool de padrões na conc de 5mg/mL de ésteres saturados(C12:0,
C16:0, C18:0,) e 15 mg/mL para o C19:0
Preparado em duplicata em tolueno e cada replicata foi lida 3 x.
Padrões pool (C12:0, C18:0, C18:1, C19:0 e C22:1)
Padrões preparados individualmente (C12:0, C16:0,
C18:0, C18:1, C19:0 e C22:1)
Concentrações de 5, 10 e 15 mg/mL
em tolueno. Leitura em triplicata
Concentrações de 5, 10 e 15 mg/mL em tolueno
24
Formam preparados também combinações de padrões saturados e insaturados dos
ésteres em diferentes concentrações (5, 10 e 15 mg/mL) na forma de pool e
individualmente, conforme a Figura 14 acima.
Para todas as análises anotou-se as massas do padrão interno (C19:0) e dos padrões
externos e área correspondente. As amostras foram diluídas em tolueno. Com base
nos valores encontrados utilizou-se a seguinte fórmula para obtenção dos fatores de
correção:
Equação 1
Onde;
FC = fator de correção
API = área do padrão interno – nonadecanoato de metila
MPx = massa do padrão externo
APX = área do padrão externo
MPI = massa do padrão interno
Para avaliar se quantificação através dos fatores de correção eram satisfatórios,
preparou-se um outro pool como esquematizado na Figura 15.
Figura 15: Preparo de um pool para testar a quantificação por fator de correção.
Foi preparado amostras dos padrões dos ésteres segundo o modelo para
quantificação da norma EN BS EN 14103:2011. Foram pesadas aproximadamente
100 mg dos padrões C12:0, C18:0, C18:1, C18:2, C18:3 e C19:0 em uma balança
analítica Shimadzu A220 e adicionou-se 1mL de tolueno e em seguida a amostra foi
agitada em vortex. .
Foram anotas as massas pesadas e as áreas correspondentes para determinação
do fator de resposta.
3.1.5 Síntese de Biodiesel.
Foi realizadas a síntese do Biodiesel a partir do óleo de soja, óleo de coco e sebo
bovino pelo processo de transesterificação alcalina homogênea utilizando-se
temperatura de refluxo, agitação constante, razão molar álcool: óleo de 6:1 e 1% m/m
de catalisador metóxido de sódio (CH3ONa) em relação ao óleo, descontando o
número de mols de ácidos graxos livres (AGL) presente na matéria-prima, conforme
FC = (Api
x Mpx
)/ (Mpi
x Apx
)
Pool (C12:0, C18:0, C19:0, C18:1 e C22:1) Preparada em Triplicata nas
concentrações de 5, 10 e 15mg/mL
25
Equação 2. O volume de álcool adicionado foi calculado com base na massa molar
média do óleo.
Equação 2 mCH3ONa = {(P x móleo) + [(móleo x % AGL/100) x 282,46] x 54,02} x
100/30
onde:
mCH3ONa é a massa de catalisador a ser adicionada;
P: corresponde ao percentual em massa de catalisador almejado para a
reação, no caso 0,01 g (1%);
móleo é a massa em gramas do óleo de partida;
% AGL é percentual de ácidos graxos livres presentes na matéria-prima;
282,46 é a massa molar do ácido oléico, já que para fins de cálculos considera-
se todo o AGL da amostra como ácido oleico;
54,02 é a massa molar do catalisador metóxido de sódio;
100/30 é o fator de conversão para medida da massa partindo de uma solução
30% de metóxido de sódio. [28]
As fases formadas como produto da transesterificação foram separadas e biodiesel
foi lavada com água destilada até a neutralização. A fase rica em biodiesel foi
submetida à secagem com sulfato de sódio anidro. A Figura 16 resume as etapas de
obtenção do biodiesel.
Figura 16: Etapas da síntese do biodiesel partindo de diferentes matérias primas.[28]
O progresso da reação de obtenção do biodiesel foi acompanhado por cromatografia
em camada delgada (CCD) utilizando placa de sílica da marca Schleicher & Schüll
como fase estacionária, uma mistura éter sulfúrico: éter de petróleo na proporção
volumétrica 9:1 como fase móvel e iodo como revelador.
26
3.1.6 Quantificação do Biodiesel por fator de correção.
O preparo das amostras de B100 - Constituído de sebo bovino A e B, óleo de soja
A e B e óleo de coco A e B, seguiu o modelo para quantificação da norma Europeia
BS EN 14103:2011.
Pesou-se aproximadamente 100 mg das amostras de B100 e 100 mg de C19:0 e
adicionou-se 10 mL de tolueno e em seguida as amostras foram agitadas em vortex.
Adicionou-se sulfato de sódio para eliminar a presença de resíduo de água e agitou-
se novamente. As amostras foram filtradas separadamente com o auxílio de seringas
e filtros de 0,21 µm de teflon para vials de 2 ml previamente rotulados.
Foram anotadas as massas pesadas e as áreas correspondentes para determinação
do fator de resposta. O número de replicatas segui o fluxograma (Figura 17) abaixo
e as amostras foram analisadas em um cromatógrafo Líquida da marca Shimadzu,
modelo LC-20AT e lidas 2 vezes cada.
Figura 17: Fluxograma do preparo das amostras de biodiesel sintetizadas a partir de
diferentes matérias primas.
3.2 Estudo da performance de aditivos antioxidantes naturais no
envelhecimento de óleos vegetais por HPLC e HPLC/MS.
3.2.1 Preparo das amostras
Inicialmente, determinou-se a densidade do óleo da Amêndoa da Macaúba através de
um densímetro para em seguida preparar as amostras em um volume de 30 mL do óleo
com diferentes antioxidantes em uma concentração de aproximadamente 2000 ppm e
1000 ppm.
Realizou-se a determinação do índice acidez da amostra pela ASTM 664 no início para
confirmar a baixa acidez do óleo da amêndoa da macaúba. Os antioxidantes utilizados
foram: BHT e piche de alcatrão.
Biodiesel
Óleo de Soja
Replicata 1
Replicata 2
Óleo de Coco
Replicata 1
Replicata 2
Sebo Bovino
Replicata 1
Replicata 2
27
Foram preparadas amostras de óleo de macaúba adicionando os antioxidantes
inicialmente a uma concentração de aproximadamente 2500 ppm, as quais foram
diluídas, posteriormente, para 1000 ppm. A Tabela 2 mostra os valores obtidos e a
concentração dos antioxidantes na amostra de óleo.
Tabela 2: Preparo da amostra concentrada de óleo de macaúba e antioxidantes (Piche e
BHT).
MASSAS OBTIDAS Piche BHT
Massa do frasco (g) 50,6895 50,6891
Massa do frasco+ antioxidante (g) 50,7724 50,7721
Massa do frasco+ antioxidante + Acetato deEtila (g) 51,9974 51,5940
Massa do frasco+ antioxidante + Acetato deEtila +
óleo (g)
84,1403 83,8880
Massa da antioxidante (g) 0,0829 0,0830
Massa da solução final (g) 33,4508 33,1989
Concentração real (ppm) (g) 2478,3 2500,1
Diluição das amostras para 1000 ppm:
Óleo + Piche
C.V = Ci.Vi
2478,3 ppm x V (mL)= 1000 ppm x 60mL
V (mL)= 24,21 mL
Adicionou-se 24 ml (valor arredondado) do óleo concentrado e completou-se o
volume para 60 ml.
Óleo + BHT
O mesmo cálculo foi utilizado para obter o volume necessário para diluir a 1000
ppm o óleo + BHT. Volume da amostra concentrada: 23,9 mL ( o valor foi
arredondado para 24mL).
Os valores das concentrações das amostras de óleo de macaúba com o
antioxidantes encontram-se resumidos na Tabela 3 a seguir.
Tabela 3: Concentração de antioxidantes no óleo de macaúba
Amostra Concentração real
(ppm)
Óleo + BHT 1000,0
Óleo + Piche 991,2
28
Para o envelhecimento das amostras foi utilizado o Rancimat, modelo 837 da
Metrohn com software 837 Biodiesel Rancimat Control, como mostrado na Figura 18.
As amostras foram submetidas ao envelhecimento por 4 dias ( 96 horas), e em
seguida foram obtidos os espectros de massas e os cromatogramas por DAD das
amostras antes e após o envelhecimento .
Figura 18: Rancimat modelo 837.
O esquema abaixo (Figura 19) mostra de forma resumida como ocorreu o preparo das
amostras.
Figura 19: Fluxograma dos antioxidantes utilizados e forma de condicionamento.
Com o auxílio de uma pipeta automática de volume fixo 50 microlitros pipetou-se uma
porção dessas amostras para béqueres previamente rotulados , com uma pipeta
automática de volume variável pipetou-se 950 microlitros de solução 5:4 de isopropanol
- Hexano para cada béquer contendo as amostras separadamente. As amostras foram
filtradas separadamente com o auxílio de seringas e filtros de 0,21 micrometros de teflon
para vials de 2 ml devidamente rotulados.
Óleo de Macaúba
Óleo + BHT
1000 ppm
Rancimat
Gelade
Óleo+ BHT
2000 ppm
Rancimat
Gelade
Óleo + Piche 1000 ppm
Rancimat
Geladeira
Óleo + Piche 2000 ppm
Rancimat
Geladeira
Sem Aditivo
Rancimat
Geladeira
29
3.2.2 Determinação do perfil cromatográfico do óleo por HPLC/UV- Vís.
Avaliou-se as alteração do perfil através do HPLC para verificar se os conservantes
foram ou não eficientes. Para isso foi utilizado um sistema de gradiente com metanol
(fase A) e uma mistura de Isopropanol e Hexano 5:4 (fase B). Utilizou-se um
Cromatografo Líquida de Alta Eficiência (HPLC) da marca Shimadzu, modelo LC-20AT
com amostrador automático e detector UV-Vis(DAD) SPD 20A. A coluna utilizada foi
uma CLC-ODS(M) de comprimento 25 cm, diâmetro de 4,6 mm e com partículas de
5µm. Empregou-se um gradiente de eluição de 100% de A + 50% de B em 15 minutos.
Posteriormente, o percentual de B foi aumentado para 100% em 20 minutos. E realizou-
se uma eluição isocrática com 100% de B por 3 minutos. O fluxo utilizado foi de 1,
mL/min. E os volumes injetados foram de 6 µL, o comprimento de onda monitorado foi
o de 205 nm, e temperatura da coluna 40º C
Preparo da fase móvel:
Com o auxílio de uma proveta mediu-se 1000mL de Isopropanol e 800 mL de hexano.
Essa mistura foi filtrada em um filtro Millipole em teflon Modificado 0,45 Micrometros.
Essa solução foi armazena em um frasco previamente rotulado.
3.2.3 ESI(+)-MS das amostras de óleo de macaúba antes e após o
envelhecimento.
As amostras não envelhecidas e envelhecidas, com e sem antioxidantes foram diluídas
a 1 ppm a partir das amostras concentradas de 1000 ppm e 2000 ppm e adicionou-se
100 µL de NH4OH (hidróxido de amônia). Para a análise foi utilizado um espectrômetro
de massas com ionização electrospray e analisador íon trap (LCQ-Fleet, Thermo-
Scientific) como ilustrado na Figura 20. O fluxo de amostra foi de 10 µL/min, a tensão
do cone de 4,0 KV, a tensão do capilar de 28 V e temperatura de 275 ºC.
Figura 20: Espectrômetro de massas LCQ-Fleet, Thermo-Scientific.
30
4 RESULTADOS E DISCUSSÕES
4.1 Monitoramento da qualidade do Biodiesel
4.1.1 Otimização da fase móvel
A seguinte programação foi utilizada: 0 a 10 min (100% da fase A) de 10 a 15min
(50% de fase A e 50% de fase B), de 15 a 25 min 100% de fase B por onde
permaneceu até aos 27 min, 27 a 28 min (50% de fase A e 50% de fase B) e de 28
a 30 min 100 % de fase A por onde permaneceu até aos 47 mim para condicionar
novamente a coluna.
4.1.2 Determinação do tempo de retenção de alguns produtos, coprodutos
e subprodutos do Biodiesel.
As Figuras 21 e 22 apresentam os cromatogamas obtidos para as amostras
analisadas que correspondem aos sinais observados para os detectores UV-Vis
(comprimento de onda) e ELSD, respectivamente.
Figura 21: Cromatograma dos principais padrões de produtos, coprodutos e subprodutos
do biodiesel.( detector de DAD, 205nm), coluna Kinetex® (ODS) 150 mmx 4,6 mm
com partículas de 2,6 µm, fluxo de 0,3 mL/min.
31
Figura 22: Cromatograma dos principais padrões de produtos, coprodutos e subprodutos
do biodiesel (detector de ELSD) coluna Kinetex® (ODS) 150 mmx 4,6 mm com
partículas de 2,6 µm, fluxo de 0,3 mL/min.
A partir da análise dos cromatogramas, pode-se notar a ocorrência de coeluições
no detector DAD e no ELSD. O primeiro caso ocorre entre o dodecanoato de
metila, o ácido linoléico e a monoleína (pico 2 do DAD) e o segundo caso ocorre
entre o ácido esteárico e o linoleato de metila (pico 5 no DAD). Entretanto a
coeluição observada não inviabiliza o emprego da metodologia para análises
quantitativas de biodiesel uma vez que se verificou que o dodecanoato de metila
e o linoleato de metila não são detectados no detector ELSD nas concentrações
avaliadas, enquanto que a monooleína é detectada. Dessa forma caso haja a
presença de subprodutos da matéria prima que não foi esterificado como a
monooleína (um MGs) conseguimos monitorar pelo ELSD. Da mesma forma a
segunda coeluição, ácido esteárico e linoleato de metila, o segundo não é
detectado pelo ELSD e dessa forma podemos prever a presença ou não do ácido
esteárico que é detectado em ambos.
4.1.3 Curva analítica.
Foram construídas duas curvas analíticas, de acordo com a norma ABNT NBR
15764. Uma a partir do dodecanoato de metila e outra a partir do estearato de metila.
Estes dois padrões foram utilizados como padrões internos para as amostras de
biodiesel com predominância de cadeias carbônicas menores do que C14 e para
aquelas, com predominância de cadeias C18, respectivamente. As curvas obtidas
estão apresentadas na Figura 23.
32
Figura 23: Curva de calibração para o C12:0 e C18:0, as curvas obtidas foram preparadas
de acordo com a norma ABNT NBR 15764 em uma coluna Kinetex® (ODS) 150 mmx 4,6
mm com partículas de 2,6 µm, fluxo de 0,3 mL/min.
Os valores obtidos para a quantificação do biodiesel utilizando as curvas analíticas
de C:12 e C:18 não foram satisfatórios. A resposta analítica encontrada para as
cadeias saturadas e insaturadas no detector DAD foram muito diferentes o que
impossibilitou a utilização de uma única curva analítica para representar todas os
ésteres monoalquílicos presente no biodiesel. Essa diferença surge devido a
presença ou não de uma ou mais insaturações e da diferença no tamanho das
cadeias. Quando há um maior número de insaturações há um maior resposta
analítica no DAD.
4.1.4 Quantificação por fator de correção.
Para a avaliar se os fatores de correção calculados estavam realmente funcionando
foram preparados algumas amostras contendo uma mistura destes ésteres
metílicos(pool). Os resultados obtidos estão apresentados na Tabela 4.
A Tabela 4: Apresenta os fatores de correção calculados a partir da equação 1 (item 3.1.4)
para os ésteres metílicos utilizados no pool.
Fator de resposta médio relativo ao Nonadecanoato de Metila (C19:0)
Ésteres metílicos Fator de correção
Lauriato de Metila - C12:0 0,6927
Palmitato de Metila - C16:0 0,9951
Estearato de Metila - C18:0 0,8871
Oleato de Metila - C18:1 0,1227
Ester do ác. Erúcico - C22:1 -1** 0,1136
** obtido com 4 replicatas
33
Tabela 5: Massa das cadeias dos ésteres monoalquílicos obtidos através da balança semi-
analítica e obtidas através do fator de correção.
Ésteres
metilicos Massa com FC (g) Massa pesada (g)
Erro %
C12:0 -1 0,0041 0,0046 10,9
C12:0 -2 0,0094 0,0094 0
C12:0 -3 0,0142 0,0156 9,0
C18:0 -1 0,0045 0,0048 6,2
C18:0 -2 0,0099 0,0099 0
C18:0 -3 0,0126 0,0148 14,9
C18:1 – 1* 0,0071 0,0068 -4,4
C18:1 – 2* 0,0103 0,0115 10,4
C18:1 – 3* 0,0117 0,0149 21,5
C22:1 -1** 0,0038 0,0035 -8,6
C22:1 -2** 0,0089 0,0092 3,3
C22:1 -3** 0,0107 0,0143 25,2
*Fator de correção calculado com 6 replicatas.
** Fator de correção calculado com 4 replicatas e o éster foi sintetizado no laboratório
e sua pureza estimada por HPLC/DAD.
Os fatores de correção obtidos com poucas replicatas como o C18:1 e o C22:1 não
apresentaram resultados tão satisfatórios para as amostras de concentração de 15
mg/mL, sendo necessário maior número de replicatas para conseguir melhores
resultados por outro lado as cadeias C12:0 e C18:0 apresentaram resultados muito
próximos das massas pesadas porém para concentrações acima de 10 mg/mL
observou-se resultados não tão próximos, sendo observado um erro de 9 e 14% para
C12:0 e C18:0.
4.1.5 Síntese de Biodiesel.
O tempo de síntese do biodiesel para as amostras de óleo de soja, óleo de coco e sebo
bovino foi de 1 hora em aquecimento com agitação constante. A conversão foi
acompanhada com cromatografia em camada delgada a fim de garantir o término da
reação. As massas utilizadas de matéria prima do catalizador e o volume de álcool
metílico encontram-se no Anexo A juntamente com mais informações a respeito da
síntese.
4.1.6 Quantificação do teor de ésteres do biodiesel por HPLC utilizando
fator de correção.
A composição majoritária do biodiesel pode ser estimada através do perfil graxo das
amostras, e pode ser confirmada através da metodologia desenvolvida. A figura 24
apresenta os cromatogramas obtidos do biodiesel sintetizado a partir de diferentes
34
matérias primas. A tabela 6 representa os fatores de correção utilizados para a
quantificação dos ésteres monoalquílicos.
Tabela 6: Fator de correção para os ésteres monoalquílicos presentes em maior
proporção no biodiesel de óleo de soja, coco e no sebo bovino.
a)
b)
Fator de resposta médio relativo ao Nonadecanoato de Metila (C19:0)
Ésteres metílicos Fator de correção
Laureato de Metila - C12:0 0,7824
Palmitato de Metila - C16:0 1,2604
Estearato de Metila - C18:0 0,9422
Oleato de Metila - C18:1 0,0946
Linoleato de Metila – C18:2 0,0219
Linolenato de Metila – C18:3 0,0154
35
c)
Figura 24: Cromatogramas mostrando o perfil do biodiesel de diferentes origens em termos
de seus esteres metilicos : soja (a), sebo bovino (b) e coco (c), em uma coluna Kinetex®
(ODS) 150 mmx 4,6 mm com partículas de 2,6 µm, fluxo de 0,3 mL/min.
As áreas dos picos referentes aos ésteres métilicos C12:0, C16:0, C18:3, C18:2, C18:1,
C18:0 (laureato de metila, palmitato de metila, linolenato de metila, linoleato de metila,
oleato de metila e estearato de metila – padrão externo, respectivamente) e do padrão
interno C19:0 (nonadecanoato de metila, assinaladas pela Figura 23) foram calculadas
e suas massas obtidos pela equação 3.
Equação 3
A massa de cada éster monoalquílico foi somada e o teor em % (m/m) pode ser obtido
através da relação:
Equação 4
Onde,
X% = Teor de ésteres monoalquílicos presente no biodiesel
M soma dos ésteres = soma das massas individuais dos ésteres monoalquílicos obtidos pelo
fator de correção
MB100 = massa do biodiesel pesada
O valor do teor dos ésteres monoalquílicos obtidos pelo método desenvolvido para as
amostras de biodiesel encontram-se na Tabela 6. Os valores obtidos foram reportados
com o desvio padrão e com um intervalo de confiança de 95% .
Mpx
= (Mpi
x Apx
x FC) / Api
X % = (M soma dos ésteres*100)/Mb100 pesado
36
Tabela 7: Quantificação dos ésteres monoalquílicos do biodiesel pela método desenvolvido.
Os valores encontrados para o biodiesel de óleo de soja e óleo de coco pela metodologia
desenvolvida foram satisfatórios, uma vez que se observou um boa conversão do
biodiesel confirmada pela cromatografia em camada delgada. Esse fato pode ser
justificado pela metodologia desenvolvida ser eficiente para matérias primas ricas nas
cadeias em que se obteve o fator de correção: C12:0, C16:0, C18:3, C18:2, C18:1,
C18:0. O perfil graxo dessas amostras encontra-se na Tabela 1, e confirma a
composição desses ésteres majoritariamente nos óleos além dos cromatogramas
obtidos na Figura 24. No entanto a quantificação para o biodiesel de origem de sebo
bovino não apresentou bons resultados. Essa resultados pode ser justificado pelo pico
observado entre os picos do C18:3 e C18:2, esse pico pode estar associado a presença
de cadeias de ésteres do tipo C17:0. Cadeias ímpares são característicos de óleos de
origem animal não sendo observado em oleaginosas.
4.2 Estudo da performance de aditivos antioxidantes naturais no
envelhecimento de óleos vegetais por HPLC e ESI/MS.
4.2.1 Envelhecimento das amostras
O ensaio em rancimat determina a estabilidade oxidativa dos óleos, segundo as
especificações da ANP, o período de indução mínimo para dos óleos deve ser de 6
horas (EN 14112, 2003), ou seja, o óleo deve resistir a oxidação por esse período. O
uso de antioxidantes nas amostras de óleo tem como objetivo aumentar a
estabilidade a oxidação e dessa forma minimizar a degradação dos TGs a ácidos
graxos e minimizar etapas de neutralização da matéria prima para obtenção de
biodiesel. Foi realizada a caracterização inicial da amostra do óleo da amêndoa de
macaúba através do seu perfil graxo por cromatografia gasosa (Tabela 7). As
condições de análise e o preparo da amostra encontra-se no anexo E.
B100 - óleo de
origem Amostras Teor (%)
Média com o desvio
padrão (%)
IC 95%
Óleo de soja
AR1L1 100,4195
99 ± 2
99 ± 5
AR1L2 97,4468
BR2L1 101,3731
BR2L2 100,0980
Sebo Bovino
AR1L1 71,0987
76 ± 6 76 ± 18 AR1L2 75,5966
BR2L1 84,5524
BR2L2 74,7571
Óleo de coco
AR1L1 96,7510
96,8 ± 0,9 97 ± 3 AR1L2 98,0500
BR2L1 96,2758
BR2L2 96,1555
37
Tabela 8: Perfil graxo do óleo da amêndoa de macaúba.
Cadeia
Resultado
%
C12:0 1,71
C16:0 14,65
C18:0 2.13
C18:1 65,92
C18:2 6,13
C18:3 0,24
Total 90,78
As amostras foram envelhecidas por 96 horas, garantido a oxidação das amostras
ou dos antioxidantes para avaliação da eficiência.
4.2.2 Determinação do perfil dos óleos por HPLC/DAD.
A Figura 25 apresenta os cromatogramas obtidos das amostras de óleo da Amêndoa
da macaúba com e sem os antioxidantes, antes e após o envelhecimento em Rancimat.
Foi possível observar que após o envelhecimento houve uma redução bastante
significativa da presença dos TGs presentes que foram degradados dando origem a
MGs e ácidos graxos.
Figura 25: Cromatograma das amostras de óleo de macaúba sem adição de antioxidante, antes
do envelhecimento (linha vermelha) e após envelhecimento (linha preta). A coluna utilizada foi
uma CLC-ODS(M) de comprimento 25 cm, diâmetro de 4,6 mm e com partículas de 5µm.
0 5 10 15 20 25
-50000
0
50000
100000
150000
200000
250000
300000
Óleo sem aditivo E
Óleo sem aditivo NE
Inte
nsid
ade (
mV
)
Tempo de retenção (min)
Ác graxos e MGs
DGs
TGs
38
A Figura 26 mostra que para a amostra de óleo da amêndoa de macaúba + BHT a 1000
ppm, a presença de um agente antioxidante nesta concentração não impediu a
degradação do óleo.
Figura 26: Cromatograma das amostras de óleo de macaúba + BHT (1000 ppm), antes do
envelhecimento (linha vermelha) e após envelhecimento (linha preta), a coluna utilizada foi uma
CLC-ODS(M) de comprimento 25 cm, diâmetro de 4,6 mm e com partículas de 5µm.
A Figura 27 mostra que a presença do agente antioxidante BHT em concentrações mais
elevadas (2000 ppm) foi eficiente para impedir a degradação do óleo.
Figura 27: Cromatograma das amostras de óleo de macaúba + BHT (2000 ppm), antes do
envelhecimento (linha vermelha) e após envelhecimento (linha preta), a coluna utilizada foi uma
CLC-ODS(M) de comprimento 25 cm, diâmetro de 4,6 mm e com partículas de 5µm.
0 5 10 15 20 25
-50000
0
50000
100000
150000
200000
250000
300000
350000
400000
450000
Óleo + BHT 1000 ppm E
Óleo + BHT 1000 ppm NEIn
tensid
ade (
mV
)
Tempo de retenção (min)
0 5 10 15 20 25
-100000
0
100000
200000
300000
400000
500000 Óleo + BHT 2000 ppm E
Óleo + BHT 2000 ppm NE
Inte
nsid
ade (
mV
)
Tempo de reteção (min)
39
A Figura 28 (a e b) apresenta os cromatogramas da amostra de óleo da amêndoa de
macaúba + Piche a 1000 ppm e a 2000 ppm, repectivamente. Podemos observar que
para ambas as concentrações deste antioxidantes houve um impedimento da
degradação do óleo.
(a) (b)
Figura 28: Cromatograma das amostras de óleo de macaúba + Piche 1000 ppm (a) e óleo de
macaúba + Piche 2000 ppm (b), antes do envelhecimento (linha vermelha) e após
envelhecimento (linha preta), a coluna utilizada foi uma CLC-ODS(M) de comprimento 25 cm,
diâmetro de 4,6 mm e com partículas de 5µm.
4.2.3 ESI (+)-MS das amostras de óleo de macaúba antes e após o envelhecimento.
As amostras de óleo de macaúba sem antioxidantes antes e após o envelhecimento
foram analisadas por espectrometria de massas utilizando como a ionização por ESI
positivo((+) ESI). A Figura 29 apresenta os espectros obtidos para estas amostras. E
possível observar uma maior formação de moléculas carregadas positivamente entre
os intervalos de m/z 500 a 800, região característica de formação de DGs.
Porém, de acordo com os cromatogramas das amostras por HPLC/DAD, podemos
observar que grande parte dos compostos formados após a oxidação é de MGs e de
ácidos graxos livres.
(a) (b)
Figura 29: MS(+)-ESI do óleo de macaúba envelhecida(a), sem antioxidante antes do
envelhecimento (b) sem antioxidante após o envelhecimento.
0 5 10 15 20 25
-50000
0
50000
100000
150000
200000
250000
Óleo + Piche 2000 ppm E
Óleo + Piche 2000 ppm NE
Inte
nsid
ade (
mV
)Tempo de retenção (min)
0 5 10 15 20 25
-50000
0
50000
100000
150000
200000
250000
300000
Óleo + Piche 1000 ppm E
Óleo + Piche 1000 ppm NE
Inte
nsid
ade (
mV
)
Tempo de retenção (min)
semaditivoE #1 RT: 0.00 AV: 1 NL: 2.85E5T: ITMS + c ESI Full ms [50.00-2000.00]
200 400 600 800 1000 1200 1400 1600 1800 2000
m/z
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
Rela
tive A
bundance
656.16
628.07
670.06
684.16
698.12
754.02
572.09
782.09
798.10535.701243.42516.00 981.61 1130.66
331.03 1327.79221.09 1425.21 1571.91 1696.13109.30
semaditivoNE #1 RT: 0.00 AV: 1 NL: 8.14E5T: ITMS + c ESI Full ms [50.00-2000.00]
200 400 600 800 1000 1200 1400 1600 1800 2000
m/z
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
Re
lative A
bundance
656.09
600.07
684.16
738.09
820.18572.05 902.22
1270.98544.04 1186.90 1352.68281.10 354.89 981.50221.03 1465.01 1573.40 1710.18 1790.02
DGs DGs
TGs MGs
MGs
TGs
40
A Figura 30 apresenta os MS(+) ESI para as amostras de óleo de macaúba
adicionados piche, como antioxidante, para amostras não envelhecidas e envelhecidas.
De acordo com esta figura verifica-se uma região de MGs e ácidos graxos livres (m/z
150 - 450) outra de DGs (m/z 450 - 650) e TGs (m/z 650- 900) e os picos referentes a
presença do piche (m/z 1150 - 1450), com perdas de massas sucessivas de m/z de 28.
Observa-se que não houve diferença significativa nas regiões de MG, DG e TGs. Antes
do envelhecimento havia picos de alta intensidade relativa na região de m/z 1200 a
1400, porém após o envelhecimento essa região deixou de existir. Tal região pode ser
característica dos compostos presentes no piche de alcatrão que sofreu o processo de
oxidação em detrimento aos componentes do óleo de macaúba. Os cromatogramas
obtidos por HPLC/DAD, confirmam a não decomposição das moléculas de MGs, DGs e
TGs existentes anteriormente.
(a)
(b)
Opiche2000NE #1 RT: 0.00 AV: 1 NL: 6.23E5T: ITMS + c ESI Full ms [50.00-2000.00]
200 400 600 800 1000 1200 1400 1600 1800 2000
m/z
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
Re
lative A
bundance
656.08
600.08
684.17
738.10
1270.90820.321298.891214.97572.03
902.261354.96
1158.68550.52 1463.09962.74353.24 1574.07 1711.32261.18 1792.08109.20 1962.00
Opiche2000E #1 RT: 0.00 AV: 1 NL: 9.37E5T: ITMS + c ESI Full ms [50.00-2000.00]
200 400 600 800 1000 1200 1400 1600 1800 2000
m/z
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
Rela
tive A
bundance
656.08
600.04
684.14
738.15
820.21
902.25572.03
535.85 1242.98 1326.80242.23 354.91 981.60 1130.56 1436.94 1548.09 1655.18149.11 1767.76
Região Piche
Desapareceu após o envelhecimento
41
(c)
Figura 30: MS(+)-ESI do óleo de macaúba + piche(x ppm) (a)não envelhecido(2000 ppm) (b),
envelhecido (2000 ppm) (c) e envelhecido(1000 ppm) .
A Figura 31 apresenta os espectro de MS(+) ESI para as amostras adicionadas de BHT
como antioxidante. Observa-se que somente para a concentração maior de antioxidante
(2000ppm) é que este é eficiente não apresentando modificações significativas quando
a amostra é envelhecida. Já para a concentração menor 1000ppm, os espectros
apresentam mudanças significativas com uma maior formação de moléculas carregadas
positivamente na região de m/z entre 500 a 800 (DGs) semelhantemente a amostra
envelhecida sem aditivo. Pode-se inferir dessa forma que em concentrações menores
de 2000 ppm de antioxidante o óleo de macaúba está sujeito ao processo de
degradação. Os cromatogramas obtidos por HPLC/DAD, confirmam a decomposição
das moléculas de TGs existentes anteriormente.
(a)
Opiche1000E #1 RT: 0.00 AV: 1 NL: 1.33E6T: ITMS + c ESI Full ms [50.00-2000.00]
200 400 600 800 1000 1200 1400 1600 1800 2000
m/z
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
Re
lative A
bundance
656.07
600.04
684.17
738.16
820.25572.03902.25
544.04 1242.92 1326.89358.97 935.00 1158.52 1436.69 1544.58305.23 1709.40188.16 1790.62
OBHT2000NE #1 RT: 0.00 AV: 1 NL: 7.98E5T: ITMS + c ESI Full ms [50.00-2000.00]
200 400 600 800 1000 1200 1400 1600 1800 2000
m/z
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
Re
lative A
bundance
656.10
628.09
684.17
738.19
902.22820.29572.05
1242.99535.76 1326.97280.99 354.90 1129.61980.79 1436.89221.07 439.24 1546.07 1710.77 1791.53 1947.60
Desapareceu após o envelhecimento
42
(b)
(c)
Figura 31: MS(+)-ESI do óleo de macaúba + BHT ( x ppm):(a) não envelhecido(2000ppm) (b),
envelhecido(2000 ppm) (c) envelhecido ( 1000 ppm) .
Em anexo tem-se as tabela B, C e D com as moléculas carregadas positivamente (m/z)
que foram identificadas e suas respectivas abundancias para todos os espectros de
massas relacionados acima.
OBHT2000E #1 RT: 0.00 AV: 1 NL: 3.14E5T: ITMS + c ESI Full ms [50.00-2000.00]
200 400 600 800 1000 1200 1400 1600 1800 2000
m/z
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
Rela
tive A
bundance
656.08
628.14
684.15
738.17
820.07550.541243.00
902.43 1326.931186.82522.54 1408.84353.21 1130.79 1544.80284.26 1629.27963.82 1767.07178.87 1871.17
OBHT1000E #1 RT: 0.00 AV: 1 NL: 3.61E5T: ITMS + c ESI Full ms [50.00-2000.00]
200 400 600 800 1000 1200 1400 1600 1800 2000
m/z
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
Rela
tive A
bundance
656.16600.05
698.09
754.18
572.07
768.14
543.99 868.14934.25 1242.96439.18383.11 1158.74 1352.34242.29 1494.01 1676.20 1958.11105.06 1866.57
43
5 CONCLUSÕES
Nesse trabalho, estudou-se o desenvolvimento de uma metodologia em HPLC/DAD
alternativa a norma BS EN 14103:2011 para quantificação dos ésteres monoalquílicos
presentes no biodiesel. A norma existente que consiste na quantificação por
Cromatografia gasosa utilizando colunas capilares apresenta resultados confiáveis,
porem está frequentemente atrelada a ocorrências de perda da eficiência e diminuição
da vida útil da coluna devido a subcompostos que podem estar presentes no biodiesel
como TGs, DGs e MGs, que são compostos não voláteis e que precisam ser
derivatizados antes da análise. Dessa forma o método desenvolvido é de grande
interesse, pois amostras de biodiesel que não apresentaram uma boa conversão podem
ser analisadas sem a preocupação de danificar a coluna e o equipamento. E quando
utilizando os dectores ELSD/DAD de forma hinfenada é possível monitora a presença
dos TGs, DGs e MGs, além da glicerina presente,sendo os primeiro monitorados sem a
necessidade de tratamentos prévios como derivatização.
O estudo do envelhecimento de óleos em rancimat utilizando antioxidantes é de extrema
importâncias para as indústrias, em especial para as indústrias produtoras de biodiesel.
O óleo de macaúba devido a sua grande produção de óleo por hectare, excedendo
outras oleaginosas vastamente utilizadas como óleo de soja e de algodão, surge como
uma alternativa de matéria prima para produção do biodiesel. O estudo da oxidação
dessa matéria prima é importante pois valores elevados de índice de acidez prejudicam
o processo de obtenção do biodiesel na reação de transesterificação, podendo formar
subcompostos como sabão. Dessa forma o Piche de alcatrão se mostrou como uma
eficiente alternativa natural ao uso de outros antioxidantes sintéticos com BHT para
evitar a degradação dos TGs a ácidos graxos e a formação de demais subcompostos
como MGs e DGs. A espectroscopia de massas se revelou-se uma técnica eficiente e
rápida para avaliar a ocorrência ou não do envelhecimento desse óleos.
44
6 REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁGICAS
[1] Estudo das características físico-química dos óleos da amêndoa e polpa da macaúba. Amaral. F.P. UNIVERSIDADE ESTADUAL PAULISTA “JÚLIO DE MESQUITA FILHO” FACULDADE DE CIÊNCIAS AGRONÔMICAS CAMPUS DE BOTUCATU. 2007.
[2] http://www.mme.gov.br/programas/biodiesel/menu/biodiesel/perguntas.html. Acessadoem 09/04/2014
[3]Scrimgeour, C., Chemistry of Fatty Acids, in Bailey’s Industrial Oil and Fat products. 2005, John Wiley& Sons, 2005.
[4] Lôbo. I.P; Ferreira. S.L.C. Biodiesel: Parâmetros de qualidade e métodos analíticos. Departamento de Química Analítica. Universidade Federalda Bahia. Bahia. Química Nova, Vol. 32, No.6, 1596-1608, 2009
[5] V. N. C. Branco, A.G. Torres. Capacidade antioxidante total de óleos vegetais comestíveis: determinantes químicos e sua relação com a qualidade dos óleos. Rev. Nutr. Campinas, 24(1): 173 – 187, jan./fev., 2011.
[6] G. Karavalakis, D. Hilari, L. Givalou, D. Karonis, S. Stournas. Storage stability and ageing effect of biodiesel blends treated with different antioxidants. Energy, 36 (2011), p. 367 – 374.
[7] http://www.biodieselbr.com/noticias/materia-prima/ogr/video-setor-biodiesel-estuda-formas-diversificar-materias-primas-310314.htm.Acessado em: 27/04/2014
[8]http://www.anp.gov.br/?pg=70331&m=&t1=&t2=&t3=&t4=&ar=&ps=&cachebust=139
7078883653.Boletim de Março. Acessado em 20/04/2014.
[9]http://www.iee.usp.br/destaques/Yolanda%20%209788415774013%20IEE%20USP.pdf. Acessado em 20/04/2014.
[10] VALLE, P. W. P. A. Produção de biodiesel via transesterificação do óleo de nabo forrageiro. 2009. 206 f. Tese (Doutorado em Ciências – Química) – Instituto de Ciências Exatas, Universidade Federal de Minas Gerais, Belo Horizonte. 2009.
[11] http://www.anp.gov.br/?id=472. Legislação – Biodiesel. Acessado em 20/04/2014.
[12] http://www.biodieselbr.com/noticias/materia-prima/macauba/embrapa-melhorar-colheita-extracao-macauba-110313.htm. Acessado em 19/04/2014.
[13] http://goo.gl/YNfLhu . Acessado em 20/04/2014.
[14] SUAREZ, P. A. Z.; SANTOS, A. L. F.; Rodrigues, J. P.; ALVES, M. B. Biocombustíveis a partir de óleos e gorduras: Desafios tecnológicos para viabilizá-los. Química. Nova, v. 32, n. 3, p. 768-775, 2009.
[15]Tickell, J. From the fryer to the fuel tank: The Complete Guide to Using Vegetable Oil as an Alternative Fuel. 3ª edição. Tickell Energy Consulting: Louisiana, 2003. 162 p.
[16] http://www.acrotech.com.br/?cat=5. Acessado em 21/04/2014
[17] Pereira, V. S. C. Estudo da Estabilidade de óleos vegetais do cerrado (macaúba e pequi) via envelhecimento acelerado como matéria prima para produção de biocombustíveis. Trabalho de conclusão de curso. Departamento de química – Instituto de Ciências Exatas – Universidade Federal de Minas Gerias. Belo Horizonte, 2013.
45
[18] RAMALHO, V.C; Jorge, N. Antioxidantes utilizados em óleos, gorduras e alimentos gordurosos. Quim. Nova, Vol. 29, No. 4, 755-760, 2006.
[19] PIMENTA, A.S; Vital, B.R. Alcatrão ou creosoto de eucalipto na produção de adesivos fenólicos para colagem de madeira. Quim. Nova, Vol. 20, No. 4, 365-371, 1997. [20] Tonhi, E; Collins, K. E; Isabel; C. S. F; Jardim e Carol H. Collins. Fases Estacionárias para Cromatografia Líquida de alta eficiência em fase reversa (CLAE-FR) baseadas em superfícies de óxidos inorgânicos funcionalizados. Instituto de Química. Universidade Estadual de Campinas. SP. Química. Nova, Vol. 25. No. 4. 616-623, 2002. [21] http://www.crq4.org.br/sms/files/file/conceitos_hplc_2010.pdf. Acessado em 25 de
Abril de 2014.
[22] Schalley C. A., Int. J. Mass Spectrom., 2000, 194, 11.
[23] Loo, J. A. Int. J. Mass Spectrom. 2000, 200, 175-186.
[24] Alves. J. O. Espectrometria de massas com ionização eletrospray (ESI-MS) e métodos quimiométricos: caracterização de azeites de oliva (extra virgem e puro) e outro óleos vegetais e quantificação de óleos adulterantes em azeite de oliva extra virgem. Dissertação de Mestrado. Departamento de Química. Universidade Federal de Minas Gerais. Belo Horizonte 2010.
[25] http://goo.gl/QXIZ21 Acessado em 11/05/2014.
[26] Heck, A. J. R.; Van den Heuvel, R. H. H. Mass Spectrom. Rev. 2004, 23, 368-389.
[27] MELO, M. A. M. F. Avaliação das propriedades de óleos vegetais visando a produção de biodiesel. 2010. 114f. Dissertação de Mestrado – Universidade Federal da Paraíba; Programa de Pós-Graduação em química, João Pessoa.
[28] Silva. L. N. Dissertação: Síntese e caracterização de biodiesel a partir dos óleos da macaúba para usos especiais incluindo blendas com querosene de aviação. Departamento de Química, Instituto de Ciências Exatas. Universidade Federal de Minas Gerias. Belo Horizonte 2013.
[29] INSTITUTO ADOLFO LUTZ. Normas analíticas do Instituto Adolfo Lutz.
Métodos químicos e físico para análises de alimentos. 3. ed., V. 1, São Paulo, 1985.
533p.
[30] GUO H., HU, C., QIAN, J. DeterminationofUnderivatizedLong Chain
FattyAcidsUsing HPLC withan Evaporative Light-Scattering Detector.J AmOilChemSoc
89:183–187). 2011.
[31] W. W. Christie, GasChromatographyandLipids, Pergamon Press. 1989.
46
7 ANEXOS
Anexo A
As quantidades de reagentes utilizadas para a síntese do biodiesel encontram-se na
Tabela 9 abaixo.
Tabela 9: Massa e volume dos reagente para a transesterificação das matérias
primas para obtenção do biodiesel.
Reagente Massa ou volume utilizado
Óleos de soja 100 g
Metanol 27,9 mL
Metóxido (catalisador) 3,33 g
Óleos de coco 50 g
Metanol 15,4 mL
Metóxido (catalisador) 1,67 g
Sebo bovino 50 g
Metanol 11,2 mL
Metóxido (catalisador) 1,67 g
A montagem para as reações está ilustrado na Figura 32 abaixo:
Figura 32: Aparato utilizado para a realização da síntese do biodiesel.
Após 30 min de reação foi coleta uma alíquota da reação para realizar a
Cromatografia em camada delgada, o resultado encontra-se na Figura 33 para óleo
de soja. A síntese do biodiesel de óleo de coco e sebo bovino apresentou o mesmo
perfil.
47
Figura 33: Cromatografia em camada delgada após 30 min de reação.
A fim de garantir que toda a amostra de óleo foi transesterificação, deixou-se a reação
por mais 30 min, totalizando 1 hora de reação.
As fases foram separadas, o biodiesel foi lavada a fim de neutralizar o excesso
reagente utilizado. Em seguida a amostra foi centrifugada e adicionou-se o sulfato de
sódio anidro para retirar alguma presença de água. Para a síntese do biodiesel a
partir do óleo de soja e do óleo de coco, a lavagem da fase orgânica foi com água
destilada na temperatura ambiente, porém, para a lavagem do biodiesel a partir do
sebo bovino foi necessária a utilização de água morna para auxiliar na separação de
fases.
48
ANEXO B
Tabela 10: Moléculas carregadas positivamente que foram observadas em maior
proporção(m/z) e suas respectivas abundancias para o óleo da amêndoa de macaúba
sem aditivo antes e após o envelhecimento.
Óleo sem aditivo NE Óleo sem aditivo E
m/z Abundância relativa m/z Abundância relativa
572.05 20.93 572.09 28.90
600.07 75.25 600.07 88.26
601.11 26.68 601.13 34.80
628.08 70.02 614.12 50.82
629.14 27.28 628.07 89.99
656.09 100.00 629.12 34.79
657.12 37.74 642.05 60.22
682.17 24.27 644.05 26.45
683.33 21.71 656.16 100.00
684.16 54.82 657.14 42.92
685.16 27.94 670.06 75.73
710.08 15.55 671.11 35.64
712.15 22.90 672.12 26.93
738.09 45.20 684.16 67.86
739.17 21.34 685.14 37.29
740.15 17.79 698.12 55.64
766.19 13.41 699.13 26.27
820.18 23.88 712.18 33.92
902.22 19.57 726.14 29.15
903.24 11.56 754.02 39.45
49
ANEXO C
Tabela 11: Moléculas carregadas positivamente que foram observadas em maior
proporção (m/z) e suas respectivas abundancias para o óleo da amêndoa de macaúba
+ Piche antes e após o envelhecimento.
Óleo + Piche 2000 NE Óleo + Piche 2000 E Óleo + Piche 1000 E
m/z Abundância relativa m/z Abundância relativa m/z Abundância relativa
572.03 16.24 572.03 17.35 572.03 16.30
600.08 77.18 600.04 69.86 600.04 69.88
601.10 27.51 601.07 26.12 601.08 27.01
628.10 72.90 628.08 68.28 628.08 66.08
629.14 27.51 629.12 25.84 629.11 24.03
656.08 100.00 656.08 100.00 656.07 100.00
657.14 40.86 657.14 40.75 657.12 36.82
682.20 23.68 682.08 27.60 682.08 25.61
684.17 52.03 683.29 16.01 683.31 15.51
685.14 25.50 684.14 58.33 684.17 49.86
712.18 23.72 685.12 26.81 685.12 21.44
738.10 42.19 710.08 16.70 710.08 15.07
739.18 20.62 712.12 25.22 712.16 21.27
820.32 20.89 738.15 38.91 738.16 36.33
1214.97 16.48 739.18 21.43 739.15 18.42
1242.97 20.56 740.13 15.57 740.14 15.14
1243.93 17.67 766.19 14.89 766.16 12.50
1270.90 21.76 820.21 27.38 820.25 16.51
1271.94 16.00 821.17 15.60 821.17 12.27
1298.89 16.64 902.25 21.91 902.25 13.64
50
ANEXO D
Tabela12: Moléculas carregadas positivamente que foram observadas em maior
proporção (m/z) e suas respectivas abundancias para o óleo da amêndoa de macaúba
+ BHT antes e após o envelhecimento.
Óleo + BHT 2000 NE Óleo + BHT 2000 E Óleo + BHT 1000 E
m/z Abundância relativa m/z Abundância
relativa m/z Abundância relativa
572,04 21,52 572,05 17,46 572.07 31.77
600,07 74,99 600,06 71,9 600.05 97.90
601,11 26,29 601,09 26,02 601.13 37.72
628,09 71,97 628,1 72,03 614.08 36.29
629,13 26,66 629,12 28,8 628.09 87.79
656,11 100 656,09 100 629.14 32.30
657,13 39,56 657,13 39,48 642.16 32.21
682,15 24,53 682,11 25,45 656.16 100.00
683,37 20,42 683,31 16,9 657.15 46.82
684,16 59,51 684,15 51,05 670.12 53.08
685,2 33,67 685,13 24,51 671.18 23.26
710,13 16,56 710,14 13,29 683.59 24.13
712,17 25,19 712,17 21,76 684.22 48.51
738,16 44,58 738,12 37,8 685.12 30.13
739,18 21,55 739,15 20,08 698.09 53.40
740,15 17,09 740,13 15,19 700.09 23.25
766,19 15,88 766,17 11,94 712.12 35.93
820,23 25,69 820,21 19,66 726.10 32.85
821,23 17 902,26 15,18 754.18 41.37
902,25 23,44 1242,93 12,78 755.12 23.40
51
ANEXO E
Determinação do perfil graxo por cromatografia gasosa
Os métodos de cromatografia em fase gasosa são utilizados para conhecimento da
composição dos ácidos graxos de óleos e gorduras. [29]
Hidrólise de lipídeos
Dissolveu-se, em tubo criogênico de capacidade de 2ml, aproximadamente 10 mg do
óleo em 100 ml de uma solução de etanol (95%)/ hidróxido de potássio 1mol/l (5%). A
amostra foi agitada em vortex por 10 s. Posteriormente foi aquecida por 60 minutos à
temperatura de 90°C em banho termostático [30]. Após resfriamento, adicionou-se 400
ml de ácido clorídrico a 20%, uma ponta de espátula de NaCl e 600 ml de acetato de
etila. Após agitação em vórtex por 10 s e repouso por 5 min, uma alíquota de 300 ml da
camada orgânica foi retirada, colocada em tubo criogênico de capacidade de 2 ml e
seco por evaporação, obtendo-se assim os ácidos graxos livres. [31]
Metilação dos ácidos graxos
Os ácidos graxos livres foram metiladas com 100 ml BF3 / metanol (14%) e
aquecidas durante 10 minutos em banho de água a 80°C. Foram em seguida diluídos
com 400 ml de metanol e analisados por Cromatografia Gasosa.
Parâmetros de análise
As análises foram realizadas em um Cromatógrafo GC-2010 Shimadzu equipado
com detector por ionização de chamas. Utilizou-se uma coluna DB-Was 30 mm X 0,25
mm e filmthickness de 0,25 mm. O gradiente de temperatura empregado foi: 50°C, 2min,
4°C/min até 220°C, 20 min. As temperaturas do injetor e detector foram 250°C e 260°C
respectivamente. O hélio foi empregado como gás de arraste com velocidade linear de
30 cm/s. O volume de injeção foi de 1ml e o split1/50. A identificação dos picos foi feita
por comparação com padrões de ácidos graxos metilados SUPELCO37.
