Otimização e validação de método de preparo de amostra com aplicação de produtos naturais como fases sólidas alternativas na análise de hidrocarbonetos policíclicos aromáticos em pescado

Abstract

Os hidrocarbonetos policíclicos aromáticos são contaminantes orgânicos com potencial carcinogênico, capazes de contaminar vários ambientes, incluindo o ambiente aquático, o pescado e seus consumidores, colocando em risco a saúde humana. As metodologias para determinação desses contaminantes em alimentos apresentam diversas etapas de preparo de amostras e consumo elevado de reagentes e outros consumíveis. Assim, a busca por fases sólidas a partir de materiais naturais e renováveis para uso em técnica de dispersão de matriz em fase sólida, tem sido proposta na busca de um preparo de amostra mais verde. O objetivo deste trabalho foi desenvolver, otimizar e validar método de preparo de amostra de pescado, utilizando materiais naturais como novas fases sólidas alternativas para análise de hidrocarbonetos policíclicos aromáticos. Dez fases sólidas naturais foram avaliadas e comparadas à fase comercial de referência. A metodologia utilizada foi a dispersão de matriz em fase sólida, seguida de extração por liquido pressurizado e detecção inicial por cromatografia líquida, onde as fases alternativas perlita, polvilho doce e cevada apresentaram melhor desempenho analítico, comparadas a fase de referência. Estas três fases e a fase de referência foram avaliadas em detecção por cromatografia gasosa, onde a fase perlita apresentou melhor desempenho analítico dentre todas as fases avaliadas, em termos de área de pico dos analitos, efeito de matriz, recuperação e limpeza do extrato. A microscopia eletrônica de varredura demonstrou que a dispersão da matriz foi mais efetiva utilizando a fase alternativa perlita, quando comparada a fase de referência. Assim, a perlita foi utilizada para a validação do método de determinação de hidrocarbonetos policíclicos aromáticos em pescado, em técnica de dispersão de matriz em fase sólida, seguida de extração por líquido pressurizado e determinação por cromatografia gasosa acoplada à espectrometria de massas em modo tandem. O método validado atendeu a todos os critérios de validação preconizados pelo Manual de Garantia da Qualidade Analítica do MAPA e do Regulamento 2021/808/CE da Comunidade Europeia, considerando linearidade, limite de detecção, limite de quantificação, limite de decisão, seletividade, recuperação, veracidade, repetibilidade, precisão intermediária, estabilidade, efeito de matriz, robustez e incerteza da medição. A metodologia utilizando perlita e determinação por cromatografia gasosa foi considerada superior quando comparada a fase sólida de referência e a determinação por cromatografia líquida em termos de custo, caráter verde, limpeza do extrato e performance analítica. Desta forma, o método validado foi adotado como ensaio oficial do MAPA para a determinação de HPAs em pescado, sendo aplicado na rotina de análises do laboratório. A confiabilidade do método foi demonstrada através de participação em análise de proficiência, com valores de z-score entre 0,0 e -0,8 para os HPAs avaliados. O caráter verde foi avaliado através das ferramentas AGREE e AGREEprep, e os resultados demonstraram que mais de 50% da metodologia desenvolvida e validada está de acordo com os princípios da química analítica verde e do preparo de amostra verde, enquanto a metodologia de comparação, anteriormente utilizada como metodologia oficial do MAPA, apresentou entre 26% e 0,4% de práticas consideradas verdes.

Abstract: Polycyclic aromatic hydrocarbons are organic contaminants with carcinogenic potential, capable of contaminating various environments, including aquatic ecosystems, fish, and the food chain, posing a risk to human health. Methodologies for determining these contaminants in foods typically require several sample preparation stages and significant consumption of reagents and other consumables. To address these concerns, researchers have been exploring the use of solid phases derived from natural and renewable materials in the matrix solid phase dispersion (MSPD) technique as a more environmentally friendly approach to sample preparation. The aim of this work was to develop, optimize, and validate a seafood sample preparation method, using natural materials as new alternative solid phases for the analysis of polycyclic aromatic hydrocarbons. Ten natural solid phases were evaluated and compared against a commercial reference phase. The methodology involved matrix solid phase dispersion, followed by pressurized liquid extraction, and initial detection by liquid chromatography. Among the alternative phases tested, perlite, sweet manioc starch, and barley demonstrated better analytical performance compared to the reference phase. Subsequently, the three best-performing phases and the reference phase were further evaluated using gas chromatography detection, where the perlite phase exhibited the best analytical performance overall, surpassing the reference phase in terms of analyte peak area, matrix effect, recovery, and extract cleanliness. Scanning electron microscopy supported the finding that the alternative phase perlite was more effective in matrix dispersion compared to the reference phase. As a result, perlite was used to validate the method for determining polycyclic aromatic hydrocarbons in fish, using a matrix solid phase dispersion technique, followed by pressurized liquid extraction and determination by gas chromatography coupled to tandem mass spectrometry. The validated method achieved all the validation criteria recommended by the Manual de Garantia da Qualidade Analítica MAPA and Regulation 2021/808/EC of the European Community, regarding linearity, limit of detection, limit of quantification, decision limit, selectivity, recovery, trueness, repeatability, intermediate precision, stability, matrix effect, robustness and measurement uncertainty. Compared to the reference solid phase and determination by liquid chromatography, the methodology employing perlite and determination by gas chromatography was considered superior in terms of cost, environmental impact assessment (greenness), extract cleanliness, and analytical performance. Consequently, the validated method was adopted as the official MAPA assay for the determination of PAHs in fish, to be applied in routine laboratory analysis. The reliability of the method was demonstrated through participation in proficiency analysis, obtaining z-score values between 0.0 and -0.8 for the evaluated PAHs. The greenness assessment was evaluated using the AGREE and AGREEprep tools, and the results showed that more than 50% of the developed and validated methodology is in accordance with the principles of green analytical chemistry and green sample preparation. In contrast, the comparison methodology, previously employed as the official MAPA methodology, only demonstrated between 26% and 0.4% compliance with green practices.