IYC 2011 – Analítica – Instrumentos avançam em simplicidade e baixo custo

Os avanços da química moderna devem muito à evolução dos instrumentos analíticos. Desde os anos 80, com a popularização dos sistemas informatizados, os instrumentos ganharam capacidades antes inimagináveis. Processadores integrados, dispositivos de cálculo, automação e, mais recentemente, integração total a microcomputadores, permitindo receber e transmitir informações on-line por meio de redes.

Os químicos se adaptaram bem às vantagens trazidas pela informatização. Com isso, as análises ganharam grande velocidade, sem prejuízo da qualidade dos resultados, mesmo em técnicas analíticas antes consideradas complicadas demais, caso típico da espectrometria de massas. “Há alguns anos, para se obter um espectro de uma amostra, era preciso usar um equipamento de grande porte, que exigia conhecimento altamente especializado para a operação, ou seja, demandava treinamento extenso, e cada leitura demorava horas”, recordou-se Marcos Eberlin, professor e pesquisador do Instituto de Química da Unicamp, e atual presidente da Sociedade Internacional de Espectrometria de Massa (IMSF), aliás o primeiro não oriundo dos EUA ou da Europa a comandar a entidade. “Hoje tudo é mais fácil: os equipamentos são pequenos, comandados por meio de um simples mouse, com operação bastante simples, e o espectro sai em minutos.”

Por consequência dessas mudanças, os instrumentos se tornaram também mais baratos, além de dispensar toda a complexa e cara infraestrutura que os antigos demandavam. “A espectrometria precisa alcançar as massas”, brinca o professor. Segundo ele, alguns fabricantes resistem a essa tendência de produção de instrumentos mais econômicos, que poderiam representar menor lucro. Eberlin recomenda que estes atentem para a possibilidade de ampliar os ganhos com escala de vendas, cada vez maior. Outro efeito dessa evolução se verifica na rapidez da formação de instrumentistas, hoje feita em semanas.

Além disso, com a adaptação aos novos recursos, foi possível criar novos métodos para usá-los. “Desenvolvemos aqui na Unicamp a técnica Easi, de espectrometria simples, com a variação super-Easi, que está sendo bem recebida em todo o mundo”, comentou. Basta colocar uma gota da amostra em um pedaço de papel que é introduzido no instrumento e o resultado da leitura sai na hora.

Curiosamente, a espectrometria de massas era considerada o “patinho feio” das técnicas analíticas instrumentais. “Massa só servia para confirmar a massa molecular de substâncias químicas orgânicas, identificadas com outras técnicas, e só conseguia lidar com materiais que fossem voláteis e termoestáveis”, comentou Eberlin.

Isso mudou com a concessão do Prêmio Nobel de Química de 2002 para os cientistas John Fenn e Koichi Tanaka. Eles desenvolveram, respectivamente, as técnicas de electrospray e dessorção suave a laser (soft laser desortion, ou SLD). Essas técnicas foram criadas no final da década de 80, mas ganharam mercado na espectrometria de massas vários anos depois. “A combinação dessas inovações mudou radicalmente o uso da técnica. Atualmente, tudo o que puder ser vaporizado pode ser analisado”, explicou Eberlin.

Essa mudança radical explica o forte crescimento dessa técnica analítica, hoje aplicada no estudo de proteínas (proteômica), gorduras (lipidômica), biomarcadores e outros. Aos poucos, ela vai conquistando mais espaços. “Não há fronteiras bem estabelecidas para cada técnica analítica”, explicou. “E estão sendo cada vez mais usadas técnicas híbridas.”

Eberlin percebe que as demais linhas de análise instrumental também passaram a contar com equipamentos mais rápidos, sensíveis e robustos, com reflexo direto na velocidade operacional e na redução de custos.

Nota-se que o avanço da química instrumental está deixando para trás as técnicas mais tradicionais. “Hoje se faz com uma massa o que antes era feito até mesmo por titulação. Resolve-se o problema, mas pode ser que fique mais caro”, ponderou. Eberlin raciocina que se uma técnica resolve o caso mais complexo, ela também funciona no caso mais simples, mas isso não implica diretamente erradicar as demais técnicas dos laboratórios. “Pode ser que sim, pode ser que não”, comentou. “Essas opções ainda precisam de um químico para escolher entre elas a melhor para cada análise”, considerou.

Historicamente, explica Eberlin, a química analítica começou estudando moléculas inorgânicas, de tamanho pequeno. Passou a analisar as orgânicas, maiores, para depois tratar das moléculas relacionadas à vida, essas muito grandes e complexas. “A instrumentação acompanhou esse processo; e na verdade o guiou”, enfatizou. “O instrumento é uma ferramenta, sem ela não há como lidar com as substâncias, seria como ficar cego.”

Como a evolução tecnológica dos instrumentos foi muito rápida, nem sempre os professores dos cursos de química conhecem as aplicações mais avançadas. “Estamos num período de transição, no qual convivem os dois extremos”, informou Eberlin, com a experiência acumulada em vários congressos e encontros da área. “Há no país cursos de química analítica medievais e há cursos avançadíssimos.”

Ele comentou ter ouvido que cromatografia líquida não era acoplável a espectrômetros de massa. “Isso era verdade há uns dez anos, hoje a associação LC/MS é importantíssima”, comentou. Ainda há livros que repetem o velho conceito, mas estão obviamente defasados.

Apesar disso, Eberlin recomenda não carregar demais de informações os alunos da graduação. “Basta que sejam ministrados os fundamentos da química analítica, que não mudam nunca, ressaltando os cuidados com os dados, a representatividade da amostra, desvios etc. Depois basta pincelar as técnicas dos principais instrumentos”, disse. Os alunos que tiverem interesse se aprofundarão em estágios, cursos específicos e na pós-graduação.

Fronteiras – Eberlin ainda considera ser necessário desenvolver instrumentos mais simples e econômicos, embora aponte a existência de algumas opções miniaturizadas e simples. “Na maioria dos casos, eles ainda são grandes e complicados demais, daqui a dez anos isso já deve estar resolvido”, disse. Segundo ele, até os modelos mais complexos como o FTMS,
espectrômetro de massa com transformada de Fourier, estão sendo substituídos por modelos mais simples.

As linhas de massa já se saem muito bem nas análises químicas e farmacêuticas. “Precisamos avançar nas aplicações medicinais, com químicos trabalhando junto com médicos, uma parceria ainda rara”, apontou. Os instrumentos de massa poderiam atuar, por exemplo, na leitura dos biomarcadores, identificando rapidamente patógenos ou avaliando a ação dos fármacos em cada tecido do corpo. “Já há casos de análises de saliva e lágrimas sendo feitas durante cirurgias de cérebro, orientando o trabalho dos médicos, mas isso precisa ir adiante”, recomendou.

A espectrometria de massas leva vantagem nesses casos, por dispensar o preparo das amostras, ser rápida e altamente sensível. “O preparo é um mal necessário, qualquer manipulação da amostra possibilita incluir contaminantes, gerando dúvidas posteriores, pois não dá para saber se um elemento traço veio da amostra ou dos solventes e reagentes usados”, comentou.

Além de não exigir preparo e atuar em condições ambientes, os instrumentos de massa trabalham com quantidades exíguas de material. “Isso significa gerar menos resíduos e reduzir custos”, afirmou.

Mercado aquecido – Há várias explicações para o crescimento contínuo das vendas de instrumentos analíticos no Brasil. Uma delas é o aumento no número de universidades e de institutos de pesquisa espalhados pelo país nos últimos anos. Outras explicações apontam para a necessidade de controlar melhor a qualidade de muitos produtos finais, de alimentos a combustíveis, coibindo fraudes e riscos à saúde da população.

“A indústria de alimentos no Brasil precisa de uma regulação mais adequada, com normas e rotinas analíticas bem estabelecidas”, apontou Reinaldo Castanheira, gerente geral regional da Agilent Technologies. Ele relatou que há muita coisa a ser feita no mesmo sentido nas áreas ambiental e farmacêutica.

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O Brasil vive um momento muito favorável ao desenvolvimento da pesquisa científica. É o que informa o professor Marcos Eberlin, da Unicamp. “Os laboratórios analíticos do país estão bem equipados, em melhor situação do que vários países europeus, e há um bom número de químicos especializados, capazes de conduzir experimentos relevantes”, afirmou.

De 10 a 13 de dezembro, será realizado no hotel Royal Palm Plaza, em Campinas-SP, o 4º BrMass – Congresso Brasileiro de Espectrometria de Massas, para o qual são esperados mais de mil participantes. “O BrMass é bienal e está entre os cinco maiores do mundo, ainda atrás dos Estados Unidos e do Japão, mas bem perto do congresso alemão”, comemorou Eberlin.

O interesse pode ser confirmado pela grande procura dos fabricantes de instrumentos. “Todos estarão lá”, informou. O Brasil se revela um importante, embora recente, mercado para esse tipo de instrumento. Segundo o pesquisador, há uma década eram vendidos apenas uns poucos espectrômetros no país todo por ano. “Hoje, eles são vendidos às dezenas”, informou. Eberlin também salienta a presença de renomados conferencistas internacionais, como Alexandre Makarov, Frantz Hillekamp, Michael Gross e Demià Bracello, além de importantes pesquisadores brasileiros. Interessados podem encontrar mais informações no site: www.brmass.com.br/congresso.

O sucesso do congresso brasileiro será um bom aperitivo para 2016, quando o Brasil sediará o congresso internacional da técnica analítica, organizado pela International Mass Spectrometry Foundation (IMSF), atualmente presidida por Eberlin. O próximo congresso da IMSF será realizado de 15 a 21 de setembro de 2012, em Kyoto (Japão). Informações no site: www.imss.nl.[/toggle_box]

Como comentou, as vendas de cromatógrafos a gás ou para líquidos (GC e LC) são ainda as maiores em número de instrumentos. “Eles resolvem um número maior de problemas e têm um custo relativamente mais baixo que outras técnicas mais sofisticadas”, explicou. No entanto, outras técnicas, ainda que mais caras, também registram aumento de demanda. Para Castanheira, isso está ligado ao aumento das exigências dos importadores de produtos feitos no país, como os europeus, que detectam traços de substâncias listadas como proibidas e rejeitam lotes inteiros de produtos. “Portanto, as análises feitas por aqui precisam seguir os mesmos padrões, exigindo aplicar instrumentos semelhantes”, comentou.

Castanheira observa que, há uns quinze a vinte anos, o foco da instrumentação estava direcionado ao controle de qualidade de produtos nas indústrias. “As amostras eram retiradas da linha de produção, eram fáceis de lidar e tudo era resolvido com um cromatógrafo de gases ou de líquidos (GC ou LC) acoplado a espectrofotômetro na faixa do ultravioleta”, rememorou.

O aumento das preocupações com a poluição ambiental e com a contaminação dos alimentos sobrecarregou a etapa da preparação das amostras, agora bem mais variadas e complexas. “Essa mudança favoreceu o uso de técnicas analíticas que requerem menos preparação, fazendo crescer as vendas de cromatógrafos de líquidos com detetores de massas, os LC/MS, movimento notado de uns cinco anos para cá”, comentou.

A necessidade de conduzir ensaios de bioequivalência para fármacos genéricos provocou o aumento da demanda por instrumentos capazes de analisar soro e urina, materiais muito complicados. “As amostras passaram a conter muita coisa misturada, problema que as técnicas de cromatografia líquida de alta performance acopladas a massa (ou HPLC/MS) conseguem resolver facilmente”, informou. A detecção de massas é requerida pela elevada precisão, também necessária no estudo de extratos vegetais.

De forma geral, Castanheira observa que a cromatografia a gás com massas (GC/MS) permite ao analista ter uma ideia da composição de uma amostra. Leituras feitas com o auxílio de instrumentos de ressonância magnética nuclear e por meio de técnicas de cristalografia ajudam a imaginar a estrutura molecular presente, enquanto a LC/MS determina a massa molecular da substância. “As técnicas são usadas em combinação adequada, todas com alta precisão, especialmente nas ciências ‘ômicas’, nas quais se procura uma agulha no palheiro”, considerou. As “ômicas” são as avançadas análises de proteínas (proteômica), lipídios (lipidômica) ou do metabolismo (metabolômica) e outras afins, muito aplicadas nos estudos biológicos e bioquímicos.

“Isso implica que esses instrumentos ainda precisam ser mais simplificados, permitindo a operação e a compreensão dos resultados por profissionais não necessariamente da área química, como biólogos e médicos”, avaliou Castanheira. Ele informou que a Agilent tem se esforçado para produzir softwares de operação mais amigáveis e simples, vários deles já traduzidos para o português, especialmente em GC.

“As técnicas analíticas avançam conforme aumentam as necessidades dos analistas”, comentou Castanheira. Ele acredita que, no futuro, os instrumentos devem evoluir para equipamentos mais simples, na direção de sensores capazes de identificar imediatamente a contaminação de um produto. Ele citou o exemplo do teor de água no etanol vendido em postos de abastecimento, situação hoje atendida por medidores de densidade, com precisão baixa.

No exterior, segundo ele, já é notável a pressão para a redução do uso de solventes e também do volume das amostras analisadas. “No Brasil, o custo do descarte ainda é muito baixo, principalmente porque muitas vezes o destino dado não é adequado, acaba indo para o esgoto”, lamentou. Para atender aos requisitos mais avançados, foi desenvolvida a técnica da UHPLC (o U é de ultrarrápido). Análises antes feitas em 30 minutos agora demoram apenas três, sendo o instrumento dotado de microcolunas que consomem décimos do volume de solvente gasto nos sistemas usuais. “O aparelho se paga só com a economia de solvente”, calculou Castanheira.

Entre as tendências para desenvolvimentos futuros, o gerente geral aponta o aumento da automação dos processos analíticos. “Atualmente, um operador cuida de até quatro a cinco equipamentos em um laboratório de indústria farmacêutica típico. Há um gargalo na preparação das amostras, mas isso não interfere na produtividade dos instrumentos”, informou.

Castanheira salienta que a Agilent sempre investiu muito na automação de seus instrumentos, a ponto de serem considerados caros no Brasil. “Por aqui, vendíamos os instrumentos sem os amostradores automáticos para reduzir o custo, mas hoje os clientes aceitam e até exigem operação automática”, comentou. Ele salienta que a disputa por operadores qualificados é forte e crescente no Brasil. Até a venda de robôs por aqui está se tornando mais constante, especialmente para apoiar os estudos de organismos geneticamente modificados.

No entanto, no caso brasileiro, é comum encontrar exemplos de baixo investimento em softwares de gerenciamento de dados de toda a instalação. A visão local ainda é a de ter um conjunto isolado de instrumento, computador e impressora.

Especificamente nas aplicações da espectrometria de massas, Castanheira admite que os instrumentos ainda exigem um cuidado maior por parte dos operadores do que o requerido pelos cromatógrafos ou espectrofotômetros. “É preciso estar atento ao vácuo necessário para arrastar as amostras e, além disso, a interpretação dos resultados não é simples, melhorou nos últimos anos, mas ainda requer conhecimento químico específico”, analisou.

No campo do MS, a identificação de compostos desconhecidos e a identificação precisa dos contaminantes ainda são desafios a ser superados. “Há compostos de massa idêntica, mas com estruturas diferentes que precisam ser identificados, às vezes por imagem”, explicou Castanheira. Ele afirmou que os instrumentos de ressonância magnética nuclear avançaram mais nesse sentido, com programas que oferecem opções de estruturas compatíveis com a amostra analisada.

A Agilent nasceu e cresceu como divisão de medição em elétrica/eletrônica, análises químicas e farmacêuticas dentro da Hewlett-Packard, da qual se desligou em 1999. Mesmo independente, a empresa carrega forte proximidade com a tecnologia da informação, especialmente softwares, além de contar com um acervo tecnológico grande na área de hardware. Isso se reflete nas prioridades de desenvolvimento da empresa que enfocam a ciência da medição (inclusão de algoritmos, programas e ferramentas de modelagem, entre outras); informática de medição; processamento do sinal (tanto na parte física dos instrumentos, quanto nos softwares); e métodos para detecção de biomoléculas.
Ao todo a Agilent fatura cerca de US$ 5,4 bilhões por ano, operando em mais de cem países. A medição elétrica/eletrônica (é a líder na produção de instrumentos de teste de telefones celulares) gera negócios de US$ 2,8 bilhões, enquanto as análises químicas aportam US$ 1,2 bilhão e as farmacêuticas, US$ 1,5 bilhão. “Na prática, as vendas ficam equilibradas entre elétrica/eletrônica e as duas áreas analíticas que são muito afins”, salientou. Muito embora os instrumentos das duas linhas citadas sejam parecidos, eles atuam de forma diferente, especialmente em relação aos programas de operação. “Na analítica se quer medir e identificar substâncias mais ou menos isoladas, enquanto nas life sciences o objetivo é encontrar uma substância em meio a milhares, e outras, em amostras de sangue e urina, por exemplo”, explicou. Um dos grandes segmentos de expansão de negócios está no controle do uso de substâncias proibidas pelos atletas (antidoping).

No ano passado, a Agilent comprou a rival Varian e, com isso, completou o portfólio de instrumentos com a linha de ressonância magnética nuclear da adquirida, que era superior à da própria compradora. “Alguns negócios tiveram de ser vendidos a terceiros por ordem dos órgãos de defesa da concorrência nos Estados Unidos e Europa”, explicou Castanheira. A companhia produz uma ampla variedade de instrumentos, como microscópios de força atômica (requeridos no campo da nanotecnologia), eletroforese, cromatografia e espectrometria em vários níveis de precisão.

Um dos pontos fortes da companhia está em manter um time de alto nível para pesquisa básica em tecnologia de medição que investiga novos métodos e sinergias entre os disponíveis.

No caso brasileiro, curiosamente, a Agilent passou a se dedicar mais ao relacionamento com as universidades depois da compra e integração dos negócios da Varian. “Atualmente, as universidades são um cliente maior que a indústria para nós”, confirmou. No entanto, isso não acontece sem dificuldades.

“A universidade brasileira, em geral, tem procedimentos burocratizados demais, com regulamentações que beiram o absurdo”, comentou. Ele estima em dois anos o intervalo de tempo entre um pesquisador pensar em comprar um instrumento até a sua efetiva instalação. Como as universidades contam com vantagens tributárias, é mais econômico que elas comprem os instrumentos no exterior, em moeda estrangeira, e os importem. “Mas os procedimentos dessas instituições para importação são lentos e complexos demais, não é culpa dos pesquisadores, mas não funciona bem”, avaliou.

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Em setembro, a Agilent e a Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (Fapesp) assinaram um acordo mediante o qual cada uma das partes deve aplicar a quantia equivalente a US$ 200 mil na constituição de um fundo para financiar pesquisas em metabolômica em plantas e micro-organismos; ideias originais de medição de espectrometria de massas; e medição avançada em bioenergia. Podem participar pesquisadores vinculados a instituições de ensino superior e de pesquisa, públicas ou privadas sem fins lucrativos, situadas no estado de São Paulo.

Devem ser selecionadas por uma comissão internacional entre três e cinco propostas, com valor individual entre R$ 150 mil e R$ 300 mil. A chamada para propostas está aberta até o dia 28 de novembro, na página: www.fapesp.br/6618.[/toggle_box]

Alguns países admitem que a companhia importe os instrumentos da matriz e, caso os revendam para universidades, recebam de volta os impostos pagos (rebate). “Isso agilizaria os negócios”, lamenta.

Outra situação curiosa. A Agilent recebe os instrumentos usados dos seus clientes e, em troca, concede descontos de 20% a 30% no valor de um novo. “Pelas leis brasileiras, é impossível fazer isso com as universidades”, criticou.
A Agilent disponibiliza em seu site (www.agilent.com.br) todas as informações sobre seus instrumentos, desde os manuais de operação até artigos sobre métodos analíticos e aplicações variadas. “Nós nos esforçamos para apresentar as novidades para os professores, que podem receber boletins periódicos da companhia sobre seus campos de interesse”, informou. A empresa põe técnicos para visitar clientes quando solicitados, e ainda oferece análises demonstrativas para comprovar se o método é adequado às necessidades do interessado. Até fevereiro de 2012, será concluída a ampliação do showroom e estrutura para aplicações em Barueri-SP.