AVALIAÇÃO DE FRAGMENTOS DE LENHOS CARBONIZADOS DE ARAUCARIACEAE POR MEIO DE TERMOGRAVIMETRIA E INFRAVERMELHO ASSOCIADAS À ANÁLISE MULTIVARIADA

Quim. Nova, Vol. 40, No. 8, 895-901, 2017 http://dx.doi.org/10.21577/0100-4042.20170095 Daniela M. de Laraa,b, Laís Brescianib, Isa Carla Osterkampc, Maurício Hilgemannb, Eduardo Ethurb, André Jasperc.e, Marco Flôres Ferrãod, Dieter Uhle e Simone Stülpb,* a Universidade Estadual do Rio Grande do Sul, Unidade do Alto da Serra Botucaraí Soledade, 99300-000, Soledade – RS, Brasil b Centro de Ciências Exatas e Tecnológicas, Univates, 95900-000 Lajeado – RS, Brasil c Centro de Ciências Biológicas e da Saúde, Univates, 95900-000 Lajeado – RS, Brasil d Instituto de Química, Universidade Federal do Rio Grande do Sul, 91501-970 Porto Alegre – RS, Brasil e Senckenberg Forschungsinstitut und Naturmuseum, 60325, Frankfurt am Main, Germany/Senckenberg Center for Human Evolution and Palaeoenvironment, Institut für Geowissenschaften, Universität Tübingen, 72076, Tübingen, Germany Artigo AVALIAÇÃO DE FRAGMENTOS DE LENHOS CARBONIZADOS DE ARAUCARIACEAE POR MEIO DE TERMOGRAVIMETRIA E INFRAVERMELHO ASSOCIADAS À ANÁLISE MULTIVARIADA Recebido em 28/12/2016; aceito em 08/05/2017; publicado na web em 19/07/2017 EVALUATION OF CARBONIZED ARAUCARIACEAE WOOD FRAGMENTS WITH THERMOGRAVIMETRY AND FOURIER TRANSFORM INFRARED SPECTROSCOPY ASSOCIATED TO MULTIVARIATE ANALYSIS. The aim of the study is to evaluate the physical and chemical changes that occur on wood fragments submitted to different temperatures, verifying their influence on significant chemical characteristics in the forming process. Carbonization process in muffle associated to the techniques of Thermogravimetry, Fourier Transform Infrared Spectroscopy (FTIR) and multivariate analysis. The analyses were performed on 3 replicates for each burn temperature. The temperature of the thermal muffle process was in every 50 °C, from 200 °C to 600 °C. TGA were performed under nitrogen atmosphere, using a heating ramp from 25 °C min-1 to 995 °C. A range between 1900 to 650 cm-1 was used, with a resolution of 4 cm-1 and 64 scans. The PCA showed that it is possible to describe 95.73% of the data, grouping the samples into three main clusters. These clusters were used to build a SIMCA (Soft Independent Modeling of Class Analogy) model, enabling to predict with 100%. Results showed that technical associations, such as TGA, FTIR and multivariate analysis may help to characterize the natural carbonization process and, in future works, contribute to significant (paleo)environmental inferences. Keywords: Araucariaceae; thermogravimetry; mid-infrared; multivariate analysis. INTRODUÇÃO O fogo desempenhou um papel importante em períodos passados da história da Terra,1 atuando como um agente onipresente dos distúrbios nos ecossistemas terrestres.2-5 Consequentemente, o seu uso proporcionou mudanças nos estilos de vida das comunidades pretéritas, sendo o seu domínio considerado um dos maiores eventos do passado.6 As análises dos vestígios deixados pelos incêndios podem auxiliar a inferir condições ambientais predominantes no momento da ocorrência desses eventos, os quais são considerados elementos modeladores de diferentes ecossistemas.7,8 Além disso, considerando a relação direta do fogo com o ciclo do carbono, a sua compreensão pode auxiliar no entendimento das dinâmicas ambientais da Terra.3 Para que ocorra a combustão de materiais, é imprescindível a ação de três elementos básicos: concentração suficiente de oxigênio atmosférico (comburente), ocorrência de fontes de ignição (energia) e disponibilidade de material combustível.9 Quando esses três elementos estão combinados de forma adequada, constitui-se o triângulo do fogo,9 sendo que a sua análise integrada possibilita a construção de mosaicos paleoambientais consistentes com base na análise de paleoincêndios.4 Os vegetais, após passarem pelo processo de queima, podem não ser completamente consumidos pelo fogo, sendo possível encontrar carvão vegetal5,10 como um dos materiais remanescentes.1,5,10-12 Assim, a ocorrência de carvão vegetal se constitui em indicativo direto da ocorrência de incêndios atuais ou pretéritos1,5,10-12 e o seu estudo reflete *e-mail: as condições ambientais predominantes quando da combustão.8 Ainda, técnicas e ferramentas de análise podem igualmente colaborar na elucidação de fenômenos ocorridos na natureza. Através de resultados obtidos por termogravimetria é possível compreender os processos que envolvem reações químicas ou físicas em função da temperatura. Ao encontro disso, o uso de métodos quimiométricos permite construir modelos a partir da relação entre as características físicas e compostos químicos presentes nas análises. Assim, estudos envolvendo técnicas quimiométricas associadas à termogravimetria têm sido relatados com frequência cada vez maior na literatura, e com os mais variados propósitos. Pappa et al. estudaram o efeito de retardadores de fogo sobre os gases formados durante a degradação térmica de celulose.13 Gomez et al. estudaram o comportamento da desvolatilização dos lenhos de Pinus e Fagus, provenientes de resíduos de carpintaria e alcachofra (Cynara cardunculus), uma planta energética, assim como o efeito de três pré-tratamentos, lavagem com água quente, extração com etanol e sua combinação.14 Risoluti et al. testaram uma nova abordagem para a detecção de β-thalassemia em sangue de pacientes com desordem genética.15 Tomassetti et al. testaram a diferenciação de fósseis humanos muito antigos (~6.000 A.C.) de fósseis menos antigos (algumas centenas de anos A.C. e D.C.),16 e avaliações por termogravimetria e espectroscopia associada à análise multivariada são ferramentas que vêm sendo adotadas para avaliação das características físico-químicas de carvões vegetais17-25 e, em consequência, dos (paleo)incêndios vegetacionais. Estudos desenvolvidos utilizando tais ferramentas apresentaram características químicas significativas, contribuindo para uma fonte valiosa de dados proxy (paleo)ambientais.21,26-28 Por outro lado, estudos que se concentram na caracterização físico-química de 896 de Lara et al. carvões vegetais são raros, principalmente aqueles relacionados a Araucariaceae. Neste sentido, o objetivo do presente trabalho é avaliar as alterações físico-químicas que ocorrem durante o processo de carbonização em mufla de fragmentos de lenhos (Araucariaceae), em diferentes temperaturas, permitindo avaliar a sua influência sobre características químicas dos carvões vegetais. Para tanto, os lenhos foram avaliados por termogravimetria e infravermelho médio associadas à análise multivariada. A análise destes resultados busca permitir a definição de uma metodologia que auxilie na caracterização dos processos naturais envolvidos na formação desse tipo de material, servindo de subsídio para inferências (paleo)ambientais. PARTE EXPERIMENTAL Identificação das amostras Fragmentos de lenhos de três espécies de Araucariaceae foram coletados em diferentes localidades do Rio Grande do Sul, Brasil. Foram extraídas de espécimes abatidas por motivos diversos em áreas (...truncated)