Enviado por Paulo César Ocheuze Trivelin
The purpose of this work was the production of ammonium sulfate double labeled with 15N and 34S ((15NH4)234SO4)), employing the ion exchange technique in two different processes. The first one was carried out using Na234SO4 and (15NH4)2SO4 previously enriched. It was possible to obtain about 54g of (15NH4)234SO4 from 70.0g of Na234SO4 and 64.2g of (15NH4)2SO4 . The second method involved the production of H234SO4, by ion exchange, and its subsequent reaction with 15NH3(aq), using a distillation system, to yield 58 g of (15NH4)234SO4 from 43.1 g of H234SO4.
Keywords: nitrogen; sulfur; ion exchange.
O nitrogênio e o enxofre são dois nutrientes essenciais aos vegetais e animais, por fazerem parte de aminoácidos e proteínas relacionados às mais variadas funções bioquímicas1.
Na área agronômica, sobretudo na nutrição de plantas, avaliações da dinâmica dos elementos N e S contribuem para importantes avanços no aumento da produtividade e qualidade dos produtos agrícolas. O S é importante quando se considera a qualidade dos produtos de origem agrícola2. Estudos indicaram que o sulfato de amônio, como fornecedor de N e S, está claramente contribuindo para o aumento da produtividade3-6. O aumento da eficiência de utilização do N aplicado às culturas agrícolas, entre outros fatores, é atribuído à existência de sinergismo com o S7. A utilização do sulfato de amônio como fertilizante tem sido preconizada em relação à uréia, em aplicações na superfície e em solo não alcalino, primeiro por não apresentar perdas expressivas de amônia por volatilização e segundo, por fornecer o nutriente S, uma vez que a uréia não contém o nutriente mesmo apresentando menor custo por unidade de N3,5,8-10. A uréia quando aplicada em superfície, sobre a palhada que recobre o solo, pode diminuir muito sua eficiência agronômica, pelas perdas de amônia por volatilização11-14. A importância da aplicação do enxofre em culturas agrícolas tem sido evidenciada nestes últimos anos pela redução de sua disponibilidade aos vegetais (deficiência de S em muitas regiões), verificada principalmente pelo uso de fertilizantes concentrados em NPK4,15-18.
Naturalmente ocorrem quatro isótopos estáveis de enxofre (32S, 33S, 34S e 36S) e dois isótopos de nitrogênio (14N e 15N). Estes isótopos apresentam abundância isotópica natural de 95,02; 0,75; 4,21 e 0,02% em átomos, respectivamente, para os isótopos 32S, 33S, 34S e 36S. Para o nitrogênio, a abundância natural é dada por 99,73 e 0,37% em átomos para o 14N e 15N, respectivamente19. A existência dos isótopos raros mais pesados, do enxofre 34S e do nitrogênio 15N, possibilita a produção de compostos marcados ou enriquecidos nestes isótopos, caracterizados por apresentarem abundâncias isotópicas acima da natural. Estes compostos por sua vez possibilitam o uso da técnica isotópica de traçador, na elucidação de aspectos relacionados à utilização destes nutrientes pelas plantas cultivadas, sendo também possível a realização de estudos de metabolismo bioquímico em humanos, a partir de moléculas apirogênicas.
Isótopos radioativos de enxofre e nitrogênio constituem alternativas em estudos do ciclo destes elementos. Pesquisas relacionadas com nutrição de S em plantas são geralmente facilitadas com o uso do radioisótopo 35S20-24. No entanto, apesar de os radioisótopos apresentarem vantagens relacionadas ao menor custo e elevada sensibilidade de detecção, o uso de isótopos estáveis tem sido preconizado sempre quando possível, sobretudo em experimentação de campo e com seres vivos. O radioisótopo do nitrogênio que apresenta meia vida mais longa é o 13N, com apenas 9,7 min, inviabilizando seu emprego na maioria dos estudos.
O radioisótopo 35S é um emissor b- (0,167 Mev), com meia vida de 87,2 dias19 e tem sido empregado como traçador em estudos de ciclagem de enxofre no sistema solo-planta. Pesquisas de nutrição de planta envolvendo o nutriente S têm sido realizadas empregando o radioisótopo 35S. A utilização do isótopo estável 34S, em estudos do ciclo do enxofre, requer a disponibilidade de compostos enriquecidos no isótopo e de espectrômetro de massas para a determinação isotópica. A utilização de isótopos estáveis demanda custos superiores, quando comparada com experimentos em que se utilizam compostos radiomarcados com 35S empregando a técnica de cintilação líquida para detecção. O composto (15NH4)234SO4 enriquecido a 10% nos isótopos 15N e 34S tem preço FOB da ordem de US$ 33.00 (trinta e três dólares) por grama no mercado internacional. No entanto, apesar de o fator custo representar uma desvantagem, esta é superada pelos aspectos de segurança, ausência de resíduos radioativos (cintilação) e, principalmente, confiabilidade nos resultados em experimentos de longo prazo (acima de 20 meses). Cabe ressaltar que há uma tendência internacional voltada para o uso dos isótopos estáveis em trabalhos de campo, sempre que possível, restringindo desta forma o uso do 35S em experimentos dessa natureza2,15,25. Com relação aos isótopos estáveis, o uso de 34S como traçador é comprometido devido ao custo e à dificuldade em se obter os compostos marcados28. Na literatura foi mencionado que, na década de 60, os EUA e a Rússia estavam desenvolvendo método de enriquecimento de 34S e que os laboratórios poderiam fornecer compostos a preços acessíveis, expectativa esta que não se concretizou26. Foi destacada também, a importância da alternativa de utilização do isótopo estável do enxofre (principalmente 34S) em pesquisas envolvendo o nutriente, em substituição aos compostos radiomarcados com 35S. Em trabalho envolvendo o 34S em estudos de absorção e redistribuição de enxofre na cultura de trigo2, pôde-se destacar a importância da técnica com uso do traçador estável 34S. Entretanto, os autores mencionam que a metodologia analítica para determinação da abundância isotópica de 34S em compostos com alto enriquecimento no isótopo não foi devidamente testada. Destacou-se que os trabalhos com utilização do traçador 34S são raros, e um primeiro trabalho somente foi produzido há uma década atrás27.
No Brasil, o primeiro estudo de nutrição de plantas utilizando a técnica isotópica com 34S foi realizado no Centro de Energia Nuclear na Agricultura15. Os autores avaliaram a utilização do enxofre adicionado ao solo, como fertilizante, para arroz (Oryza sativa L.) e para crotalária (Crotalaria juncea L.).
Pelo exposto, o desenvolvimento metodológico para produção de compostos marcados em seus isótopos estáveis tem sido estimulado, por possibilitar a obtenção de informações refinadas sobre o ciclo de seus elementos constituintes. Neste sentido, a síntese de fertilizantes marcados nos nutrientes S e N é de potencial interesse em pesquisas agronômicas. O sulfato de amônio duplamente marcado nos isótopos 34S e 15N ((15NH4)234SO4), cuja obtenção foi o objetivo do trabalho, constitui-se numa importante alternativa para avaliações simultâneas da dinâmica do enxofre e do nitrogênio no sistema solo-planta, possibilitando estudos comparativos considerando as duas variáveis e sua inter-relação, através de isotopia multivariada. A produção do composto duplamente marcado foi encorajada pelo seu potencial de utilização na compreensão do ciclo do N e S simultaneamente. Outro fator importante está relacionado ao domínio de tecnologia de separação e produção de compostos enriquecidos nos isótopos 34S e 15N, que notadamente restringe-se aos países desenvolvidos.
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