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LIBS e XRF na diagnose foliar

Texto baseado no artigo de revisão "Recent advances in LIBS and XRF for the analysis of plants", publicado no Journal of Analytical Atomic Spectrometry em 25 de abril de 2018.


Plantas necessitam de nutrientes em quantidades suficientes para suprir suas necessidades de crescimento, desenvolvimento e se manterem saudáveis. Uma das formas de verificar o estado nutricional das plantas é através da diagnose foliar, que determina quimicamente os componentes minerais das folhas e permite ajustar as doses de fertilizante a serem aplicadas.


Na prática, uma das ações mais comuns a serem tomadas no campo em relação ao estado nutricional das plantas consiste na simples diagnose visual das folhas. Ali, determinam-se possíveis sintomas de deficiência ou excesso de nutrientes apenas ao observar alterações no aspecto físico (manchas, alteração de cor, textura, etc.). Apesar de útil, esta prática não é satisfatória uma vez que a planta pode não desenvolver sintomas visuais, ou quando desenvolve pode ser tarde demais e a produção já ter sido prejudicada.


Neste cenário, o uso de técnicas analíticas avançadas como a espectrometria de emissão ótica induzida por laser (LIBS) e a espectrometria de fluorescência de raios X (XRF) na diagnose nutricional de plantas têm-se destacado por determinarem a composição de todos os elementos das amostras de forma simultânea e rápida. Técnicas analíticas convencionais como a espectrometria de emissão óptica de plasma indutivamente acoplado (ICP OES) e a espectrometria de massa com plasma indutivamente acoplado (ICP-MS) apresentam ótimos resultados, mas as amostras necessitam de preparo prévio complexo que demandam tempo e uso de reagentes. O uso alternativo de LIBS e XRF permite a análise direta, sem a necessidade de preparação prévia, sem resíduos químicos e pode até mesmo ser levada ao campo com o uso de equipamentos portáteis para analisar a planta viva (Figura 1).


Figura 1. Equipamento de XRF portátil durante análise foliar direta em campo


LIBS consiste em um laser que, com o auxílio de lentes focalizadoras, atinge a superfície da amostra criando um plasma de alta temperatura. A temperatura elevada faz com que os átomos e íons no plasma sejam excitados para um nível de maior energia, que ao retornarem para seu nível fundamental emitem radiações caracterizadas por diferentes comprimentos de onda. Um detector captura essa emissão atômica do plasma, e em seguida um espectro é processado por um computador. Cada elemento possui um comprimento de onda distinto (o que permite diferenciá-los) e a intensidade da emissão é diretamente proporcional à concentração do elemento na amostra.


Já na XRF, a radiação de excitação é gerada por tubo de raios X, ou então por um radioisótopo, que excita os elementos da amostra causando a ejeção de elétrons das camadas mais internas dos átomos. Por consequência disto, elétrons de níveis mais periféricos preenchem as vacâncias resultantes, provocando perda de energia na forma de um fóton de raio X, que é então capturado por um sistema detector. Assim como na LIBS, cada elemento emite uma energia característica e a intensidade da mesma está relacionada à concentração do elemento na amostra.


Uma simples análise direta da planta determina qual sua composição química, mas não a concentração de cada elemento. Como a planta não é homogênea, a determinação quantitativa utilizando LIBS e XRF requer preparo prévio da amostra, geralmente realizada através da moagem das folhas secas, seguida de prensagem na forma de pastilha. Embora a análise de pastilhas seja a forma mais explorada e consolidada até então, já temos grandes avanços na diagnose nutricional utilizando análise direta.


Com essas técnicas também é possível mapear a distribuição espacial dos elementos na amostra, formando imagens químicas que revelam quais estruturas e tecidos estão envolvidos na translocação ou reserva de nutrientes.


O artigo de revisão Recent advances in LIBS and XRF for the analysis of plants, publicado no Journal of Analytical Atomic Spectrometry reúne os principais avanços obtidos com as técnicas de LIBS e XRF na diagnose foliar na última década. Se você se interessou pelo assunto, vale a leitura! Link para o artigo: https://doi.org/10.1039/C7JA00293A


Referência

de Carvalho GGA, Guerra MBB, Adame A, Nomura CS, Oliveira PV, de Carvalho HWP, Santos D, Nunes LC, Krug FJ (2018) Recent advances in LIBS and XRF for the analysis of plants. Journal of Analytical Atomic Spectrometry 33:919-944.

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