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Nova abordagem para a análise direta de matrizes em estado nativo por espectrometria de massas ambiente

dc.contributor.advisorCosta, Gabriela Vanini
dc.contributor.advisorCo1Aquino Neto, Francisco Radler de
dc.contributor.advisorCo1Latteshttp://lattes.cnpq.br/8181788948588711
dc.contributor.advisorIDhttps://orcid.org/0000-0002-0501-8336
dc.contributor.advisorLatteshttp://lattes.cnpq.br/3283598158176491
dc.contributor.referee1Salles, Maiara Oliveira
dc.contributor.referee1IDhttps://orcid.org/0000-0002-0581-2038
dc.contributor.referee1Latteshttp://lattes.cnpq.br/0830444824433621
dc.contributor.referee2Cincotto, Fernando Henrique
dc.contributor.referee2IDhttps://orcid.org/0000-0001-7027-2480
dc.contributor.referee2Latteshttp://lattes.cnpq.br/8269290654909102
dc.contributor.referee3Pontes, Fernanda Veronesi Marinho
dc.contributor.referee3IDhttps://orcid.org/0000-0003-4373-5851
dc.contributor.referee3Latteshttp://lattes.cnpq.br/3215544626862235
dc.contributor.referee4Pacheco, Wagner Felippe
dc.contributor.referee4IDhttps://orcid.org/0000-0002-1835-9420
dc.contributor.referee4Latteshttp://lattes.cnpq.br/2045607948992083
dc.creatorAguiar, Alexandre Narcelli Pestana de
dc.creator.IDhttps://orcid.org/0009-0003-5780-3904
dc.creator.Latteshttp://lattes.cnpq.br/6562521223346975
dc.date.accessioned2026-11-12T08:27:35Z
dc.date.issued2026-08-13
dc.description.abstractChemical analyses using mass spectrometry have traditionally relied on sample preparation steps that consume time and resources. Extraction protocols, particularly for complex and diverse matrices, rarely recover all compounds of interest with equal efficiency. Direct Analysis in Real Time Mass Spectrometry (DART-MS) is an ambient ionization technique that has gained relevance across different fields of knowledge, but its potential for the direct analysis of raw samples (i.e., matrices in their native state, without extraction) remains limited by significant challenges, such as poor standardization and difficulties in sample handling/positioning, instrumental contamination, carryover, and thermal damage to the matrices. Thus, although DART-MS has gained considerable attention for its potential to enable analyses without sample preparation, most of its applications still involve extraction and processing protocols. The objective of this thesis was to develop a new analytical approach to overcome these challenges and, consequently, enable the direct analysis of raw matrices by DART-MS. The proposed strategy — named PERM (Permeably Enclosed Raw Matrices) — is based on confining the sample within a semipermeable enclosure coupled to a 3D-printed positioning device. The implementation of this new approach eliminated instrumental contamination, protected the samples from thermal damage, standardized the analytical process, and preserved the acquisition of informative chemical profiles without extraction, solubilization, or any other type of sample preparation. In addition, dedicated software was developed to address the specific demands that emerged from the newly introduced analytical system. The complete approach (concept, physical device, and software) was applied to and evaluated across a broad set of forensic, toxicological, and food-related matrices, with particular emphasis on its application to the chemical profiling of seized drugs, where it enabled the detection of high-value substances — e.g., synthetic-route markers, adulterants, and contaminants — that were not detected in the corresponding extracts analyzed by the extraction- based approach used by forensic authorities. A comprehensive methodological study demonstrated that simple parameters, such as temperature, analysis time, and positioning, can modulate the analytical response by orders of magnitude, enabling the selective enrichment of analytes without targeted extraction. Guidelines were proposed for establishing validation protocols for the direct analysis of raw matrices. Finally, the approach was further improved (PERM 2.0) to integrate automated sequential analyses in scanning mode (i.e., no longer in static mode), which increased sensitivity and markedly reduced the overall variability of the obtained signal. Altogether, PERM emerges as an innovative, low-cost approach that enables direct, rapid, and reliable qualitative analyses by DART-HRMS.en
dc.description.resumoAnálises químicas por espectrometria de massas tradicionalmente requerem etapas de preparo de amostra que consomem tempo e insumos, e os protocolos de extração, sobretudo em matrizes complexas e diversas, dificilmente recuperam com igual eficiência todas as substâncias de interesse. A Análise Direta em Tempo Real acoplada à Espectrometria de Massas (Direct Analysis in Real Time Mass Spectrometry, DART-MS) é uma técnica de ionização ambiente que pode dispensar o preparo de amostras e tem ganhado relevância em diferentes áreas do conhecimento, mas cujo potencial para analisar diretamente amostras brutas (i.e., matrizes em seu estado nativo, sem extração) ainda é limitado por desafios significativos, como baixa padronização e dificuldade de manipulação/posicionamento da amostra, contaminação instrumental, carryover e dano térmico às matrizes. Assim, embora a DART-MS tenha ganhado grande destaque pelo seu potencial de possibilitar análises diretas, a maioria de suas aplicações ainda envolve protocolos de extração e processamento. O objetivo deste estudo foi desenvolver uma nova abordagem analítica para solucionar esses desafios e, consequentemente, viabilizar a análise direta de matrizes brutas por DART-MS. A estratégia proposta – denominada PERM (Permeably Enclosed Raw Matrices) – baseia-se no confinamento da amostra em um invólucro semipermeável acoplado a um dispositivo de posicionamento impresso em 3D. A implementação dessa nova abordagem eliminou a contaminação instrumental, preveniu as amostras de dano térmico, padronizou o processo analítico e preservou a obtenção de perfis químicos informativos e desatrelados de extração, solubilização ou qualquer outro tipo de preparo. Complementarmente, foi desenvolvido um software para atender às demandas específicas que surgiram com o novo sistema analítico introduzido. A abordagem completa (conceito, dispositivo físico e software) foi empregada e avaliada através de um amplo conjunto de matrizes forenses, toxicológicas e alimentares, com destaque para sua aplicação no perfilamento químico de drogas apreendidas, que detectou substâncias de alto valor agregado – e.g., marcadores de rota sintética, adulterantes e contaminantes – que não foram detectadas na análise dos respectivos extratos pelo método de rotina empregado por autoridades forenses. Um estudo metodológico abrangente demonstrou que parâmetros como temperatura, tempo e posicionamento modulam a resposta analítica por ordens de grandeza, permitindo enriquecimento seletivo de analitos sem extração direcionada. Foram propostas diretrizes para o estabelecimento de protocolos de validação para métodos de análise direta de matrizes brutas. Por fim, a abordagem foi aprimorada (PERM 2.0) para integrar a automação de análises sequenciais em modo varredura (i.e., não mais em modo estático), o que aumentou a sensibilidade e reduziu expressivamente a variabilidade geral do sinal obtido. Dessa forma, a PERM emerge como uma abordagem inovadora de baixo custo que viabiliza análises qualitativas diretas, rápidas e confiáveis por DART-HRMS.pt
dc.description.sponsorshipCNPqpt
dc.embargo.termsaberto
dc.identifier.citationAGUIAR, Alexandre Narcelli Pestana de. Nova abordagem para a análise direta de matrizes em estado nativo por espectrometria de massas ambiente. Rio de Janeiro, 2026. Tese (Doutorado em Química) – Instituto de Química, Universidade Federal do Rio de Janeiro, Rio de Janeiro, 2026.pt
dc.identifier.urihttp://hdl.handle.net/11422/30008
dc.languagepor
dc.publisherUniversidade Federal do Rio de Janeiro
dc.publisher.countryBrasil
dc.publisher.departmentInstituto de Química
dc.publisher.initialsUFRJ
dc.publisher.programPrograma de Pós-Graduação em Química
dc.rightsAcesso Aberto
dc.subjectEspectrometria de massas ambientept
dc.subjectAnálise direta de sólidospt
dc.subjectDesenvolvimento de métodos instrumentais de análisept
dc.subjectQuímica forensept
dc.subjectToxicologiapt
dc.subject.cnpqCIENCIAS EXATAS E DA TERRA::QUIMICA
dc.titleNova abordagem para a análise direta de matrizes em estado nativo por espectrometria de massas ambientept
dc.typedoctoral thesis

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