PLANO DE GESTÃO DE EQUIPAMENTO MULTIUSUÁRIO: ESPECTRÔMETRO DE MASSAS DELTA V ADVANTAGE
Projeto FAPESP 2015/18790-3
Esse documento apresenta o plano de gestão do Equipamento Multiusuário (EMU) "Espectrometro de Massas Delta V Advantage (IRMS)" a ser adquirido com recursos de vinculados ao projeto Temático Consequências ambientais da conversão pastagem-cana-de-açúcar e intensificação de pastagens (2015/18790-3).
Esse plano de gestão foi preparado de acordo com as diretrizes do programa EMU, sendo também consideradas as características do DMS e as necessidades do projeto temático ao qual se encontra vinculado e de outros potenciais usuários.
2. Aspectos gerais da espectrometria de massas para determinação de razões isotópicas (IRMS) de elementos leves: carbono, nitrogênio, oxigênio e deutério em amostras sólidas.
IRMS são equipamentos destinados a determinar a razão isotópica de elementos leves. O equipamento em questão foi configurado para determinar as seguintes razões isotópicas em amostras sólidas: 13C:12C, 15N:14N, 18O:16O, D:H.
O princípio da metodologia isotópica reside na comparação da razão isotópica de possíveis fontes com a razão isotópica de um determinado produto, levando-se em consideração possíveis modificações na razão isotópica na formação desse produto, que tecnicamente é denominado fracionamento ou discriminação isotópica. Esse fracionamento é causado pela pequena diferença de massa que existe entre isótopos, devido ao maior número de nêutrons no núcleo atômico do isótopo mais pesado. Os átomos com maior número atômico (18O, 2H, 13C, 15N) são muito menos abundantes na natureza que os átomos com menor número de massa (16O, 1H, 12C, 14N). Portanto, as razões isotópicas (18O:16O, 2H:1H, 13C:12C, 15N:14N) são números muito pequenos dificultando sua expressão. Foi sugerido, então, por Harmond Craig o uso da consagrada notação  que é um desvio em relação à um padrão internacionalmento aceito. = (Ramostra/Rpadrão – 1) x 1000, onde Ramostra é a razão isotópica da amostra e Rpadrão é a razão isotópica do padrão (Craig, 1954) Esta notação foi criada para facilitar a expressão das razões isotópicas. O padrão para os isótopos de carbono é o fóssil marinho de origem no Cretáceo, Belimentela americana, encontrada na formação Peedee nos Estados Unidos (PDB). O padrão para os isótopos de nitrogênio é o ar atmosférico e o padrão para os isótopos da água é o Vienna Standard Mean Ocean Water (VSMOW)
Ressalta-se que alguns processos não causam fracionamento isotópica ou causam apenas um pequeno fracionamento, permitindo nesses casos uma comparação direta entre a composição isotópica do produto com suas possíveis fontes (DeNiro & Epstein, 1984). Os principais processos que causam discriminação isotópica no ciclo hidrológico são a condensação e a evaporação, sendo que a grandeza deste fracionamento varia com a temperatura do ar (Daansgard, 2985). A assimilação do CO2 atmosférico pelas plantas (fotossíntese) também causa um elevado fracionamento isotópico entre essa fonte e a molécula orgânica formada pela planta (Farquhar et al., 1989). Mais importante, talvez, seja o fato que as plantas que seguem o ciclo fotossintético do tipo C3 discriminam os isótopos de carbono diferentemente das plantas que seguem o ciclo fotossintético do tipo C4. Dessa forma, a razão isotópica do carbono é utilizada na distinção e contribuição relativa de fontes oriundas de plantas com ciclos fotossintéticos distintos . Finalmente, os principais processos que alteram a razão isotópica do nitrogênio são aqueles que ocorrem nos processos que regulam as formas inorgânicas de N no solo, como mineralização, nitrificação e denitrificação (Hogberg, 1997). Uma vez assimilado por algum organismo, o principal processo de fracionamento isotópico ocorre ao longo da cadeia trófica, uma vez que as perdas relativas de átomos de 14N são maiores que as dos átomos de 15N, com isso ocorre um aumento da razão 15N:14N ao longo das cadeias tróficas (Minagawa & Wada, 1984).
3. Descrição do IRMS a ser disponibilizado à comunidade científica
O equipamento em pauta terá a seguinte constituição:
- Espectrômetro de Massas Delta V, Advantage, construído pela Termo Fisher Scientific equipado com triplo coletor universal e pacote computacional com o software ISODAT.
- Interface universal ConFlo IV e periféricos
- Analisador elementar para determinação das concentrações de carbono e nitrogênio e um segundo analisador elementar para a determinação das concentrações de oxigênio e deutério em amostras sólidas
O IRMS em tela nesta proposta será alocado no Laboratório de Ecologia Isotópica (LEI) do Centro de Energia Nuclear na Agricultura, situado no Campus Luiz de Queiróz, na cidade de Piracicaba (SP).
O LEI possui uma sala climatizada, sinalizada e com acesso controlado para a alocação do IRMS em tela, sem a necessidade de nenhuma adaptação, uma vez que outros dois espectrômetros de massas já se encontram instalados no local. O LEI também conta com um docente dedicado a operação e manutenção dos espectrômetros de massas, sendo o LEI um laboratório de referência para todo o país e América Latina. Ademais, a Instituição se compromete a fornecer toda a assistência necessária para o pleno funcionamento do equipamento, conforme formulários em anexo no sistema SAGE.
Convém ressaltar que o Plano Acadêmico Institucional do CENA, elaborado por solicitação da Reitoria da USP e a partir da Portaria GR 7311 de 19 de dezembro de 2018, o CENA está concluindo a constituição de quatro Centrais Multiusuários, entre as quais a Central de Espectrometria de Massas, com quatro equipamentos de massas de razão isotópica distribuídos no Laboratório de Ecologia Isotópica (LEI) e de Isótopos Estáveis (LIE). Adicionalmente, recursos oriundos de receita própria têm sido alocados pela Diretoria do CENA para a manutenção e atualização de equipamentos multiusuário.
A equipe técnica responsável é formada pelos integrantes do Laboratório de Ecologia Isotópica (LEI) do CENA, que nasceu com a criação do instituto há mais de 50 anos sob o nome de Hidrologia Isotópica. Os fundadores desse laboratório pioneiro no país foram os Dr. Eneas Salati, então professor do Departamento de Física da Escola Superior de Agricultura Luiz de Queiróz e o Dr. Eiichi Matsui, então pesquisador do Conselho Nacional de Energia Nuclear (CNEN). Posteriormente, foram contratados pelo CENA para compor esse laboratório os doutores Reynaldo Luiz Victória (beneficiário) e Paulo Ocheuze Trivelin. Com o desenvolver científico deste grupo foram ainda contratados os doutores Luiz Antonio Martinelli (pesquisador associado), Jefferson Mortatti, Plinio Barbosa de Camargo, José Albertino Bendassolli e Marcelo Zacharias Moreira.
Há cerca de 25 anos, o antigo laboratório de Hidrologia Isotópica foi separado em duas linhas de pesquisas, constituindo dois laboratórios de ensino, pesquisa e extensão voltado a produção, uso e análises isotópicas de elementos leves (C, N, O, S, H), designados de LEI e LIE. O Laboratório designado de Ecologia Isotópica (LEI), tem atividades mais voltado ao uso de isótopos estáveis em estudos ambientais, nutricionais e antropológicos que passou a ser composto por Victoria, Martinelli, Camargo e Zacharias. Há aproximadamente 10 anos, Victoria aposentou-se e passou a se dedicar ao programa de Mudanças Climáticas da Fapesp. O LEI hoje é liderado por Martinelli em estreita colaboração com Plínio Camargo e Marcelo Zacharias. O outro laboratório designado de Isótopos Estáveis, composto pelos docentes Paulo Cesar O. Trivelin; José Albertino Bendassolli; Jefferson Mortati e Helder de Oliveira, com atividades científicas na separação isotópica e produção de moléculas orgânicas e inorgânicas enriquecidas em isótopos de interesse (13C, 15N, 34S, 10B), e uso como traçadores nas áreas agropecuária, ambiental e médica. Outra área do LIE (Mortatti e Oliveira), refere-se a Hidrogeoquímica de Bacias de Hidrográficas, destacando, também o emprego de variações naturais dos isótopos C e N nos referidos estudos.
Esses dois laboratórios do CENA que se dedicam ao uso de isótopos estáveis passaram a ser referências nacionais e internacionais no uso de isótopos estáveis. O LEI, desde que foi constituído, em 1995 publicou mais de 200 artigos científicos voltados à aplicação da metodologia isotópica, formando cerca de 50 mestres e 30 doutores nesse período e supervisionando mais de 10 pós-doutores.
Tendo em vista que determinações isotópicas requerem insumos (e.g. principalmente gases ultra-puros) e que certos componentes do IRMS possuem tempo de vida útil, e.g. colunas e pré-colunas, propõe-se a formação de um fundo de reserva para a aquisição de insumos e eventuais revisões ou reparos. O custo total por amostra (R$ 60,00) para determinação das razões isotópicas 13C:12C e 15N:14N foi estabelecido com base na estimativa média de gastos, considerando os insumos e a perspectiva de substituição de alguns componentes com o tempo de uso:
i) insumos como gases, capsulas, e colunas vials para amostras e filtros (R$30,00/amostra);
ii) custos de manutenção preventiva sugeridos pelo fabricante (R$ 20,00/amostra);
O preço total por amostra (R$ 60,00) refere-se às amostras já preparadas conforme especificações fornecidas pelo LEI. Caso esse preparo fique por conta do LEI, será acrescido o valor de R$ 20 por amostra. Propõe-se que estudos em colaboração, ou financiados pela Fapesp, o curso total seja reduzido para R$ 45,00 para amostras já preparadas e R$ 55,00 para amostras não preparadas.
O custo total por amostra (R$ 100,00) para determinação das razões isotópicas 18O:16O e D:H foi estabelecido com base na estimativa média de gastos, considerando os insumos e a perspectiva de substituição de alguns componentes com o tempo de uso:
i) insumos como gases, capsulas, e colunas vials para amostras e filtros (R$50,00/amostra);
ii) custos de manutenção preventiva sugeridos pelo fabricante (R$ 30,00/amostra);
iii) provisão para eventual substituição de componentes do equipamento (R$ 20,00/amostra).
Propõe-se que estudos em colaboração, ou financiados pela Fapesp, o curso total seja reduzido para R$ 80,00. O preço total por amostra (R$ 100,00) refere-se às amostras já preparadas conforme especificações fornecidas pelo LEI. Caso esse preparo fique por conta do LEI, será acrescido o valor de R$ 20 por amostra. Propõe-se que estudos em colaboração, ou financiados pela Fapesp, o curso total seja reduzido para R$ 80,00 para amostras já preparadas e R$ 90,00 para amostras não preparadas.
A CM-IRMS CENA será divulgada na página http://cena.usp.br/pesquisa/emu/multiusuario6 sediada no website do CENA e futuramente na plataforma USP MULTi, Central USP de Equipamentos Multiusuários. Nessa página, serão disponibilizadas informações tais como:
O procedimento para acesso ao IRMS encontra-se detalhados na webpage do CM-IRMS CENA. A admissão de usuários se dará por meio da análise de propostas de pesquisa que devidamente justifiquem a necessidade de utilização do equipamento e o número de amostras a serem analisadas solicitadas pelos usuários.
As propostas serão avaliadas pela Comissão Gestora e o proponente receberá a resposta sob a adequação do experimento em um prazo de até duas semanas. Em caso de aprovação da proposta, o experimento será agendado de acordo com a disponibilidade do equipamento. Caso contrário, o usuário será contatado com relação às adequações necessárias ou para a justificativa da inadequabilidade do equipamento para atender às análises solicitadas. No intuito de tornar o processo claro e ágil, um calendário online estará disponível na webpage do sistema.
As análises serão feitas exclusivamente pelos técnicos do LEI e não pelos usuários. No entanto, o LEI possibilita acesso às suas facilidades e equipamentos para preparo de amostras.
Após a realização das análises, uma fatura será gerada pela tesouraria do CENA-USP e o usuário receberá uma nota fiscal e um boleto bancário a ser quitado no prazo de 15 dias após a emissão.
A partir da instalação do IRMS, estima-se que sejam necessários três meses até que se estabeleça uma rotina operacional e o equipamento possa ser disponibilizado à comunidade. Considerando a conclusão da importação no 1º trimestre de 2020, espera-se que o EMU esteja disponível para a comunidade ainda no 2º semestre de 2020.
Comissão gestora do sistema
A Comissão Gestor tem como responsabilidade a supervisão do uso e decisões quanto à manutenção do equipamento, além de assegurar a funcionalidade desse plano de gestão, administrar a website da Central, garantir o acesso igualitário, agendamento analítico aos usuários, elaborar e enviar ao Conselho Deliberativo do CENA a proposta de fixação de taxas e outros. Esse Comitê será formada por quatro pessoas ligadas ao CENA-USP, diretamente envolvidas na instalação e treinamento de operação do equipamento. A renovação do Comitê gestor ficará a cargo do Comitê Gestor da Central Multiusuários do CENA.
Cleber Vieira Prestes
cleberv@cena.usp.br
Edmar A. Mazzi
A Comissão de usuários tem como funções: i) atuar como porta-voz da comunidade científica em assuntos concernentes à disponibilização e à utilização do EMU, ii) avaliar a qualidade dos serviços prestados e iii) elaborar propostas de contínua melhoria dos serviços prestados. Essa Comissão será formada por três pesquisadores incluindo, sempre que possível, docentes, pós-doutores e doutorandos. Inicialmente, a comissão de usuários será formada por pesquisadores e uma doutoranda, potenciais usuários do IRMS (Tabela 3). A referida Comissão será renovada a cada três anos com a anuência do Comitê Gestor da Central Multiusuários do CENA.