Preparação de Amostras para Análise Cromatográfica - Apostilas - Engenharia Quimica, Notas de estudo de Engenharia Química. Universidade Federal de Alagoas (UFAL)
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Roberto_8805 de Março de 2013

Preparação de Amostras para Análise Cromatográfica - Apostilas - Engenharia Quimica, Notas de estudo de Engenharia Química. Universidade Federal de Alagoas (UFAL)

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Apostilas de engenharia quimica sobre o estudo dos métodos de separação e de pré-concentração na preparação da amostra, tendo com principal objetivo separar compostos diferentes e aumentar a concentração do analito.
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INTRODUÇÃO

Uma análise química não tem sentido a menos que a amostra utilizada seja significativa. Mesmo, tomando todos os devidos cuidados na coleta da amostra e na sua armazenagem, a preparação da amostra em muitos casos ainda é necessária.

A preparação da amostra é a série de etapas necessárias para transformarmos uma amostra, de tal forma que ela se torne apropriada para a análise. A preparação de uma amostra pode incluir a sua dissolução, a extração do analito de uma matriz complexa, a concentração de um analito diluído a um nível dentro dos limites de determinação, a conversão química do analito a uma forma que seja detectável e, finalmente, a remoção ou mascaramento de espécies interferentes. (HARRIS, 2008)

2 MÉTODOS DE SEPARAÇÃO E PRÉ-CONCENTRAÇÃO

Os métodos de separação e de pré-caoncentração são parte integrante da preparação da amostra, tendo com principal objetivo separar compostos diferentes e aumentar a concentração do analito (pricipalmente em análises de traços), sendo que estas técnicas estão fortemente ligadas à cromatografia. Podendo ser considerados como uma forma muito simplificada de cromatografia. (HARRIS, 2008)

O mais antigo, e ainda mais eficiente método é a extração líquido-líquido (LLE). A extração em fase sólida (SPE) é provavelmente a mais comum e tem muitas variações. O princípio da microextração em fase sólida (SPME) é

mais parecida com a LLE que a SPE, e é comumente utilizado na preparação de amostras para a análise de compostos voláteis. (VÉKEY, TELEKES & VERTES, 2008)

2.1 ANALITOS EM AMOSTRAS SÓLIDAS

2.1.1 Fluídos supercríticos

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A extração com fluido supercrítico (SFE) é uma técnica de extração utilizada principalmente quando se deseja retirar substâncias de interesse de matrizes sólidas. Ela emprega um fluido em condições supercríticas, que apresenta propriedades intermediárias entre um gás e um líquido. (PINTO, PINTO & JARDIM, 2006)

Formalmente, um fluido supercrítico é definido como qualquer substância cuja temperatura e pressão (ambos, simultaneamente) estejam acima do ponto crítico (Figura 1). Já na prática, o estado supercrítico é obtido através de um aumento simultâneo da temperatura e da pressão de uma substância (ou mistura de substâncias) de forma a modificar o estado de agregação entre suas moléculas. Esta alteração produz uma modificação na densidade da substância (ou mistura) e, como conseqüência, de seu poder de solvatação, modificando o comportamento químico da mesma. Dentre as várias propriedades de uma substância, as quais são alteradas por este procedimento, uma das mais úteis foi a observação experimental da mudança na constante dielétrica. (LANÇAS, 2002)

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Figura 1: Diagrama de fases

Na tabela 1 apresentam-se as propriedades físicas do SF e observa-se, comparando com as propriedades de líquidos e gases, que o SF apresenta alta densidade, baixa viscosidade e difusibilidade superior à da fase líquida.

Tabela 1: Parâmetros físicos para gases, fluidos supercríticos e líquidos

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O fluido supercrítico mais utilizado é o dióxido de carbono devido a seus baixos parâmetros críticos (Tabela 2), não toxicidade, não inflamabilidade, não reatividade, possibilidade de obtenção com alto grau de pureza, grande acessibilidade, baixo custo e ser gasoso em temperatura ambiente (o que facilita a separação do analito extraído). O dióxido de carbono só não pode ser considerado um SF perfeito porque, devido a sua alta densidade, apresenta uma

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capacidade limitada de dissolver moléculas polares, mas isso pode ser contornado adicionando alguns modificadores.

Tabela 2: Temperatura, pressão e densidade (dc) críticas para alguns solventes

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O processo de SFE pode ser dividido em quatro estágios principais: dessorção do analito da matriz, solubilização do analito pelo fluido supercrítico, arraste do analito para fora da célula de extração e coleta do analito extraído. A figura 2 mostra um esquema de um sistema básico de SFE.

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Figura 2: Esquema de um sistema SFE

A operação de extração inicia-se com o bombeamento do solvente para a célula extratora que contem a amostra. O gás é então pressurizado e aquecido até chegar às condições desejadas. Na célula extratora, ocorre o contato entre a amostra e o fluido supercrítico, que pode ser de maneira dinâmica, na qual o SF é continuamente passado através da matriz ou estática, na qual se emprega uma quantidade fixa de SF que permanece um período de tempo em contato com a matriz, acontecendo a extração. Após esta etapa, o extrato obtido é levado até um restritor (fixo ou variável), no qual há um controle de temperatura e pressão. O extrato é separado do fluido, que retorna ao seu estado físico original (devido à despressurização), é recolhido em um sistema de coleta utilizando geralmente um solvente, um sistema criogênico, uma retenção em fase sólida adequada ou ainda acoplamento "on-line" com um sistema de análise ou detecção. O solvente extrator normalmente é recolhido e reciclado.

Os parâmetros que governam a SFE são principalmente: pressão, temperatura, natureza da matriz e polaridade do fluido extrator. (PINTO, PINTO & JARDIM, 2006)

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2.1.2 Solventes acelerados

Extrações que normalmente levam horas podem ser feitas em minutos utilizando a extração acelerada por solvente (ASE). Comparando-se com técnicas com Soxhlet e sonicação, o ASE gera extratos prontos em uma fração de tempo. Além da velocidade na extração, o ASE proporciona um menor custo por amostra, pois reduz o consume de solvente em até 90%.

Apesar do ASE utilize os mesmos solventes orgânicos dos métodos tradicionais, ele os utiliza mais eficientemente. Portanto o menor consumo de solvente por extração impacta diretamente em economia para o laboratório. A ASE pode ser utilizada como substituição de técnicas como Soxhlet, sonicação, agitação, microondas e outras técnicas tipicamente empregadas. A tecnologia patenteada do ASE é disponível tanto na forma manual quanto na forma automatizada para atender todos tipos de laboratórios.

O ASE opera movendo o solvente de extração através da cela de extração contendo a amostra. O contato direto da cela com o forno aquece a mesma. A extração é realizada pelo contato direto da amostra com o solvente aquecido nos modos estático e dinâmico. A pressurização garante que o solvente continue na fase líquida. Quando a extração se completa, o nitrogênio move todo o solvente através da cela e o extrato filtrado é coletado em um frasco separado da matriz, pronto para análise. (DIONEX, 2011)

O sistema de extração está representado na figura 3.

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Figura 3: Sistema de extração com fluídos acelerados

2.1.3 Microondas

O emprego de fornos de microondas na decomposição de amostras é um importante método de preparação de amostras. A digestão por microondas pode ser realizada tanto em frascos abertos quanto fechados, mas frascos fechados são mais populares porque podem ser alcançadas pressões e temperaturas mais altas. (SKOOG, 2008)

Frascos para digestão por microondas (Figura 4) são construídos de materiais de baixa perda que são transparentes às microondas. Esses materiais também precisam ser termicamente

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estáveis e resistentes ao ataque químico pelos vários ácidos empregados na decomposição. O Teflon é o material quase ideal para muitos dos ácidos comumente empregados nas dissoluções. Ele é transparente às microondas, tem um ponto de fusão de cerca de 300 °C e não é atacado pela maioria dos ácidos comuns. O ácido fosfórico e sulfúrico, contudo, têm pontos de ebulição acima do Teflon, o que significa que é necessário ter cuidado no controle da temperatura durante as decomposições. Para esses ácidos são empregados frascos de quartzo ou borossilicato. Entretanto, os frascos de quartzo ou vidro apresentam a desvantagem de serem atacados pelo ácido fluorídrico, um reagente freqüentemente utilizado para decompor silicatos e ligas refratárias. (SKOOG, 2008)

Uma das maiores vantagens da decomposição por microondas, comparada com os métodos convencionais empregando chama ou placa de aquecimento é a velocidade. Pois, as decomposições por microondas de amostras difíceis podem ser realizadas em cinco a dez minutos, contra várias horas no aquecimento em chama ou placa. Mais que isso, como as perdas por evaporação são evitadas, quantidades significativamente menores de reagentes podem ser empregadas, reduzindo assim as interferências provocadas por contaminantes neles presentes. Uma vantagem adicional das decomposições desse tipo é que a perda de componentes voláteis de amostras é virtualmente eliminada. Finalmente, a decomposição por microondas em frascos fechados é fácil de ser automatizada, reduzindo dessa maneira o tempo requerido para que o operador prepare as amostras para análise (Figura 5). (SKOOG, 2008)

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Figura 4: Frasco para decomposição por microondas sob pressão moderada

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Figura 5: Forno microondas projetado para utilizar 12 frascos do tipo mostrado na Figura 4

2.1.4 Ultrasons

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A interação com a matéria pode propiciar transformações químicas e físicas em uma amostra. O ultrasom (Figura 6) tem a sua freqüência na faixa 16 Hz a 16 KHz, enquanto a sensibilidade do ouvido humano está na faixa de 16 Hz a 16 KHz. Seu símbolo internacional é ))). Para que haja propagação das ondas ultra-sônicas é necessário que o meio de propagação tenha propriedades elásticas. Então, o movimento de um corpo vibrando é transmitido às moléculas adjacentes, as quais, antes de retornarem à posição de equilíbrio, transmitem esse movimento para as moléculas que estão ao redor. Esse movimento periódico cria ciclos de compressão e expansão, característico do fenômeno de cavitação. (MARTINES, DAVOLOS & JAFELICCI JÚNIOR, 2000)

Os usos mais corriqueiros dos ultra-sons em laboratórios de análise química são para limpeza de material e desgaseificação de soluções. Laboratórios que fazem uso da técnica de cromatografia a líquido empregam os banhos ultra-sônicos para a desgaseificação de soluções, como uma alternativa ao sistema de borbulhamento de hélio, resultando em apreciável redução dos custos operacionais. Para este fim, a potência ultra-sônica deve ser suficientemente baixa, permitindo a formação e evolução de bolhas contendo gases dissolvidos na solução, sem que estas colapsem. Nos procedimentos de análise química, os sistemas geradores de ondas ultra- sônicas são largamente empregados na etapa de preparo de amostras, seja em processos de extração de espécies químicas ou de dissolução de amostras sólidas. (KORN & ANDRADE, 2003)

Durante os ciclos periódicos de compressão e expansão, entrada e saída de gases ou vapores das cavidades das partículas (Figura 7), estes gases ou vapores não retornam completamente ao líquido, resultando num aumento efetivo da cavidade. A cavidade ao atingir um tamanho crítico implode-se, liberando grande quantidade de calor e pressão num curto período de tempo e em pontos localizados do líquido. Estima-se que a temperatura de implosão no interior da cavidade é cerca de 5500oC, enquanto que ao redor da cavidade é cerca de 2100oC. A pressão é estimada em torno de 500 atm. (MARTINES, DAVOLOS & JAFELICCI JÚNIOR, 2000)

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Figura 6: Ultrasom Figura 7: Nucleação da cavidade acústica

2.1.5 Destilação

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Destilação é uma técnica geralmente usada para remover um solvente, purificar um líquido ou para separar os componentes de uma mistura de líquidos, ou ainda separar líquidos de sólidos. Os tipos mais comuns de destilação são: destilação simples, destilação fracionada, destilação a vácuo e destilação por arraste de vapor.

A destilação simples é um processo que permite a separação de um líquido de uma substância não volátil (tal como um sólido, p.ex.), ou de outros líquidos que possuem uma diferença no ponto de ebulição maior do que cerca de 80o C. É um método rápido, fácil e eficaz, e deve ser usado sempre que possível.

A solução a ser destilada é aquecida no balão de destilação, que pode ser observado na figura 8. Aumentando-se a temperatura da solução, esta chega a ebulição, e o vapor é forçado a passar pelo condensador. Dentro do balão são adicionadas algumas pedrinhas de porcelana, que, devido a alta porosidade fornecem uma grande superfície de contado para as microbolhas que se formam na solução, controlando-as, evitando um excesso de turbulência na ebulição. O condensador é um tubo de vidro cercado por um fluxo contínuo de água termostatizada. O vapor, vindo do balão, entra em contato com as paredes frias do condensador e condensa. O líquido é, então, recolhido no recipiente. Este líquido é chamado destilado, e o líquido remanescente no balão é chamado resíduo de destilação.

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Figura 8: Aparelho de destilação simples

2.1.6 Soxhlet

Essa técnica é particularmente útil nos casos em que o compostos puro é parcialmente solúvel em um solvente e as impurezas não. Nesse método a amostra é seca, moída em pequenas partículas e colocada em um filtro de celulose poroso ou de papel. O filtro é colocado na câmara de extração que está suspensa em cima do balão contendo o solvente abaixo de um condensador. O balão é aquecido e evapora o solvente que se move na fase gasosa em direção ao condensador onde é convertido em um liquido que goteja no filtro contendo a amostra. A câmara de extração é projetada de modo que quando o solvente em torno da amostra for maior que a altura máxima do sifão, o líquido transborda para o balão onde é aquecido, e novamente

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evapora, completando um ciclo. No final do processo de extração o solvente é retirado antes de atingir a altura máxima do sifão e o óleo é concentrado no balão. O extrator Soxhlet está representado na figura 9. (BRUM et al., 2009)

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Figura 9: Extrator Soxhlet

2.1.7 Dessorção térmica

Dessorção térmica é uma técnica eficiente para concentração de nível traço e introdução de amostra de compostos voláteis e semi-voláteis e usado em várias aplicações de GC e GC/MS. Aplicações típicas são: determinação de poluentes orgânicos no ar, vapores de um material sintéticos ou compostos de aromas e fragrâncias de alimentos. A dessorção térmica é uma tecnologia de tratamento inovador para solos, lamas ou sedimentos contaminados com resíduos tóxicos, baseando-se no aquecimento direto do solo (tratamento físico-térmico), sendo utilizada para separar contaminantes com baixo ponto de ebulição (vaporização). Dentre estes se encontram os contaminantes orgânicos, tais como PCBs, PAHs (hidrocarbonetos poliaromáticos), dioxinas, pesticidas, produtos derivados do petróleo, cianetos e metais pesados tais como o mercúrio. A função desta tecnologia é aquecer o solo contaminado por um determinado período de tempo, até uma temperatura suficiente para volatilizar a água e os contaminantes, para posterior tratamento dos gases. (PUC-RIO, 2011)

2.2 ANALITOS EM SOLUÇÃO

2.2.1 Extração líquido-líquido

A transferência de um soluto solubilizado em um solvente para outro solvente é chamada extração, ou mais precisamente extração líquido-líquido. O soluto é extraído de um solvente para outro, porque este é mais solúvel no segundo solvente do que no primeiro. Os dois solventes devem ser imiscíveis, e devem formam duas fases ou camadas separadas, para que esse procedimento funcione. Os solventes, imiscíveis em água, mais utilizados são: éter etílico,

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hexano, éter de petróleo e diclorometano. Por exemplo, a cafeína, um produto natural, pode ser extraída de uma solução aquosa agitando-a sucessivamente com várias porções de diclorometano.

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Figura 10: Sistema de separação líquido-líquido

Por meio da figura10, pode-se compreender melhor o processo. Na etapa A, o solvente 1 contém uma mistura de moléculas (brancas e pretas). Deseja-se separar as moléculas brancas por extração. Um segundo solvente (sombreado), que é imiscível com o primeiro e menos denso, é adicionado e ambos são agitados dentro do funil. Na B, após a separação das fases, a maioria das moléculas brancas, mas nem todas, foram extraídas para o novo solvente, indicando a necessidade de uma nova extração.

Na C, com a separação das duas camadas, as moléculas brancas e pretas, foram parcialmente separadas. A maioria das extrações consiste de uma fase aquosa e uma fase orgânica. Para extrair uma substância de uma fase aquosa, deve ser usado um solvente orgânico e imiscível com água.

O solvente que têm uma densidade menor do que a da água (1,00 g/mL) constituirá a camada superior na separação, quando forem misturados com a água. O solvente que têm uma densidade maior, do que a da água ficará na camada inferior na separação. Por exemplo: éter etílico (d = 0,71 g/mL) quando agitado com água formará a camada superior, enquanto que o diclorometano (d = 1,33g/mL) formará a camada inferior.

As extrações podem ser agrupadas em 3 categorias:

A primeira categoria: envolve extração ou "lavagem" numa mistura orgânica com água. As lavagens com água são utilizadas para remover materiais altamente polares como sais orgânicos, ácidos ou bases fortes. Muitos compostos orgânicos contendo menos que cinco carbonos são solúveis em água.

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A segunda categoria: é feita com uma solução ácida diluída (ácido clorídrico 5%). As extrações ácidas pretendem remover compostos básicos, em particular, aminas orgânicas. A base é convertida em seu correspondente cátion e fica acompanhada do ânion do ácido usado na extração (Formação de um sal). Os sais de bases orgânicas são solúveis em solução aquosa, e são extraídos da fase orgânica.

A terceira categoria é a extração com uma solução básica diluída (hidróxido de sódio 5%). Nas extrações básicas, compostos ácidos são convertidas em seus respectivos ânion (Formação de um sal). O sal é solúvel na fase aquosa, sendo extraído da fase orgânica pela solução básica. (SOLOMONS, 2006)

As equações 1 e 2 são as utilizadas nessa técnica de extração.

Equação 1: Cálculo do Kd

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Equação 2: Equação da extração líquido-líquido

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2.2.2 Extração em fase sólida (SPE)

A extração em fase sólida (SPE) é uma técnica de separação líquido-sólido baseada nos mecanismos de separação da cromatografia líquida de baixa pressão, também conhecida como cromatografia clássica. Nesse método o analito de interesse é colocado no topo do cartucho de extração e aspirada com pequeno vácuo ou pressionada levemente com uma seringa ou gás, de forma a penetrar no cartucho. Depois de drenada toda a fase líquida, o analito retido no

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cartucho é eluído com um pequeno volume de solvente, de forma a coletar o analito em concentração já apropriada para a análise.

Além de não necessitar a manipulação diversas vezes do analito, utilizar muito menos solvente, e o tempo ser bem melhor, que a extração líquido-líquido (LLE), a SPE é uma técnica que pode ser facilmente automatizada, permitindo extrair dezenas de amostras simultaneamente, o que não ocorre com a LLE.

Este tipo de procedimento é muito comum na análise de amostras de interesse em química ambiental, nas quais usualmente, o analito encontra-se extremamente diluído. Pois, após a etapa de concentração, a amostra estará livre de interferentes e em um nível de concentração adequado para ser analisado em um cromatógrafo, por exemplo.

Materiais como sílica gel, alumina, silicato de magnésio (Florisil), carvão ativado, polímeros e fases baseadas em sílica quimicamente ligadas são amplamente empregados em SPE. Uma vez que as fases sólidas empregadas em SPE são similares às empregadas na cromatografia líquida em coluna, os mecanismos de separação também similares. Sendo estes: adsorção, partição (fase normal e fase reversa), troca iônica e exclusão por tamanho.

Estes mecanismos estão associados a processos químicos e físicos que atuam durante a separação. Dentre as principais forças químicas atuantes entre as moléculas do analito e do sorbente (fase sólida) destacam-se as forças iônicas, ligações de hidrogênio, interações do tipo dipolo-dipolo, dipolo-dipolo induzido-dipolo induzido.

Há várias formas de SPE, tais como, por cartucho, discos, dispersão da matriz em fase sólida. Utilizando cartuchos, há a necessidade de escolher o volume e a fase estacionária, assim com há a possibilidade de automatizar e acoplar uma linha de SPE a um cromatógrafo. Os discos utilizados, geralmente contém fases estacionárias cromatográficas imobilizadas em uma matriz inerte como PTFE (politetrafluoretileno) ou fibra de vidro, podendo ser montados no corpo da seringa, ou em recipientes de vidro.Já na técnica denominada dispersão da matriz em fase sólida usa um suporte sólido, geralmente contendo uma fase quimicamente ligada (por exemplo, C- 18), como um abrasivo pra produzir ruptura na arquitetura da amostra, facilitando a extração. (LANÇAS, 2004)

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Figura 11: Cartuchos de SPE

2.2.3 Micro extração em fase sólida (SPME)

É uma técnica extremamente simples do ponto de vista instrumental. Sua forma original baseia-se na sorção dos analitos por uma fibra de sílica modificada quimicamente, com posterior dessorção térmica dos analitos em um cromatógrafo a gás.

A microsseringa (figura 12 e 13) é usada para introduzir a fibra no injetor do cromatógrafo a gás e protegê-la enquanto não estiver em uso. Antes de inserir a fibra no êmbolo, uma gota de cola tipo epóxi é colocada na fibra até que endureça, mantendo a fibra na posição adequada da seringa. O comprimento ideal da fibra varia, dependendo principalmente do injetor do cromatógrafo, sendo os valores mais comuns próximos a 10cm. Entretanto somente 1 ou 2cm de uma das extremidades do tubo é recoberto com o material a ser empregado como fase sólida do processo de extração. A técnica foi aprimorada e o processo de transferência dos analitos consistem em 4 fases (Figura 14): introdução do dispositivo contendo a fibra na solução a ser analisada; a fibra é exposta à solução pelo tempo escolhido para a extração; a fibra é retraída para dentro do dispositivo; e, o sistema é removido da amostra. Depois o analito é transferido da fibra para a coluna cromatográfica.

Na extração direta, o recobrimento da fibra (portanto a fase sólida) é inserido diretamente na amostra e os analitos são transportados da amostra para a fase extratante. Para acelerar o processo, emprega-se agitação mecânica a fim de transportar os analitos do meio da solução para a vizinhança da fibra. Para amostras aquosas, técnicas mais eficientes de agitação, como agitação mecânica ou sonicação, são necessárias.

No modo headspace, os analitos têm de ser transportados através da barreira de ar antes de atingirem o recobrimento da fibra. Essa modificação serve, principalmente, para proteger a fibra de possíveis danos provocados por interferentes de elevada massa molecular ou baixa volatilidade presentes nas amostras, como material húmico e proteínas. Este modo de extração permite mudanças na matriz, como por exemplo o pH, sem danos a fibra. (LANÇAS, 2004)

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Figura 12: Microsseringa

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Figura 13: Ponta da microsseringa

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Figura 14: Etapas da extração

2.2.4 Stir-bar

A técnica de extração sortiva em barra de agitação (SBSE) é utilizada para análise de inúmeros compostos orgânicos. Esta técnica consiste numa barra de agitação revestida por um filme em polidimetilsiloxano (PDMS) (Figura 15 e 16) colocada diretamente na amostra ou no headspace sob agitação, de modo a promover o movimento de rotação na matriz líquida e a extração dos compostos de interesse. A barra é retirada da amostra, introduzida num tubo de vidro e colocada numa unidade de desorção térmica (TDU) acoplada a um injetor de vaporização a temperatura programada (PTV). (TENDINHA, 2009)

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Figura 15 - Barra de agitação magnética com o recobrimento de PDMS: 1 - haste de aço inox, 2 - revestimento de vidro e 3 - fase extratora de PDMS

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Figura 16: Agitador magnético dentro do vial

O princípio dessa técnica baseia-se no equilíbrio de partição (absorção) dos analitos entre a fase extratora e amostra, assim como na extração líquido-líquido. No entanto, a técnica SBSE não gera resíduos de solventes orgânicos e não ocorre perda do analito durante o processo de extração. Em contraste ao processo de adsorção, onde os analitos interagem com os sítios ativos presentes na superfície da fase extratora, na extração absortiva os analitos solubilizam na fase sorvente. Conseqüentemente, o volume e a área superficial da fase extratora irão influenciar nas taxas de recuperação da técnica SBSE. (CHAVES & QUEIROZ, 2008)

As vantagens do emprego da fase extratora PDMS podem ser atribuídas às taxas de extração próximas a 100%, alta estabilidade, baixa reatividade e rápida dessorção térmica em temperaturas medianas. Sendo que maiores quantidades de PDMS maior é a eficiência da extração. (CHAVES & QUEIROZ, 2008)

Alguns autores correlacionam o coeficiente de partição da técnica SBSE, com o coeficiente de distribuição octanol/água (Ko/w). Embora, não seja totalmente correto, o coeficiente de distribuição octanol/água de um analito específico nos dá um bom indicativo da eficiência da extração SBSE, quando utilizada a fase extratora PDMS. (CHAVES & QUEIROZ, 2008)

O coeficiente de partição do analito entre as fases PDMS e aquosa (KPDMS/w) é definido como sendo a razão entre a concentração do analito na fase de PDMS (CPDMS) e a concentração do analito em água (Cw), no equilíbrio. Esta razão é igual ao produto entre razão das massas do soluto na fase PDMS (mPDMS) e na fase aquosa (mw) e β, onde β é igual à razão entre o volume da amostra e volume da fase extratora (β = Vw/ VPDMS). (Equação 3)

[pic] Equação 3

2.2.5 Extração com membrana

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No preparo de amostras baseado na extração por permeação em membrana (EPM), Figura 17, o arranjo consiste em um módulo de extração e um módulo de trapeamento, acoplados em série e conectados a um cromatógrafo gasoso. Como mostrado na Figura 18 o módulo de extração tem uma câmara (A) no interior da qual é alojada a membrana tubular (B) de forma que o único contato desta com o material que flui na câmara ocorra pela parede externa da membrana; portanto, a membrana pode ser considerada uma segunda câmara (C). A amostra aquosa ou gasosa, flui pela câmara A enquanto um fluxo de gás inerte passa pela câmara C. O contato da amostra com a membrana permite que compostos orgânicos - os analitos – permeiem seletivamente por sua parede, sendo dissolvidos e transportados pelo gás inerte até o módulo de trapeamento (D). Nesse módulo os analitos são retidos e concentrados, por adsorção e/ou congelamento. Após um intervalo de tempo pré-determinado, cessa-se a passagem da amostra pela câmara A e aquece-se rapidamente o módulo de trapeamento, causando a dessorção do material retido e o seu transporte pelo fluxo de gás inerte para a coluna cromatográfica. (ROCHA, VALENTE & AUGUSTO, 2000)

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Figura 17: Esquema da EPM

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Figura 18: Filtração por membrana

A extração por membrana pode ser dividida de acordo com o tipo de membrana: membranas não porosas, como as de silicone, e membranas microporosas, como as de polipropileno; ou, de acordo com as fases envolvidas: mono, bi ou trifásicas. (ORLANDO et al. 2009)

No caso de uma membrana microporosa a permeação ocorre por difusão direta dos analitos através dos poros da membrana. Para membranas não porosas o mecanismo de transporte dos analitos da amostra para a membrana e desta para a corrente de gás inerte ocorre em três etapas: migração dos analitos da fase aquosa para a superfície da membrana, onde eles são dissolvidos; migração pela parede da membrana, sob gradiente de concentração; e dessorção na outra face da membrana, com dissolução no gás de transporte. (ROCHA, VALENTE & AUGUSTO, 2000)

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2.2.6 Destilação fracionada e por arraste a vapor

A destilação fracionada é empregada quando a diferença entre os pontos de ebulição dos líquidos da mistura é menor do que 80oC. Um aparelho mais sofisticado e um pouco mais de tempo são necessários. A principal diferença no aparelho de destilação fracionada é a presença de uma coluna de fracionamento (Figura 19). O objetivo desta coluna é criar várias regiões de equilíbrio líquido-vapor, enriquecendo a fração do componente mais volátil da mistura na fase de vapor. Na coluna de fracionamento, acontece o mesmo fenômeno: sucessivas destilações são realizadas, e o vapor vai se enriquecendo com o componente mais volátil.

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Figura 19: Coluna de fracionamento

A destilação por arraste de vapor é uma destilação de misturas imiscíveis de compostos orgânicos e água. Misturas imiscíveis não se comportam como soluções. Os componentes de uma mistura imiscível "fervem" a temperaturas menores do que os pontos de ebulição dos componentes individuais. Enquanto ambos componentes da mistura estiverem destilando junto, o ponto de ebulição ficará constante. Portanto, uma mistura de compostos de alto ponto de ebulição e água pode ser destilada à temperatura constante e menor que 100°C, que é o ponto de ebulição da água. O sistema utilizado nesta destilação pode ser observado na figura 20.

O princípio da Destilação por Arraste de Vapor baseia-se no fato de que a pressão total de vapor de uma mistura de líquidos imiscíveis é igual à soma da pressão de vapor dos componentes puros individuais. A pressão total de vapor da mistura torna-se igual à pressão atmosférica, conseqüentemente a mistura ferve numa temperatura menor que o ponto de ebulição de qualquer um dos componentes. (SOARES, SOUZA & PIRES, 1988)

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Figura 20: Sistema de destilação por arraste de vapor

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2.3 ANALITOS EM FASE GASOSA

2.3.1 Purga & Trap

O método purga & trap é empregado na extração de voláteis em matrizes aquosas por meio de um fluxo constante de gás hélio. Os analitos são carregados (purga), passam para a fase gasosa e, a seguir, ficam aprisionados em um material adsorvente, ou trap. Sob aquecimento, os analitos são carregados pelo gás de arraste até o injetor do equipamento analítico.

A coleta de amostras pode ser do ar total ou com separação de contaminantes. A coleta do ar total exige um método de alta sensibilidade, tendo em vista que o contaminante que vem diluído no ar. A análise deve ser realizada o mais rápido possível, pois o contaminante pode permear através das paredes plásticas ou sofrer uma dessorção, perdendo-se parte da amostra. As coletas são por meio de sacos de amostragem, frascos de amostragem, seringas. A coleta com separação de contaminantes fornece o contaminante concentrado absorvido em meio líquido ou adsorvido em meio sólido. A análise também deve ser realizada o mais rápido possível. A coleta é feita por meio de retenção em filtros, absorção em meio líquido, adsorção em meio sólido, condensação de vapores.

Esses amostradores podem ser ativos, utilizam bombas de amostragem para a aspiração da amostra, ou passivos, utilizam a difusão para a coleta dos contaminantes. Alguns exemplos de amostradores ativos são os cartuchos de carvão ativo, para amostragem de vapores orgânicos em geral, e de sílica gel, usado para amostragem de fumos e gases ácidos em geral.

2.3.2 Headspace

Para coleta de gases, o headspace consiste na captura do gás em questão em um vial, no qual é inserido uma microsseringa, retirando parte desse gás coleta, posteriormente inserido no cromatógrafo, como pode ser vito na figura 21.

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Figura 21: Equipamento de headspace

3 DERIVATIZAÇÃO

A derivatização é um processo pelo qual um analito é quimicamente modificado, de modo a torná-lo mais facilmente detectável ou separável. Por exemplo, o formaldeído e outros aldeídos e cetonas presentes no ar, na respiração , ou na fumaça do cigarro, podem ser aprisionados e derivatizados pela passagem do arem um pequeno cartucho contendo sílica gel revestida com 2,4-dinitrofenildrazina. As carbonilas presentes serão convertidas nos derivados da 2,1- dinitrofenilidrazona, que é posteriormente eluído e é facilmente detectado, devido a sua grande absorbância no ultravioleta. (HARRIS, 2008)

Esse processo também pode ser utilizado para transformar substâncias não-voláteis em voláteis, técnica usada na cromatografia gasosa. A derivatização é empregada na cromatografia para alterar o comportamento cromatográfico ou para melhorar a detecção, e envolve modificações químicas de grupos de funções no complexo. Melhorias específicas na volatilidade, estabilidade hidrolítica e térmica, a forma de pico, a resolução cromatográfica, seletividade e sensibilidade de detecção podem ser alcançadas se uma reação de derivatização adequada for usada. O grupos funcionais que podem ser facilmente derivatizada são: alchols, fenóis, acidos carboxílicos, aminas, amidas e tióis. Alguns agentes derivatizantes são: os trimetilsilílicos, benzila, benzoíla. A presença de átomos de halogênio no derivado garante maior sensibilidade e baixo limite de detecção utilizando o detctor captura de elétrons. (STUART, 2003)

Outra aplicação dessa técnica, é na separação de analitos quirais, muito usada na indústria farmacêutica. (AHUJA & RASMUSSEM, 2007)

4 CONCLUSÃO

A preparação de amostras tem como objetivo a remoção dos componentes interferentes das amostras e o enriquecimento seletivo das substâncias a analisar.

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Com o crescimento crescente do número de amostras a analisar, o desenvolvimento de instrumentos de análise de elevado desempenho, os detectores de alta sensibilidade e os avanços na compilação dos dados de medição são de extrema importância.

A miniaturização dos sistemas analíticos tem sido uma convergência predominante na área de química analítica. têm resultado em análises rápidas, baixo consumo de solvente, menor exposição dos analistas aos fluidos biológicos e aos solventes tóxicos, assim como maior precisão analítica e automação das análises.

REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS

TENDINHA, Cristina. “Monitoração de pesticidas em águas para consumo humano”. Segurança e Qualidade Alimentar. N. 7, dezembro de 2009.

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SKOOG, D. A; WEST, D. M; HOLLER, F. J.; CROUCH, S. R. “Fundamentos de química analítica”. 8a ed. São Paulo: Thomson, 2008.

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MARTINES, M. A. U.; DAVOLOS, M. R.; JAFELICCI JÚNIOR, M.. “O efeito do ultra-som em reações químicas”. Química Nova, São Paulo, v. 23, n. 2, Abril. 2000.

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SOARES, B.G.; SOUSA, N.A.; PIRES, D.X. “Química orgânica: teoria e técnicas de preparação, purificação e identificação de compostos orgânicos”. Rio de Janeiro, Guanabara. 1988.

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DIONEX. “ASE 300”. Disponível em: . Acessado em 10 de abril de 2011.

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comentários (1)
cristiane_damasceno
Universidade Estácio de Sá (Estácio)
há 6 meses
Muito interessante esta apostila
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