Extração em Fase Sólida (SPE)

Na década de 70, a extração em fase sólida ou Solid Phase Extraction (SPE) foi apresentada como uma alternativa às técnicas de extração e concentração de analitos em matrizes complexas já existentes. Desde então, a SPE tem sido aperfeiçoada e relatada pela literatura especializada como uma eficiente opção para a determinação de fármacos, hormônios, pesticidas, plastificantes, produtos enxaguantes, dentre outros poluentes orgânicos (PO) em diferentes tipos de amostras ambientais66, 104-108_.

A SPE é comumente utilizada em substituição a outros métodos analíticos, por exemplo, por ser considerada superior à extração líquido-líquido (liquid-liquid extract, LLE), posto que é uma técnica que permite a automação, possui um fator de concentração mais elevado e necessita de um volume significativamente inferior de solventes orgânicos, com efeito, reduz a geração de resíduos tóxicos tanto para o operador quanto para o meio ambiente. Além disso, permite a extração nos próprios locais de coleta, o que otimiza o processo e elimina os custos com o transporte de grandes volumes de amostra104, 109-114.

A separação do analito de interesse da matriz ocorre de forma semelhante à cromatografia clássica, sendo que a solução é percolada através de um sólido, fase estacionária, onde os analitos de interesse ficam retidos. A extração pode ocorrer por diferentes mecanismos, tais como: adsorção, exclusão por tamanho, partição e troca iônica. Portanto, faz-se necessário um conhecimento prévio das propriedades físico-químicas dos compostos alvos para que seja realizada a escolha correta da fase estacionária47, 82, 104, 115-117.

São comercializados cartuchos com diferentes tipos de materiais no recheio e novas composições são pesquisadas e testadas constantemente, com o intuito de melhorar o processo e também extrair os mais diversos tipos de moléculas. Avanços na tecnologia do cartucho têm possibilitado ampliar as áreas para a aplicação da extração em fase sólida118-122_.

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A extração das amostras é feita em cartuchos de extração (tipo seringas) recheados com um material sólido (fase estacionária). Este tipo de extração demanda alguns procedimentos, dos quais os quatro principais são:

Condicionamento do cartucho é uma etapa fundamental, pois a passagem do solvente através da fase estacionária ativa os sítios ligantes e assegura a retenção dos analitos presentes na amostra. Um detalhe importante é não permitir que o cartucho seque, para isso, o mais aconselhável é mantê-lo com um pouco do último solvente do condicionamento. Pois caso o sorvente seque, pode ocorrer trincas no material e gerar caminhos preferenciais, por onde a amostra tenderá a atravessar, afetando o processo de separação.

A adição da amostra corresponde a uma etapa da extração que requer atenção ao fluxo de passagem da amostra, que deve ser contínuo, mas não muito rápido. Segundo o protocolo US EPA Method 1694123, o fluxo deve ser mantido entre 5 a 10 mL/min. Portanto, esta etapa deve ser controlada, visto que a velocidade não deve sofrer variações e o material de empacotamento não pode secar durante a extração para que, assim, sejam obtidos resultados reprodutíveis.

Clean-up é a remoção dos interferentes presentes na matriz e que ficaram retidos na fase

estacionária.

Já a eluição ocorre quando os analitos de interesse são removidos do cartucho pelo solvente selecionado. Sendo assim, a eluição não deve ser realizada de maneira rápida, pois o solvente precisa interagir com o analito apara removê-lo, efetiva e satisfatoriamente, da fase estacionária104, 123, 124.

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Figura 5 – Etapas do processo de extração em fase sólida (SPE): a) Condicionamento do cartucho; b) Extração da amostra; c) Analitos e impurezas retidos no sorvente; d) Clean-up; e) Eluição dos analitos.

Fonte: Elaborada pela autora.

O cartucho utilizado foi Strata-X da Phenomenex® que possui uma fase estacionária composta por um polímero N-vinilpirrolidona com sítios polares e apolares capazes de interagir com diferentes grupos de moléculas. A FIG.6 evidencia estes diferentes sítios destacados em verde.

Figura 6 – Tipos de interações que podem ocorrer entre as substâncias presentes na matriz e os sítios do sorbente: (A) Ligação π-π; (B) Ligação de Hidrogênio e Interação dipolo-dipolo; (C) Interações hidrofóbicas.

Fonte: Adaptada de Phenomenex®125_.

A FIG.6 (A) destaca o anel benzênico que possui pares de elétrons π deslocalizados que podem interagir com elétrons π presentes na estrutura molecular do analito. A FIG.6 (B) mostra o grupo amida em que tanto o oxigênio quanto o nitrogênio, elementos muito eletronegativos, são capazes de realizar ligações de hidrogênio com moléculas de analitos que possuam

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hidrogênio ligado a outros átomos eletronegativos como: flúor, oxigênio ou nitrogênio. A amida é um sítio polarizado e que também pode realizar interações do tipo dipolo-dipolo com sítios polares presentes no analito. Por fim, a região da FIG.6 (C) que é apolar é capaz de realizar interações hidrofóbicas.

Para o processo de extração é necessário um sistema com pelo menos um manifold com uma bomba a vácuo, trata-se de sistema comercializado por diversas empresas, contudo, apresenta um preço elevado que reflete, significativamente, nos custos com insumos de pesquisa.

Diante disso, pesquisadores do Laboratório de Caracterização Molecular e Espectrometria de Massas da Universidade Federal de Ouro Preto elaboraram um equipamento para extração em fase sólida que se destaca pelo baixo custo e pela expressiva repetibilidade. Seu sistema tem como funcionamento básico a utilização de gás nitrogênio para gerar pressão positiva dentro do frasco contendo a amostra e para impulsionar a amostra, de forma ascendente, para o cartucho de extração. A FIG.7 ilustra o aparato desenvolvido por Sanson e seus colaboradores124_.

Figura 7 – Equipamento para extração em fase sólida (SPE) desenvolvido no Laboratório de Caracterização Molecular e Espectrometria de Massas – UFOP

Fonte: Elaborada pela autora.

Cartuchos de SPE

Strata-X

N

Válvula para controle

do fluxo de N

Amostras

Bomba a vácuo

Manifold

Linhas de N

Manômetro

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O sistema permite a extração simultânea de até seis amostras de forma segura, contínua e prática. O fluxo de N2 é utilizado para gerar uma pressão positiva dentro dos frascos com

amostra, provocando a ascensão do líquido através dos tubos em aço-inox para dentro dos cartuchos. É possível controlar a pressão do gás pelo manômetro e assim manter constante a vazão da amostra. A bomba é utilizada, inicialmente, somente para criar vácuo no aparato no qual a SPE é feita124. Tendo em vista suas várias vantagens, este equipamento foi utilizado na presente pesquisa para extração simultânea das amostras.