Extração em Fase Sólida (SPE)

Um grande número de análises cromatográficas que envolvem amostras ambientais complexas requer várias etapas antes da medida da concentração do analito de interesse em um instrumento. Por exemplo: extração; eliminação de impurezas (clean-up); concentração; ajuste das condições (pH); ajuste da concentração e volume.

A etapa de eliminação de impurezas (clean-up) é primordial para eliminar substâncias procedentes da matriz presente no extrato, as quais podem interferir no método analítico. O fato é se caso a impureza não for eliminada, o resultado obtido será falso, uma vez que expressará a soma da absorção do analito de interesse com a absorção do interferente. No caso de análises cromatográficas o clean-up previne a ação de contaminantes da matriz que possam co-eluir com o analito, garante a longevidade das colunas e evita constantes limpezas no sistema de injeção.

Há pouco tempo a extração líquido-líquido (LLE) era a técnica analítica mais empregada no preparo de amostras complexas para análise. Mas pelos grandes volumes de solventes orgânicos utilizados, custo elevado, difícil

automação, baixa repetitividade e reprodutibilidade e em decorrência as várias etapas envolvendo o analito de interesse se tornou um procedimento tediosa. Em meados da década de 1970, visando eliminar essas dificuldades a extração em fase sólida (SPE) foi introduzida (Lanças, 2004b).

A SPE é uma técnica de separação líquido-sólido fundamentada nos mecanismos de separação da cromatografia líquida de baixa pressão. Na prática emprega-se uma pequena coluna aberta, denominada cartucho de extração com fase estacionária. A solução contendo o analito de interesse é colocada no topo do cartucho e aspirada com pequeno vácuo de forma a percolar pelo cartucho. Após a eluição do extrato o analito de interesse é retido no cartucho e eluído com um pequeno volume de solvente, de modo a coletar o analito em concentração já apropriada para análise.

Dentre os principais modos de operação em SPE destacam-se:

a) Concentração do(s) analito(s): Passa-se através do cartucho um grande volume de amostra a fim de aprisionar exclusivamente o analito, deixando passar o solvente e os interferentes. Posteriormente, elui-se o analito de interesse com pequena quantidade de solvente, já bem mais concentrado que na amostra original. Um exemplo da aplicação deste procedimento é em amostras ambientais, em que o analito encontra-se extremamente diluído.

b) Isolamento do(s) analito(s): O objetivo principal é isolar o analito de interesse dos interferentes da matriz. A amostra original pode já ser concentrada o suficiente para a análise por uma técnica apropriada, mas os constituintes da matriz poderão interferir no processo de análise. Por exemplo, em análises com matriz muito complexa, na qual se deseja isolar apenas uma substância dentro de vários compostos químicos presentes. Vale ressaltar que os procedimentos a e b podem ser efetuados em um mesmo procedimento de extração em SPE.

c) Isolamento da Matriz: Neste procedimento o analito de interesse é coletado em um frasco para a análise livre dos interferentes que são retidos no

cartucho. Este procedimento não é utilizado para concentração de amostras, mas apenas para clean-up.

d) Armazenamento da amostra: Empregado para análise de amostras localizadas a grandes distâncias do laboratório. Neste caso os cartuchos são levados até o local de estudo e utiliza-se o procedimento de concentração do analitos descrita acima. Após essa etapa, o cartucho contendo o analito de interesse é armazenado a aproximadamente 4ºC e transportado ao laboratório. A vantagem deste procedimento é evitar o transporte de grandes volumes de amostra quando há necessidade de várias análises, bem como na análise de compostos voláteis e preservação do(s) analito(s) de interesse (Lanças, 2004b).

A FIG.10 apresenta as principais etapas envolvidas na SPE para isolar um ou mais compostos presentes em uma amostra complexa.

FIGURA 10. Desenho esquemático da extração em cartuchos SPE.

Etapas da extração por SPE:

1. Condicionamento do Cartucho: esta etapa destina-se a ativar o material

existente dentro do cartucho com solvente apropriado de acordo com o material a ser ativado. O cuidado é não deixar que o material contido no cartucho seque, a secagem do cartucho pode formar caminhos preferenciais comprometendo a separação.

2. Percolação: nesta etapa o extrato ou amostra de interesse é percolado

sejam reprodutíveis. Idealmente a velocidade de aplicação deve ser lenta, com fluxo inferior a 2mL.min-1. Para pequenos volumes de amostras o processo pode ser realizado somente com o auxílio da gravidade.

3. Clean-up: esta etapa visa eliminar os interferentes cujo solvente não tenha

força suficiente para extrair o analito de interesse da fase estacionária. O solvente ideal é o que pertence à própria amostra, desde que ele não remova também o analito de interesse.

4. Dessorção: nesta etapa a escolha do eluente é fundamental, uma vez que ele deve eluir um ou mais analítos de interesse, mas não permitir a eluição de interferentes que por estarem muito retidos na fase estacionária não foi eliminado na etapa de clean-up. O solvente de eluição deverá ter maior força de eluição que o solvente usado para clean-up.

Mecanismos de separação envolvidos:

As fases sólidas aplicadas em SPE são similares as utilizadas em cromatografia líquida em coluna, bem como os mecanismos de separação. A escolha da fase estacionária apropriada depende da natureza do analito de interesse e da matriz na qual ele se encontra. Os principais mecanismos atualmente utilizados em SPE são: a) adsorção; b) partição (fase normal e reversa); c) troca iônica; d) exclusão por tamanho. Esses mecanismos estão ligados a processos físico-químicos que agem durante a separação, tais como: forças iônicas, ligações de hidrogênio e as interações do tipo dipolos.