Micro-extracção em fase sólida (SPME)

No final da década de oitenta Pawliszyn e colaboradores introduziram uma nova técnica analítica de extracção, a SPME baseada na sorção dos analitos presentes por exemplo

numa matriz aquosa para uma camada polimérica1,10.

O modo de operação da SPME está ilustrada na figura 3.1. Uma fibra de sílica fundida (1cm em comprimento e um diâmetro interno com 150 µm) revestida com um material

Capítulo 3 Técnicas de Preparação de Amostras

  50

sorvente contendo uma espessura de 5 a 100 µm, está ligada a um êmbolo de aço inoxidável, o qual está inserido num suporte semelhante a uma micro-seringa modificada. O êmbolo movimenta a fibra de sílica fundida para dentro e fora de uma agulha oca. Para utilizar este sistema, o utilizador recolhe a fibra para dentro da agulha, passa a agulha através do septo do frasco de amostragem, faz descer o êmbolo e expõe a fibra no espaço de cabeça (“headspace”, HS) ou mergulha-a na amostra. Subsequentemente, compostos orgânicos são sorvidos pelo revestimento da fibra e após se alcançar o tempo de equilíbrio recolhe-se a fibra para dentro da agulha e retira-se a agulha do frasco de amostragem. Por fim a agulha é inserida no injector do cromatógrafo gasoso ou líquido, onde os analitos sofrem dessorção térmica ou líquida, respectivamente, sendo libertados para a coluna do cromatográfica11.

Figura 3.1 – Processo de extracção e de dessorção no processo de SPME-GC, após amostragem

por HS11.

Na SPME em que a fibra está imersa na amostra, os analitos difundem-se directamente

da matriz da amostra para o revestimento da fibra no qual são concentrados. Sem agitação

da amostra o tempo requerido para alcançar o equilíbrio é limitado pela difusão da fase líquida, pelo que a extracção é geralmente efectuada sob agitação. Na HS-SPME ocorre

partição dos analitos voláteis entre a fase vapor e a matriz da amostra, o que permite

diminuirsignificativamente o tempo de extracção, uma vez a velocidade de difusãoem fase

Técnicas de Preparação de Amostras Capítulo 3  

51 cinética do processo de extracção por HS, uma vez que determina a pressão de vapor dos analitos. Uma das vantagens da extracção por HS é a protecção da fibra dos efeitos adversos causados pelas substâncias não voláteis com elevado peso molecular presentes na matriz das amostras, nomeadamente, proteínas, permitindo ainda modificações na matriz, incluindo ajustes de pH, sem afectar a fibra10.

O transporte dos analitos da matriz para o revestimento da fibra começa assim que esta é colocada em contacto com a amostra. O processo da SPME considera-se completo quando a concentração do analito alcança o equilíbrio de distribuição entre a matriz e o revestimento da fibra. Isto significa que, uma vez alcançado o equilíbrio, a quantidade extraída é constante dentro de limites de erro tolerável. A condição de equilíbrio, a temperatura constante, pode ser descrita através da equação:

s f fs 0 s f fs ext V V K C V V K n   equação 3.2 onde next é a quantidade de analito extraída pelo revestimento da fibra, Kfs é a constante de

distribuição entre o revestimento da fibra e a amostra, Vf é o volume do revestimento da

fibra, Vs é o volume da amostra e C0 é a concentração inicial de um dado analito na amostra.

A quantidade de analito extraída depende da espessura da fibra e da constante de distribuição. A equação 3.2 mostra que existe uma relação de proporcionalidade directa entre a concentração da amostra e a quantidade de analito extraído. No entanto, quando o volume da amostra é substancialmente maior (Vs >> KfsVf), a equação 3.2 pode simplificar-

se:

n

K

V

C

Na equação 3.3, a quantidade de analito extraída é directamente proporcional à concentração na matriz e independente do volume de amostra. Daí que na prática a fibra pode ser exposta directamente no meio a analisar (ar, água, entre outros)1.

O processo de optimização consiste na selecção do tipo e espessura da fibra, optimização do tempo e temperatura de dessorção, optimização do processo de extracção, nomeadamente tempo de extracção, velocidade de agitação, temperatura, modificador do meio, pH e força iónica2.

Um dos aspectos críticos na optimização da SPME é a selecção do tipo de fibra

específica para os compostos com interesse analítico. Actualmente, as fibras disponíveis

apresentam diferentes combinações de revestimento, misturas ou copolímeros, espessura do filme, porosidade, superfície activa de modo a abranger diversasáreas de aplicação. As

Capítulo 3 Técnicas de Preparação de Amostras

  52

fibras comercialmente disponíveis são à base de PDMS, poliacrilato, carboxen-PDMS, carbowax-divinilbezeno, divinilbenzeno-carboxen-PDMS e PDMS-divilbenzeno. Em geral, os revestimentos apolares, como o PDMS, apresentam excelente sensibilidade para analitos apolares, enquanto revestimentos polares como o poliacrilato são mais adequados para a extracção de analitos polares. Os revestimentos mistos proporcionam extracção de analitos com características de polaridade intermédia ou quando os compostos alvo têm uma alargada gama de polaridade.

Esta técnica é caracterizada por elevada simplicidade, baixo custo, facilidade de automatização, pequeno volume de amostra, grande eficiência, redução do tempo de análise, elevada selectividade, possibilidade de pré-tratamento da amostra in situ e, não menos importante, a capacidade simultânea de extrair, concentrar e introduzir na instrumentação os analitos em estudo, sem a utilização de solventes orgânicos2.

Na SPME, as fibras apresentam como vantagem o facto de poderem ser reutilizadas, dependendo, no entanto, do tipo de aplicação a que as mesmas são sujeitas, da complexidade da matriz da amostra, das condições experimentais e cuidados no respectivo manuseamento uma vez serem frágeis, exigindo ainda condicionamento e optimização

antes da respectiva utilização3. Actualmente, apesar da técnica de SPME já permitir

automatização, a grande limitação que apresenta é a reduzida quantidade de fase extractiva utilizada. Consequentemente, a eficiência de extracção de analitos ao nível vestigial em matrizes complexas pode ser drasticamente limitada. Com base nestas considerações, foi recentemente concebida e desenvolvida a SBSE, como técnica inovadora, muito sensível e poderosa no enriquecimento de compostos orgânicos vestigiais em análise

cromatográfica2,3.