Microextracção em fase sólida (SPME)

A microextracção em fase sólida (SPME) é uma técnica relativamente nova, da década de 90, para a extracção e concentração simultânea de analitos presentes numa amostra. As principais vantagens da SPME são a elevada sensibilidade, simplicidade de utilização, rapidez e a não utilização de solventes orgânicos. Todas estas vantagens fazem com que a SPME seja amplamente utilizada em diversas áreas como análise ambiental, solos, água, alimentos, produtos naturais e farmacêuticos e análise clínica (Kataoka et al., 2000; Mester et al., 2001). Esta técnica continua em permanente evolução em relação ao processo de extracção e às aplicações.

A metodologia de SPME consiste na extracção e concentração de um analito directamente da amostra usando uma fase estacionária apropriada. Esta fase estacionária pode estar a revestir diversos tipos de suportes, como as fibras de sílica fundida, as paredes de um pequeno tubo, as paredes de um recipiente de amostragem, a superfície de partículas, um agitador magnético e discos ou membranas (Pawliszyn, 2000). O tipo de suporte usado varia consoante a amostra e o tipo de analito a analisar, assim como o objectivo da análise.

A fibra de sílica fundida é o dispositivo mais usado pois é muito versátil, podendo ser usado em amostras gasosas, líquidas e sólidas, e também se pode facilmente adaptar o equipamento de análise e quantificação dos compostos extraídos. Este dispositivo consiste num suporte, idêntico a uma seringa, em que no interior da agulha está localizada a fibra de sílica fundida (Figura 18). A fibra está revestida por um filme de fase estacionária com uma espessura muito reduzida (máximo 100 µm). Estas dimensões do revestimento da fibra extraem pequenas quantidades de compostos permitindo uma correcta identificação e/ou quantificação e compostos em reduzidas quantidades de amostra (Pawliszyn, 2000).

Figura 18 – Dispositivo de SPME de fibra de sílica fundida (adaptado de Kataoka et al., 2000).

Normalmente o procedimento utilizado para a análise de uma amostra usando a fibra de SPME consiste em colocar a amostra num recipiente fechado com uma tampa contendo um septo, por onde a agulha do dispositivo de SPME perfura. A fibra revestida é exposta à amostra e a extracção dos compostos pode ser realizada de duas formas, por imersão do revestimento da fibra numa amostra líquida ou por contacto com a fase de vapor de amostras sólidas, líquidas ou gasosas. Depois da exposição da fibra durante o tempo necessário para a extracção, esta é retirada do contacto com a amostra e os compostos são desorvidos para posterior separação, identificação e/ou quantificação (Kataoka et al., 2000). A Figura 19 esquematiza um exemplo de um procedimento de extracção por contacto da fibra de SPME com a fase de vapor da amostra e desorção térmica dos compostos extraídos no injector de um cromatógrafo. Esta metodologia de análise da fase de vapor possui a vantagem de permitir, por exemplo, a análise dos compostos voláteis e semi-voláteis dos alimentos que são perceptíveis pelo sistema olfactivo.

A técnica de SPME é um processo baseado em equilíbrios simultâneos em sistemas multifásicos. A transferência dos compostos da amostra para a fase estacionária inicia logo que a fibra é exposta directamente na amostra ou no espaço de cabeça. A extracção dos compostos termina quando a concentração dos compostos atinge um equilíbrio de distribuição entre a amostra e o revestimento da fibra, o que significa que uma vez atingido o equilíbrio a quantidade de compostos extraídos é constante e independente do aumento do tempo de extracção. Em teoria, a transferência de massa num sistema trifásico

Êmbolo Suporte dafibra Agulha de protecção Fibra de sílica fundida

(fibra/espaço de cabeça/amostra) depende dos equilíbrios de partição entre as três fases, dos coeficientes de difusão e das dimensões das fases. No entanto, os sistemas reais são mais complexos pois os compostos podem interagir entre si, com as paredes do frasco e eventualmente com a sílica fundida da fibra (Mester et al., 2001).

Figura 19 – Procedimento de extracção por exposição da fibra de SPME à fase de vapor da

amostra e desorção térmica dos compostos (adaptado de Kataoka et al., 2000).

A selecção do revestimento da fibra de SPME é um procedimento muito importante, pois cada um possui uma eficiência de extracção distinta para compostos de diferentes características físico-químicas, apresentando também limites de detecção e gamas de linearidade distintas (Kataoka et al., 2000). O revestimento da fibra de SPME pode ser líquido ou sólido, possuindo diferentes equilíbrios de extracção, por absorção ou adsorção. Independentemente da natureza da fase estacionária, o processo de extracção começa pela adsorção dos analitos à superfície da fase estacionária e, em seguida, os analitos difundem para o seu interior. Se os coeficientes de difusão forem reduzidos, os analitos permanecerão mais tempo na superfície da fase estacionária, ocorrendo uma extracção por adsorção. Se os coeficientes de difusão dos analitos forem elevados, existe a partição total entre a fase estacionária e a matriz, ocorrendo uma extracção por absorção (Pawliszyn, 2000).

Os revestimentos do tipo adsorvente são formados por sólidos porosos ou com elevada área superficial, onde a extracção é efectuada através da sorção dos analitos aos poros internos, de menores dimensões (microporos, 2-20 Å e mesoporos, 20-500 Å), ou

Amostra Fibra Suporte da fibra Exposição da fibra Colocação da amostra Remoção da fibra Cromatógrafo Desorção térmica Fase gasosa Fase líquida

II

externos, de maiores dimensões (macroporos > 500 Å) e que se encontram principalmente na superfície (Figura 20). A vantagem dos revestimentos adsorventes está relacionada com a maior selectividade, maior limite de detecção e capacidade para a retenção de compostos polares voláteis. No entanto, apresenta algumas limitações quando a concentração dos analitos é elevada, pois pode ocorrer a saturação da superfície disponível para adsorção, o que poderá originar relações não lineares entre a concentração dos analitos na matriz e a quantidade de analitos extraída (Pawliszyn, 2000). Os revestimentos absorventes são formados por polímeros líquidos em que, teoricamente, os analitos podem entrar e sair livremente da fase estacionária (Figura 20). Esta propriedade é uma vantagem importante em relação aos revestimentos do tipo adsorvente, pois apresentam linearidade entre a concentração dos analitos na matriz e a quantidade de analitos extraída para uma gama de concentrações de analitos e interferentes superior (Pawliszyn, 2000).

Figura 20 – Esquema da extracção por absorção e adsorção das fases estacionárias da fibra de

SPME (adaptado de Pawliszyn et al., 2000).

Diversos tipos de revestimentos de fibras de SPME estão disponíveis comercialmente com diferentes polaridades, modos de extracção e espessuras de filme. O tipo de fibra de SPME deve ser seleccionado consoante o tipo de compostos que se pretende analisar. A afinidade de uma fibra para um composto depende da polaridade. Normalmente, fibras

Analito Revestimento Suporte Absorção Adsorção (macroporos) Adsorção (microporos)

com revestimentos polares têm maior afinidade para compostos polares e vice-versa. O revestimento das fibras pode ser um líquido, um sólido cristalino (que se torna líquido com o aumento da temperatura) ou um líquido com partículas porosas. Neste último tipo de revestimento existe um aumento na capacidade de retenção dos compostos devido ao efeito combinado de adsorção e distribuição pela fase estacionária (Kataoka et al., 2000). As espessuras do revestimento da fibra de SPME podem variar de 7 a 100 µm, em que os revestimentos mais finos são mais apropriados para compostos semi-voláteis e os mais espessos para compostos voláteis. As fibras de SPME com revestimentos mais espessos requerem mais tempo para atingir o equilíbrio, mas proporcionam maior sensibilidade devido à grande quantidade de analitos que podem ser extraídos (Kataoka et al., 2000; Mester et al., 2001).

A quantidade de compostos extraídos pela fibra de SPME é também bastante influenciada pelas condições experimentais e pela matriz líquida onde se encontram os compostos. A extracção depende de factores como o tempo, a temperatura de extracção, a agitação, a adição de sal, o volume e a composição da amostra (Kataoka et al., 2000; Mester et al., 2001). O tempo de extracção é principalmente determinado pelo coeficiente de partição do analito entre o revestimento da fibra e a amostra. A temperatura de extracção e a agitação da amostra são importantes para promover a passagem dos compostos voláteis para o espaço de cabeça, diminuindo o tempo necessário para a sua extracção. A adição de sais à amostra melhora a eficiência de extracção devido ao efeito de “salting-out”, pois a saturação da amostra promove também a passagem dos compostos para o espaço de cabeça. A razão entre o volume da amostra e o volume da fase de vapor é também determinante para a quantidade de compostos extraídos, pois influencia os equilíbrios de partição entre as fases. A composição da amostra influencia a extracção devido à interacção que pode existir entre os diferentes compostos que constituem a matriz (Kataoka et al., 2000).

A desorção dos compostos extraídos pela fibra de SPME é também um passo importante do procedimento. Uma eficiente desorção térmica depende da volatilidade dos compostos, da espessura do revestimento da fibra, da temperatura e do tempo de exposição da fibra de SPME.