Slides_aula6_Extraçao

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30/09/2020
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Profa. Ana Cristi B. Dias
e-mail: acbdias@unb.br
Preparo da amostra - Extração
• Principais objetivos:
– Separação/extração do analito de matriz complexa
– Clean-up da amostra: remoção dos interferentes
Separação
Completa
Separação
Parcial
Extração líquido-líquido - Princípios
• Denominado de extração por solvente
– Transferência do soluto presente em uma fase aquosa para
uma fase orgânica ou vice-versa
– A eficiência da extração depende da afinidade do soluto
pelo solvente de extração, da razão das fases e do número
de extrações.
– Solventes imiscíveis mais empregados:
• Menos densos que água: éter dietílico, tolueno, n-hexano
• Mais densos que água: clorofórmio, diclorometano, tetracloreto
de carbono
• Processo de extração depende do fenômeno de distribuição
de massa do analito/soluto (S) que se distribui entre duas
fases (aquosa e orgânica):
S (fase 1)  S (fase 2)
governado pela constante de equilíbrio (K) ou coeficiente de 
partição:
� = 
���
���
≈
[�]�
[�]�
Extração líquido-líquido - Princípios
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• Processo de extração:
– Soluto S está no solvente 1: água (V1 mL)
– Extraído pelo solvente 2: tolueno (V2 mL)
– Soluto (S): espécie a ser extraída da água com determinado número de 
mols (n)
– Fração de S que permanece em equilíbrio na fase 1 (água): q
– Concentração do soluto na fase 1 = qn/V1
– Fração total de soluto transferido para a fase 2 é (1-q)  concentração 
do soluto na fase 2 = (1-q)n/V2
� =
[�]�
[�]�
=
1 − � �/��
��/��
Extração líquido-líquido - Princípios
• Processo de extração:
– Resolvendo a equação para q:
� =
��
�� + ���
– Fração restante na fase 1 após uma extração (q).
– Fração do soluto que permanece na água depende do
valor do coeficiente de partição e dos volumes de cada
fase.
Extração líquido-líquido - Princípios
• Processo de Extração
– Se as fases são separadas e um novo volume de tolueno é 
adicionado:
� × � =
��
�� + ���
�
– Após n extrações com V2 a fração restante na água:
�� =
��
�� + ���
�
Extração líquido-líquido - Princípios Extração líquido-líquido - Princípios
• Ex. O soluto A distribuído entre o tolueno e a água tem um coeficiente de
partição igual a 3. Suponha que 100 mL de uma solução aquosa de A (Fase
1), de conc. 0,01 M são extraídos com tolueno (Fase 2). Qual é a fração de
A que permanece em fase aquosa se:
(a) For feita uma única extração com 500 mL
(b) Forem feitas 5 extrações com 100 mL cada uma.
�� =
100
100 + (3)(100)
�
= 0,00098 ≈ 0,1%
� =
100
100 + (3)(500) 
= 0,062 ≈ 6,2%
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Aspectos que influenciam a extração
• Solubilidade
• Migração
• Formação das fases
• Tipos de extrator
• Coeficiente de 
partição
• Razão volumétrica 
V1/V2
Estratégias para melhorar a partição (1)
1. Ajuste de pH
– Diferenças de solubilidade e polaridade entre ácidos e
bases conjugadas
100
90
80
70
60
50
40
30
20
10
0
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14
%
pH
���
���
��� = 4,75
Estratégias para melhorar a partição (1)
• Exemplo
– Uma amina neutra (�) possui coeficiente de partição �
entre fases aquosa e orgânica. O ácido conjugado ��� é 
muito mais solúvel em fase aquosa e possui Ka
• Coeficiente de distribuição (�) 
pode ser usado no lugar de 
�� quando analito possui 
mais de uma forma química.
2) Formação de complexo com metais:
– Quelatos, complexos ternários
– Atenção: Alguns ligantes são ácidos ou bases fracas
• EDTA, ditizona, 8-hidroxiquinolina, cupferron, saliciladoxima, etc
Estratégias para melhorar a partição (2)
�� + ��� ⇌ �
� + ���
� �� =
���
� [��]
[��]
��(��)
� + �(��)
�� ⇌ ���(��) � =
[���]
��� [��]�
H2O
CHCl3
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• Extração com ditizona em CCl4
• Em pH 5,0 o Cu2+ é completamente extraído enquanto Pb2+ e
Zn2+ permanecem na fase aquosa
Eficiência na extração de metais Estratégias para melhorar a partição (3)
• Salting-Out
– Adição de sais neutros promove aumento da força iônica 
• Aumenta solubilidade de sólidos 
iônicos em água
– Efeito protetor
• Diminui solubilidade de analitos 
orgânicos em água
– Aumento da hidrofobicidade
Características da LLE
• Vantagens
– Simplicidade
– Número grande de solventes 
disponíveis comercialmente.
• Desvantagens
– Analitos solúveis em água
– Formação de emulsões na 
presença de matéria orgânica
– Grande volume de solvente
• Volume grande de resíduos
• Tóxicos
• Procedimento
– Inserção das fases imiscíveis em 
funil de separação
– Agitação com controle de 
pressão. Repouso
– Retirar fase orgânica em lã de 
vidro e Na2SO4. Repetição
Extração líquido-líquido contínua
• Passagem do solvente pela amostra de forma contínua e exaustiva
Solventes menos densos que a água
Passagem 
do solvente
Gotejamento 
do solvente 
condensado
ciclo
Solventes mais densos que a água
Passagem 
do solvente
Gotejamento 
do solvente 
condensado
ciclo
Sifonamento
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Microextração líquido-líquido dispersiva
• Adição de um solvente extrator e um solvente dispersor
– Mais denso que a água
Extração líquido-líquido em gota única
Extração sólido-líquido
• Analito em amostra sólida é transferido para a fase líquida
– Extração de micronutrientes de solos (suspensão)
– Processamento de café e infusões
• Técnicas mais utilizadas
– Extração Soxhlet
– Extração acelerada com solvente
– Extração com fluido supercrítico
– Extração por ultrassom
Extrator Soxhlet comercial
Extração Soxhlet
• Franz von Soxhlet (1879)
– solvente orgânico sob influência do calor 
(ou pressão) dessorve, solvata e difunde 
analitos da matriz transferindo-os para o 
solvente.
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Extração acelerada com solventes (ASE)
• Extração com fluido 
pressurizado
– Temperatura alta (100-180 oC)
• Aumenta solubilização e difusão 
de analitos orgânicos
• Rompe forças intermoleculares 
entre soluto e solvente 
– Pressão alta (1500-2000 psi)
• Analitos orgânicos permanecem 
liquefeitos acima de seus PE 
aumentando solubilidade.
• Características
– Menor consumo, mais rápido e mais econômico que 
Soxhlet
Extração com fluido pressurizado
• Mecanismo
www.dionex.com.br
Sistema Dionex
Extração em fase sólida -SPE
• Técnica de separação líquido-sólido baseada nos mecanismos
de separação da cromatografia líquida de baixa pressão
• Forma mais simples: pequena coluna aberta (cartucho de
extração) que contém a fase sólida
– Cartuchos lab made
Extração em fase sólida -SPE
50 – 500 mg
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Objetivos da SPE
• Concentração do analito
– Grande volume de amostra e 
pequeno volume de eluente
• Extração do analito
– Analito retido na fase sólida e 
eluido em seguida
• Limpeza da matriz (clean up)
– Interferentes matriciais retidos 
na fase sólida 
• Estocagem da amostra
– Amostragem “in situ”
Cartucho de SPE
Polietileno 
Polipropileno
Vidro
Discos de polietileno
“frit” (20 µm)
Fase Sólida 
Material sorvente
Reservatório
Procedimento básico da SPE
*A etapa de lavagem é a única opcional. Pode ser seguida de etapa de secagem antes da eluição.
Etapas da SPE
• Condicionamento 
– Lavagem inicial do cartucho
– Ativação/disponibilização de grupos funcionais da fase sólida com 
soluções reagentes adequada
• Geralmente solvente orgânico, mistura de solventes ou solventes em 
sequência
– Evita que a fase sólida seque para não ocorrer caminhos preferenciais
• Adição da amostra 
– Volume pré-definido
• Não ultrapassar volume de breakthrough do cartucho
– Vazão promovida e controlada por vácuo ou pressão reduzida
• 2 a 10 mL/min
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Etapas da SPE
• Lavagem
– Eliminar os interferentes
– Adição de solvente que não possua força suficiente para
retirar o analito da fase sólida
• Próprio solvente da amostra, menor concentração salina ou pH ideal para
remoção dos interferentes
• Eluição do analito
– Retirada do analito da fase sólida em pequeno volume de
solvente
• Pré-concentração
– Eluente deve ter maior força de eluição que o solvente de
lavagem
• Tempo de residência deve ser elevado (~1 min)
• Volume total em duas a três partes aumentama eficiência da
extração
Extração com pipeta descartável
• DPX – Disposable Pippette EXtraction
Métodos de eluição Métodos on-line
• Vantagens
– Análise de todo o extrato
– Mínimo manuseio de amostra
– Cartuchos reutilizáveis
– Sem perda de analito por 
evaporação
– Menor consumo de solvente
• Desvantagens
– Difícil aplicação para trabalho em 
campo
– Efeito de matriz e supressão 
iônica em análise por MS
– Custo maior por análise
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Métodos de extração off-line em linha
Sodré FF, Locatelli MAF, Jardim WF (2010) Química Nova 33, 216-219.
Sanson AL, Baeta BEL, Rodrigues KLT, Afonso RJCF (2014) Química Nova 37, 150-152.
Fases sólidas disponíveis
Fase Sólida
Convencionais Seletivas
Materiais de carbono
Sílica
quimicamente ligada
Polímeros porosos
C8
C18
Grafitizado
PS-DVB
PMA-DVB
PVP-DVB
imunossorventes
MIP
RAM
Alumina
• Grande gama de materiais disponíveis para 
inúmeros fins
– Sílica gel, alumina, florisil (silicato de Mg)
– Sílica quimicamente ligada (C8, C18)
– Polímeros (Estireno divinil-benzeno, XAD-2)
– Resinas (catiônicas, aniônicas, não iônicas)
– MIP (“Molecularly Imprinted Polymers”)
– RAM (“Restricted Access Material”)
– Enzimas
– PUF (“poliurethane foam”)
– Reagentes sólidos
– Cascas de arroz, bagaço de cana de açúcar, uva, etc
Fases sólidas disponíveis
www.sichrom.com
• partículas individuais de sílica
• alta resistência e pressão
• baixa vazão
• maior tempo de eluição
• baixa freqüência analítica
• peça monolítica de sílica porosa
• alta vazão
• baixa pressão hidrodinâmica
• menor tempo de eluição
• elevada freqüência analítica
• melhor repetibilidade e eficiência
Tipos de Fase sólida
Colunas com partículas Colunas com monolito
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Monolitos
Monolitos
Mecanismos de separação
• Separação por:
– Adsorção
– Absorção
– Troca iônica
– Exclusão por tamanho
• Processos físicos
– Exclusão por tamanho
• Processos químicos
– Atrações eletrostáticas
– Ligações de hidrogênio
– Ligações dipolo-dipolo
– Ligações dipolo-dipolo 
induzido
– Forças de dispersão (dipolo 
induzido-dipolo induzido)
– van der Waals
Fases sólidas de adsorção
• Sílica gel (SiO2)n – OH
– caráter ácido que permite retenção de compostos básicos,
retenção de H2O, ativação do cartucho a 80 C
• FlorisilMg.Al(SiO4)n
– mais polar e pode provocar adsorção irreversível na separação
de compostos polares
• Alumina (Al2O3)n
– superfície de caráter básico apropriada para retenção de
compostos de caráter ácido
Fases sólidas de adsorção
Si
O
Si
O
Si
O
Si
O
Si
O
Si
O O
O
H
O
H
O
H
H
Ativo Inerte Normal
........... ...........
• Sílica: promove ligações de hidrogênio com o analito
devido a presença dos grupos silanóis (Si-OH)
– Interação da água na superfície do material adsorvente diminui
retenção e reprodutibilidade
– Modificação com grupos polares (CN, diol, NH2)
• Separação de analitos polares em meios apolares
• Interação hidrofílica
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• Diferenças de solubilidade em dois meios, analito
deve ser mais solúvel em um dos meios
– Conceitos de cromatografia:
• Fase normal (FE mais polar que FM)
• Fase reversa (FE menos polar eu FM)
• Fase quimicamente ligada: preparo da sílica com reagentes para
obtenção de grupos funcionais específicos na fase estacionária
Partição
• Isolamento de cátions ou ânions
– Fase sólida: material de suporte onde são adicionados
grupos funcionais ionizáveis
• Trocadores aniônicos: sítios ativos carregados positivamente 
retém ânions
• Trocadores catiônicos: sítios ativos carregados negativamente 
retém cátions
Troca Iônica
-
+
+
-
+
+
• Trocadores iônicos fortes
– completamente ionizados em grande faixa de pH
• SCX (strong cation exchanger): sulfônico [SO3
-]
• SAX (strong anion exchanger): amônio quartenário - N+(CH3)3
• Trocadores iônicos médios e fracos
– grau de dissociação é influenciado pelo pH, capacidade do 
trocador varia em função do pH
• Ácido fraco: carboxílico - COO H / – COO -
• Base fraca: dietilaminoetil – CH2-CH2-N
+H-(C2H5)2
Fases trocadoras iônicas Fases sólidas poliméricas
• Poli(estireno co-divinilbenzeno) – PS-DVB
– Resina polimérica hidrofóbica clássica
– Elevada ASE (500 a 1200 m2/g)
– Estabilidade em toda faixa de pH
– Melhor retenção de analitos polares em comparação à C18
– Intumescimento indesejável
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Fases sólidas poliméricas balanceadas
• HLB (Hydrophilic Lipophilic Balanced)
– Copolímero N-vinilpirrolidona-divinilbenzeno (OASIS™ –
Waters)
• Boa retenção para amplo espectro de analitos
• Mantém retenção mesmo com secagem do leito
• Fase reversa
Fases sólidas poliméricas balanceadas
• Strata-X™ – Phenomenex
• Fase reversa
• Combinadas
 Strata X-A (forte troca aniônica)
 Strata X-C (forte troca catiônica)
 Strata X-C (forte troca catiônica)
 Strata X-CW (fraca troca catiônica)
• Busca eliminar compostos indesejáveis por
mecanismos físicos
• Sephadex
– polímero formado por unidades de glicose e epicloridrina com
tamanho de poros bem controlado
• Selecionando-se o gel adequado e condições experimentais
corretas, mecanismos de troca iônica e adsorção são eliminados
Exclusão por tamanho
• Eliminação de macromoléculas como proteínas
– Superfície da partícula revestida com grupos hidrofílicos que
minimiza a adsorção das proteínas
– Injeção direta de amostras biológicas
RAM (Materiais de acesso restrito)
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• Baseado no mecanismo de reconhecimento
molecular
Molecularly imprinted Polymers (MIP)
Molécula 
Molde (MM): 
analito de 
interesse
(MF): 
moléculas com 
grupos 
funcionais que 
se ligam a MM 
Equilíbrio em 
um solvente 
adequado
MIP
Reagentes 
reticulantes
Lavagem 
com 
HAc/MeOH
Mecanismo MISPE
(APTES-ácido 
metacrílico)
Sacarina
Remoção 
da SAC
Extração/
Adsorção
Reagentes de Ligação cruzada
Mecanismo de extração da SAC
na fase sólida (MISPE)
Monômero 
funcional
Extração com RAM + MIP
• Exclusão + seletividade
K. Boos, C.T. Fleischer, Fresenius J Anal Chem (2001) 371 : 16–20
Guia geral para seleção de Fase Sólida
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Instrumentos automatizados de SPE
Extrator automatizado para discos de SPE
SPE-DEX® 4790 da Horizon Technology Processador de SPE - Auto Extra 
D10
Características SPE
• Desvantagens
– Dificuldade na otimização das etapas
– Muitas opções relacionadas às interações entre analito e 
fase sólida, bem como tipo de solventes
– Grande número de etapas envolvidas (aumenta o erro)
– Custo alto por amostra (depende da fase sólida)
– Etapa de dessorção dificultada
• Vantagens
– Pequeno volume de solvente em comparação a LLE
– Pouco manuseio da amostra
– Facilidade em automação
– Menor tempo de procedimento
Comercial - Oasis - Waters
www.waters.com
Microextração em fase sólida (SPME)
• Sorção dos analitos por uma fibra de sílica modificada
quimicamente com posterior dessorção térmica
– Fibra ótica, de sílica fundida, recoberta com um filme fino
de polímero ou de adsorvente sólido.
– Pode ser usada na inserção direta ou head-space.
– Os analitos presentes na fibra são dessorvidos
termicamente pela introdução do SPMD no injetor do GC.
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Tipos de extração SPME
• Modo direto
– Analitos de volatilidade média e baixa (amostras gasosa e liquidas)
– Mergulhar a fibra na amostra sob agitação e tempo controlado (2 a 15
min);
• Modo “Headspace”
– Volatilidade média e alta (amostras liquidas e sólidas)
– Amostra é aquecida e os componentes voláteis são adsorvidos na fibra
• Parâmetros:
– Revestimento da fibra (FS)
– Temperatura
– Tempo de extração
– pH
– Velocidade de agitação
– Tempo de dessorção
– Fibra ou barras revestidas (SPME)
Formatos SPME
Quím. Nova vol.34 no.9 São Paulo Sept. 2011
Características da SPME
• Vantagens
– Mais simples e mais rápido 
que LLE e SPE;
– Extratos mais limpos
– Não usa solventes para a 
eluição
– Pode ser acomplado à 
sistemas de HPLC/UPLC
• Dessorção por solventes
• Desvantagens
– o analito deve ser volátil 
e termicamente estável 
para análise por CG. 
• Aplicação:– Análise de etanol em 
sangue
– Pesticidas em urina e 
sangue
– Entorpecentes em urina
– Antidepressivos em 
sangue
– BTEX em águas
SPE como amostrador in situ
• Fase sólida preparada com gel de agarose para
amostradores passivos
– Principal vantagem: amostragem representativa simultanemaente
com a extração do analito
DGT