Tratamento de amostras

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1 Metodologia Analítica II sem/2017 Profa Ma Auxiliadora - 1 Universidade Federal de Juiz de Fora Instituto de Ciências Exatas Departamento de Química Disciplina Metodologia Analítica QUI102 I semestre 2018 AULA 02 Tratamento de amostras (Parte B) Profa. Maria Auxiliadora Costa Matos

2 Preparo de Amostras: ULTRASSOM Metodologia Analítica II sem/2017 Profa Ma Auxiliadora - 2 Ultrassom são ondas mecânicas com frequências superiores a 20 khz, e portanto não audíveis por humanos. Estas ondas mecânicas se propagam através de meios materiais em sucessivos ciclos de compressão e rarefação. Ultrassons f > 2MHz Baixa amplitude Uso diagnóstico clínico. Ultrassons f 2Hz Alta amplitude Podem provocar transformações nos meios submetidos a isonação. Ultrassons 20 khz < f < 1000 khz A sonicação em líquidos leva à agitação e ao aquecimento do meio. Nucleação crescimento colapso Microbolhas Micro jato

3 ULTRASSOM: Cavitação Acústica Metodologia Analítica II sem/2017 Profa Ma Auxiliadora - 3 A cavitação tem início na fase de rarefação das ondas acústica, quando moléculas de gases e vapores presentes no líquido são direcionadas para o interior dos núcleos produzidos pela disrupção do meio (formação da as bolhas) devido abrupta mudança de pressão ocorridas quando uma onda acústica passa da fase de rarefação para de compressão. A microbolha não irá extinguir na etapa de compressão da onda acústica subsequente aquela que levou à formação da cavidade, uma vez que devido ao período da ordem de algumas dezenas de microssegundos, apenas poucas moléculas dos gases contidos na bolha serão expulsas do interior ao serem direcionados para o meio líquido. Nos ciclos subsequentes de rarefação, as dimensões das bolhas aumentaram até atingir seu diâmetro crítico, implodindo no próximo ciclo de compressão. Métodos de preparo de amostras para análise elementar, Krug, F. J & Rocha, F. R. P. SBQ, 2016

4 Pressão Metodologia Analítica II sem/2017 Profa Ma Auxiliadora - 4 EXTRAÇÃO ASSISTIDA POR ULTRASSOM Essas ondas criam uma única vibração, gerando o aumento da pressão do liquido e criando o que chamamos de cavitação. Esse fenômeno é caracterizado pela formação de cavidades, para as quais os gases dissolvidos no liquido migram gerando microbolhas, que durante a sonicação expandem e comprimem seu volume causando aumento de pressão e liberação de calor ao implodirem. + tempo -

5 Metodologia Analítica II sem/2017 Profa Ma Auxiliadora - 5 EXTRAÇÃO ASSISTIDA POR ULTRASSOM Amostras Sólidas O ultrassom em soluções induz o fenômeno de cavitação acústica no meio líquido. Na interface sólido-líquido ocorre, crescimento e implosão de bolhas de cavitação que leva a formação de micro jatos com energia suficiente para causar fragmentação das partículas e aumento da área superficial para extração. Há também o surgimento de fissuras através das quais a solução extratora poderá penetrar no interior das partículas. Há diminuição do gradiente de concentração pelo aumento do transporte de massas ocasionado pela turbulência e micro jatos. Micro jato Banhos Ultrassom: acoplamento de um ou mais cristais piezelétricos na parte inferior de um vaso metálico. Aplicando uma diferença de potencial nas faces laterais de um transdutor piezelétrico, são provocadas vibrações nas faces perpendiculares do dispositivo, e este vibrará a uma frequência pré-determinada (20 e 40 khz).

6 Metodologia Analítica II sem/2017 Profa Ma Auxiliadora - 6 DECOMPOSIÇÃO POR MICRO-ONDAS Micro-ondas são radiações eletromagnéticas, portadoras de energia, com frequências que varia de 300 a MHz. Para fins científicos a usual é 2450 MHz (comprimento de onda 12,2 cm e energia 10-5 ev) e potencia 600 W. O material que absorve a radiação Micro-ondas sofre um grande aumento da temperatura devido à interação da radiação com os íons e solvente provocando migração iônica e rotação de dipolos Micro-ondas não são radiações Migração iônica: os íons se deslocam produzindo fluxo de corrente. O movimento de outros íons no fluxo oposto produz calor, aumentando a temperatura no meio. Rotação de dipolos: as moléculas dipolares se alinham com os polos do campo elétrico alternado gerado pela radiação micro-ondas. Aplicação: -A maioria destina-se a decomposição de amostras orgânicas e inorgânicas. -Extração ionizantes. A energia das microondas é muito menor que a energia necessária para quebrar as ligações das moléculas orgânicas mais comuns.

7 FORNOS DE MICRO-ONDAS Metodologia Analítica II sem/2017 Profa Ma Auxiliadora - 7 Geralmente o preparo de amostras com aquecimento por radiação micro-ondas proporciona de composições mais rápidas e seguras do que aquelas baseadas com aquecimento condutivo. Sistemas monomodos: permitem a formação de ondas estacionárias que possuem a mesma amplitude, mas oscila em diferentes direções. Elevada taxa de aquecimento, cavidade pequena um frasco. Sistemas multimodo liberam a radiação as em uma cavidade que pode utilizar vários frascos de decomposição. Por causa do tamanho da cavidade as taxas de aquecimento e resfriamento são menores que nos sistemas monomodo, mas são os equipamentos mais para sistemas com frascos fechados de decomposição. Sistemas multimodo direcionado permitem a radiação mais homogênea em uma cavidade. Esse modo híbrido resulta em elevadas taxas de aquecimento e de resfriamento (características dos sistemas monomodo) combinada com a capacidade de processamento de diversos frascos de composição (típica de sistemas multimodonomodo).

8 Metodologia Analítica II sem/2017 Profa Ma Auxiliadora - 8 REPRESENTAÇÃO DE SISTEMAS DE MICROONDAS Cavidade monomodo Cavidade multimodo direcionado Fornos multimodos

9 FORNOS DE MICRO-ONDAS Metodologia Analítica II sem/2017 Profa Ma Auxiliadora - 9 Forno Micro-ondas com cavidades A radiação produzida pelo magnetron é transportada através do guia de ondas para a cavidade, sendo dispersa em direções especificas, permitindo maior irradiação da zona próxima a cavidade. Magnetrons Ânodo e cátodo e uma série de cavidades. Ao aplicar alta voltagem são gerados elétrons que entram em ressonância sob influência do campo magnético produzindo oscilações magnetrons. Forno Micro-ondas com cavidades Forno Micro-ondas focalizado Decomposição em frascos fechados (quartzo, vidro borosilicato ou *PTFE 240 C, *PFA 300 a 310 C, *TFM 320 a 340 C ) e sob pressão atmosférica. Uma tampa é adaptada na parte superior impedindo a contaminação pelo ar e permitindo adição de reagentes. * Fluoropolimeros: PTFE - Politetrafluoretileno é conhecido mundialmente pela marca Teflon da Dupont e PFA - Perfluoroalcóixido, Forno Micro-ondas focalizado

10 Metodologia Analítica II sem/2017 Profa Ma Auxiliadora - 10 TRATAMENTO DE AMOSTRAS PARA ANALITOS ORGÂNICOS PURIFICAÇÃO DE EXTRATOS Geralmente análise de amostras complexas com medidas realizadas em equipamentos como UV, HPLC, GC, AA necessitam de várias etapas de tratamento além da medida: Extração; Clean up (eliminação de impurezas); Concentração; Ajuste de condições do meio (ph, força iônica, etc) Ajuste da concentração, volume, etc

11 Metodologia Analítica II sem/2017 Profa Ma Auxiliadora - 11 Clean up Visa eliminar substancias provenientes da matriz que são coextraidas e que podem interferir no método analítico. Evitar interferência; Preservar as colunas cromatográficas; Minimizar operações de limpezas do injetor e detectores em análises cromatográficas. Ex.: micropoluentes orgânicos em águas, solos sedimentos, biota, etc.

12 Metodologia Analítica II sem/2017 Profa Ma Auxiliadora - 12 TÉCNICAS USUAIS PARA CLEAN UP Extração liquido-liquido É baseada na solubilidade relativa dos analitos presentes nas amostras em dois solventes imiscíveis. Extração liquido-sólido Amostra é a fase líquida e a fase extratora é um sólido. Ex. Concentração de compostos orgânicos semivoláteis (demanda emergencial). A SPE baseia-se nos mecanismos de separação da cromatografia líquida clássica (cromatografia líquida de baixa pressão coluna aberta).

13 Polipropileno (grau médico) Metodologia Analítica II sem/2017 Profa Ma Auxiliadora - 13 EXTRAÇÃO EM FASE SÓLIDA (SPE) Técnica de separação baseada nos mecanismos de separação da cromatografia líquida clássica. Fase sólida Reservatório Disco polietileno (20 µm) Mecanismos de separação & Adsorventes mais usado: Adsorção (sílica, alumina, florisil) Partição fase normal (-CN, -NH 2 )e fase reversa (C18, C8, C2, etc) Troca iônica (SO 3 -, N + (CH3)) Exclusão por tamanho (SEPHADEX). A solução contendo a amostra é colocada no topo do cartucho de extração (contem a fase sólida), sendo aspirada com um pequeno vácuo, ou pressionada com uma seringa ou gás. Após a fase líquida ter sido drenada, o analito retido no cartucho é eluido com um pequeno volume de solvente, de forma a obter a solução do analito em concentração apropriada para a análise.

14 Metodologia Analítica II sem/2017 Profa Ma Auxiliadora - 14 PRINCIPAIS ETAPAS EMPREGADAS EM SPE SPE_Manifold

15 MODOS DE OPERAÇÃO EM SPE Metodologia Analítica II sem/2017 Profa Ma Auxiliadora Concentração do analito: Enriquecimento Um grande volume de amostra é passado pelo cartucho, o analito é retido na fase estacionária, eluindo os interferentes e o solvente. Na etapa seguinte, o composto de interesse é eluido com pequeno volume de solvente obtendo-se uma solução concentrada do analito. 2. Isolamento do analito (clean up) O objetivo principal é isolar os analitos de interesse dos interferentes da matriz. Em alguns casos, o analito está presente na amostra em concentração adequada para a análise, porém alguns constituintes da matriz podem interferir na análise. Em alguns casos, o isolamento e concentração da amostra são realizados no mesmo procedimento. Ex. Análise de HPAs em amostras de água potável.

16 MODOS DE OPERAÇÃO EM SPE Metodologia Analítica II sem/2017 Profa Ma Auxiliadora Isolamento do matriz (clean up) Apenas os interferentes da matriz são retidos na fase sólida. O analito elui direto com solvente e é coletado para a análise. 4. Estocagem do analito A amostra é passada pelo cartucho, os analitos são retidos na fase sólida e em seguida são conservados em baixas temperaturas até o momento de eluição. As vantagens deste método são: evitar transporte de grandes volumes de amostras, permitir análise de compostos lábeis ou voláteis, coleta de amostras em locais distante do laboratório de análise. Há necessidade de estudos preliminares sobre estabilidade do analito no cartucho (tempo de estocagem, temperatura, natureza da fase).

17 Metodologia Analítica II sem/2017 Profa Ma Auxiliadora - 17 MICROEXTRAÇÃO EM FASE SÓLIDA (SPME) Técnica baseada na sorção dos analitos por uma fibra de sílica modificada quimicamente com posterior dessorção térmica do analitos em um cromatógrafo a gás. A seringa é utilizada para introduzir a fibra no injetor e para protegê-la enquanto não estiver em uso. Fibras 10 cm (1 a 2 cm recoberto com fase estacionária) Di ext. fibra 170 μm.

18 MODO DE EXTRAÇÃO Metodologia Analítica II sem/2017 Profa Ma Auxiliadora Extração direta: (Volatilidade média a baixa Amostras gasosas, líquidas) O recobrimento da fibra é inserido diretamente na amostra e os analitos são transportados da amostra para a fase extratora. A agitação mecânica é utilizada pra acelerar este processo. Em amostras gasosas, a convecção natural do ar é suficiente para estabelecer o equilíbrio. 2. Headspace: (Volatilidade média a alta Amostras líquidas e sólidas) Os analitos devem ser transportados através de barreiras de ar antes de atingirem o recobrimento da fibra. Este procedimento protege a fibra de possíveis danos causados por interferentes de elevada massa molar ou baixa volatilidade (materiais húmicos), proteínas, etc. Permite modificação da matriz sem danos na fibra (ph). A concentração de equilíbrio independe da localização da fibra no headspace. 3. Extração indireta: (Volatilidade baixa amostras complexas) Membrana protetora sobre a fibra para sua proteção amostras de fluidos biológicos.