Aula 2 - Unifal-MG

Preparo de amostras para análise
de compostos orgânicos
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EXTRAÇÃO LÍQUIDOLÍQUIDO (LLE)
Page ▪ 2
EXTRAÇÃO LÍQUIDOLÍQUIDO (ELL)
“Fundamenta-se na distribuição ou
partição de um composto entre dois
líquidos ou fases imiscíveis nos quais
este composto apresenta diferentes
solubilidades”.
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EXTRAÇÃO LÍQUIDOLÍQUIDO:
Ocorre partição dos analitos entre a amostra aquosa e o solvente
extrator orgânico.
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EXTRAÇÃO LÍQUIDO-LÍQUIDO:
Eficiência da extração η
η = K / (K + β)
β = Vam / Vext
Aumento do volume do extrator incrementa a fração extraída de
um analito em um determinado volume da amostra, mas pode
comprometer o efeito de pré-concentração do analito extraído.
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EXTRAÇÃO LÍQUIDO-LÍQUIDO
Escolha do agente
extrator:
- maior compatibilidade
com a ELL: imiscível em
água, baixo ponto de
ebulição e baixa
viscosidade, avaliar a
densidade;
- seletividade: avaliar a
polaridade dos solventes.
Inalterado x Metabólitos
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EXTRAÇÃO LÍQUIDO-LÍQUIDO
Escolha do agente
extrator:
- maior compatibilidade
com a ELL: imiscível em
água, baixo ponto de
ebulição e baixa
viscosidade, avaliar a
densidade;
- seletividade: avaliar a
polaridade dos solventes.
Inalterado x Metabólitos
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EXTRAÇÃO LÍQUIDO-LÍQUIDO:
Miscibilidade
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EXTRAÇÃO LÍQUIDO-LÍQUIDO:
Tipos de solvente
Triagem  Solventes isolados e
mistura de solventes.
Análise direcionada  Solvente
com maior afinidade pelo analito.
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EXTRAÇÃO LÍQUIDO-LÍQUIDO:
Pureza dos solventes extratores:
Adição de agentes estabilizadores, anti-oxidantes,
etc.
Ex: Éter dietílico: 2% de etanol, 2 ppm pirogalol,
1 ppm de butirato de hidroxitolueno para prevenir
a formação de peróxidos...
E mais..
Tipo de agitação (cuidado com a emulsão estável!!!)
Remoção do solvente orgânico
Adição de sal
Efeito do pH
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EXTRAÇÃO LÍQUIDO-LÍQUIDO
Concentração do extrato:
Fluxo de N2  Acelera a
vaporização sem aumento da
temperatura.
O2  Oxidar compostos mais
sensíveis
Obs: Transformar em cloridrato com 50µL de HClc em
metanol.
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EXTRAÇÃO LÍQUIDO-LÍQUIDO
= molécula de água
EFEITO “SALTING OUT”
CH2 CH N
CH3
Na+
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H
H
Cl-
+
NaCl (cloreto de sódio)
CH2 CH N
CH3
H
H
EXTRAÇÃO LÍQUIDO-LÍQUIDO
Efeito do pH
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pKa
EXTRAÇÃO LÍQUIDO-LÍQUIDO
Extração ácida:
pH ácido  substâncias de
caráter ácido prevalecem na
forma não ionizada, lipofílica.
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EXTRAÇÃO LÍQUIDO-LÍQUIDO
INFLUÊNCIA DO pH NA
HIDROSSOLUBILIDADE/LIPOSSOLUBILIDADE
•substâncias de caráter ácido. Ex. ácido 11-nordelta -9-THC-COOH
O
C OH
O
C OH
CH3
CH3
O
C5H11
O
CH3
CH3
O
C O
C5H11
ácido 11-nor-delta 9-THC-COOH
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OH
H+
OH
Forma
nãoionizada
OH-
OH
CH3
CH3
O
Forma
ionizada
C5H11
EXTRAÇÃO LÍQUIDO-LÍQUIDO
Extração básica:
pH básico  substâncias de
caráter básico prevalecem na
forma não ionizada, lipofílica.
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EXTRAÇÃO LÍQUIDO-LÍQUIDO
INFLUÊNCIA DO pH NA
HIDROSSOLUBILIDADE/LIPOSSOLUBILIDADE
•substâncias de caráter básico. Ex. anfetaminas
CH2 CH N
CH3
Anfetamina
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H
H+
CH2
H H
+
CH N
H
CH
3
Forma ionizada
H
OH-
CH2 CH N
CH3
H
H
Forma não-ionizada
EXTRAÇÃO LÍQUIDO-LÍQUIDO
INFLUÊNCIA DO pH NA
HIDROSSOLUBILIDADE/LIPOSSOLUBILIDADE
Cuidado com o zwitterion!!
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EXTRAÇÃO LÍQUIDO-LÍQUIDO
Método
Solvente
orgânico
urina
Drogas/
metabólitos
urina
Agitação
Centrifugação
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Separação da
fase orgânica
extrato
EXTRAÇÃO LÍQUIDO-LÍQUIDO
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EXTRAÇÃO LÍQUIDO-LÍQUIDO
Extração sequencial: melhor eficiência sem prejuízo da préconcentração
Exemplo: extração de 100 mL de solução a 10 g L-1 (K = 50)
Extração simples η = 0,909
Vext = 20 mL; Cext = 45,4 g L-1
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Extração dupla: η = 0,993
Vext = 4 x 5 mL Cext = 49,7 g L-1
obs.  = 100/5 = 20
EXTRAÇÃO LÍQUIDO-LÍQUIDO
Procedimento de ELL para GC ou HPLC
??
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EXTRAÇÃO LÍQUIDO-LÍQUIDO
A
B
Antidepressivos tricíclicos por HPLC
A = sem a extração ELL; B = após ELL
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1 = desipramina; 2 = nortriptilina; 3 = imipramina;
4 = amitriptilina; 5 = PI
EXTRAÇÃO LÍQUIDO-LÍQUIDO
Vantagem:
☺extremamente simples e rápida
Desvantagens:
 grande volume de solventes
 descarte do material
 formação de emulsão
 seletividade sofrível
 efeito de pré-concentração limitado
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Exercício
O gráfico abaixo apresenta a eficiência de extração () de um fármaco em urina em função do pH
da amostra para uma situação especifica de extração. O solvente usado na extração foi
diclorometano.
a) Com base no gráfico, podemos dizer que o fármaco é ácido ou básico? Justifique.
b) Qual seria o provável valor de pKa desse fármaco? Justifique.
c) Sabendo que em pH 7, K = 24,5 e  = 0,98, qual o volume de solvente usado nessa extração?
d) Determine a concentração final do fármaco em 2 mL de solvente extrator e em pH 5, sabendo
que nesse pH, K = 2 e  = 0,80. Adote que a concentração do fármaco na urina é 50 g/L.
e) Qual seria a concentração final do fármaco se a extração fosse feita em pH 5, com duas
repetições e usando 1 mL de solvente extrator em cada uma. Adote que a concentração do
fármaco na urina é 50 g/L.
1,1

1
0,9
0,8
0,7
0,6
0,5
0,4
Page ▪ 25
0
2
4
6
pH
8
10
12
EXTRAÇÃO LÍQUIDO-LÍQUIDO –
VARIAÇÕES NA TÉCNICA
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Extração Líquido – Líquido Contínua
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Extração Líquido – Líquido Assistida por
Suporte ELLAS
Mesmo princípio da ELL
convencional.
Amostra aquosa é aplicada sobre a
superfície da matriz.
Adição posterior do solvente extrator
Vantagens:
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• cartuchos comercialmente
disponíveis,
• possibilidade de automação da
técnica;
• não formação de emulsão;
• opções tamponadas para
garantir ajuste de pH.
Extração líquido-líquido assistida por
pressão
A técnica submete solventes orgânicos a temperaturas acima
de 200 °C e pressões na ordem de 20.000 kPa, suficientes
para garantir a forma líquida dos solventes.
Vantagens:
• aumento de energia de solvatação desses
solventes;
• aumento da velocidade de extração.
Desvantagem:
• só pode ser empregada para analitos
sólidos;
• requer um equipamento similar ao usado
na extração com fluido supercrítico.
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EXTRAÇÃO COM MEBRANAS
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Membranas (IUPAC)
“estrutura que tem dimensões laterais muito
maiores que sua espessura, por onde a
transferência de massas pode ocorrer sob
uma variedade de processos”
Origem grega: “pele fina”
(www.iupac-kinetic.ch.cam.ac.uk)
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Definição de Membrana
▪Barreira seletiva entre dois
meios.
▪Transporte de matéria de
uma fase (doadora) para
outra (aceptora), devido a
uma força: concentração;
potencial elétrico; pressão.
FD
M
FA
FD
M
FA
FD
BOMBA
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ddp
M
FA
Definição de Membrana
PTFE
Classificações das membranas
-porosa (PTFE – teflon)
-não porosa (silicone)
-folha planar
-fibra oca
Transferência de massa controlada pelo gradiente
de concentração de difusão das espécies.
Lei de Fick
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C
J  A.D
l
J – fluxo através da membrana
A – área superficial da membrana
D – coeficiente de difusão
∆C – diferença de concentração entre os meios
l – espessura da membrana
Suportes para membranas
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Membrana suportada entre líquidos
(Supported Liquid Membrane – SLM)
FD
água
Membrana
Solvente
orgânico
FA
água
Fibras mais comuns
PTFE ou polipropileno
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Membrana suportada entre líquidos
(Supported Liquid Membrane – SLM)
The principle of SLM extraction of an acidic analyte A, a basic analyte B, and a
negatively charged species using ion-pairing with a positive carrier dissolved in the
membrane liquid C.
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Membrana suportada entre líquidos
(Supported Liquid Membrane – SLM)
A taxa de transferência de pode ser limitada pela difusão dentro
da fase doadora ou pela transferência através da membrana.
DD e DM influenciam
na velocidade de
difusão.
Se
DD <<DM
Extração controlada
pelo fase doadora.
Se
DD >> DM
Extração controlada
pela membrana.
-DD = difusão na fase doadora (agitar é bom).
-DM = difusão na membrana (se é fina, pouca influência)
-KM/D = partição membrana/fase doadora
-KA/M
= partição fase aceptora/membrana (para forma neutra)
Page
▪ 37
-K’A/M = partição fase aceptora/membrana (para forma ionizada)
Análise online
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Sistema automatizado
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Modificador em SLM –
uso de aditivos
Influência de óxido de trioctil fosfina (TOPO) na extração de ácidos carboxílicos
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Modificador em SLM
EFEITO “SALTING OUT”
CH2 CH N
CH3
Na+
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= molécula de água
H
H
Cl-
+
NaCl (cloreto de sódio)
CH2 CH N
CH3
H
H
Aplicação da SLM
SLM - urina
Injeção direta
urina
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Aplicação da SLM
SLM - água
SLM - urina
Ripivacaina
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Extração Líquido-Líquido com Membrana Microporosa
(Microporous Membrane LLE – MMLLE)
ou
aceptor
FD
água
Solvente
orgânico
Membrana
Solvente
orgânico
Solvente
orgânico
FA
Solvente
orgânico
água
Fibras mais comuns
PTFE (Polytetrafluoroethylene ) ou
polipropileno
doador
(Teflon)
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Page ▪ 45
Page ▪ 46
Page ▪ 47
Aplicação da extração com membranas
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Vantagens
 Seletividade
– membrana;
 Enriquecimento (FPC);
 Baixo consumo de solventes (química verde);
 Automação;
 Acoplamento on-line com técnica de separação.
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Desvantagens
 Efeito
de memória (carryover);
 Muitos experimentos na otimização;
 Estabilidade das membranas (↓lifetime);
 Consumo de tempo para concentrar a amostra.
Page ▪ 50
Técnicas de microextração
líquido-líquido
Page ▪ 51
Microextração em fase líquida com fibra oca
Hollow fiber liquid-liquid microextraction (HF-LPME)
Trends in Analytical Chemistry, Vol. 29, No. 7, 2010, p. 617
Page ▪ 52
FD
água
Água
Membrana
Solvente
orgânico
Solvente
orgânico
FA
Solvente
orgânico
água
Microextração em fase líquida com fibra oca
Hollow fiber liquid-liquid microextraction (HF-LPME)
Page ▪ 53
Microextração em fase líquida com fibra oca
Hollow fiber liquid-liquid microextraction (HF-LPME)
Trends in Analytical Chemistry, V. 22 No. 10, 2003, p. 565.
Trends in Analytical Chemistry, V. 29 No. 01, 2010, p. 1.
PAREDES DA FIBRA IMPREGNADA COM
SOLVENTE ORGÂNICO
FASE ACEPTORA AQUOSA
(a) SISTEMA DE TRÊS FASES
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FASE ACEPTORA ORGÂNICA
(b) SISTEMA DE DUAS FASES
Microextração em fase líquida com fibra oca
Hollow fiber liquid-liquid microextraction (HF-LPME)
micro-seringa para retirada da
solução aceptora
micro-seringa para introdução da
solução aceptora ácida
fibra oca de polipropileno
impregnada com
solvente (x seg)
solução doadora (amostra):
1 mL de plasma
100 µL sol. Alcalinizante
3,9 mL de Água
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agitador magnético: z rpm, y min
Solvente
o-xylene
Page ▪ 56
Explicar resultado!
Page ▪ 57
Page ▪ 58
Isolamento por membrana elétrica
Electro membrane isolation (EMI)
≈3000kV
Importante: pH e campo elétrico
FD
Água (ácido)
Membrana
polipropileno
FA
Água
Ex:
Journal of Chromatography
A, vol. 1157, No. 1–2, 2007,
p. 38–45.
Por que
trabalhar no
equilíbrio??
Page3.▪ Effect
59
Fig.
of time on recoveries in (a) LPME and (b) EMI from small sample compartments (150 μl sample solution in 300 μl micro
glass insert, 25 μl acceptor solution, NPOE as organic liquid).
Microextração em gota única
Single drop microextraction (SDME)
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Microextração em gota única
Single drop microextraction (SDME)
- Processo de transferência de massa depende dos
processos de difusão e convecção entre as fases.
- Difusão é favorecida pela redução da distância
que os analitos devem percorrer .
- Agitação moderada.
- Estabilidade da gota:
-Ausência de partículas;
-Tamanho da gota (1 a 3µL);
-Temperatura (bolhas).
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Microextração em gota única
Single drop microextraction (SDME)
Sistema de duas fases:
- Imersão direta (DI)
- Gota a gota (DD)
- SDME dinâmica
-Com gota não exposta
-Com gota exposta
- Fluxo Contínuo (CFME)
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Microextração em fase líquida (SDME) dinâmica
com gota não exposta
Vai bem com injeção
automatizada em GC.
Fig. 3. Effect of time on recoveries in (a) LPME and (b) EMI from small sample compartments (150 μl sample solution in 300 μl micro
glass▪ insert,
25 μl acceptor solution, NPOE as organic liquid).
Page
63
Microextração em gota única
Single drop microextraction (SDME)
Sistema de três fases:
- LLLME
- Headspace (HS-SDME) aquosa – headspace
- orgânica
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Microextração em gota única
Single drop microextraction (SDME)
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Microextração em gota diretamente suspensa
Directly suspended dropled microextraction
(DSDME)
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Microextração em gota sólida
Solidification of floating drop microextraction
(DSDME)
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Microextração em fase líquida dispersiva
Dispersive liquid-liquid microextraction (DLLME)
.
O objetivo é favorecer a partição dos analitos entre
o solvente extrator e o solvente dispersor.
Requisitos: o solvente dispersor é miscível na fase
aquosa (amostra) e no solvente extrator (fase
orgânica). EX: MeOH, EtOH, THF...
LLE: requer sucessivas etapas de extração.
DLLME: uma única etapa é satisfatória
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Microextração em fase líquida dispersiva
Dispersive liquid-liquid microextraction (DLLME)
Solvente extrator mais denso que a água.
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Microextração em fase líquida dispersiva
Dispersive liquid-liquid microextraction (DLLME)
Requisitos do solvente extrator:
- A solubilidade na fase aquosa deve ser baixa, para
garantir satisfatória recuperação dos analitos.
-
Deve ser compatível com a técnica analítica, para evitar
procedimento de secagem e redissolução.
-
Favorecer
solution).
-
Deve ter baixa pressão de vapor e temperatura de
ebulição para evitar perdas.
Page ▪ 70
a formação das
micro gotas (cloudy
Microextração em fase líquida dispersiva
Dispersive liquid-liquid microextraction (DLLME)
Solvente extrator menos denso que a água.
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Microextração com barra com solvente
Solvent-bar microextraction (SBME)
Vantagens??
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