Vogel: Análise Química Quantitativa
6.2 Técnicas de separação
ordem de ng·kg –1 (partes por trilhão). Em tese, desde que haja amostra
suficiente e uma técnica de pré-concentração confiável, mesmo se a técnica
analítica final não for ultra-sensível, baixos níveis de analito na amostra
ainda podem ser determinados multiplicando-se o valor medido pelo fator
de concentração.
Lembre-se da diferença entre baixas concentrações e pequenas massas,
que nem sempre é explicada claramente pelos fabricantes de equipamentos
quando eles defendem as virtudes de seus instrumentos analíticos mais
modernos. Assim, por exemplo, a técnica de espectroscopia de plasma com
acoplamento indutivo (ICP) é freqüentemente apresentada como tendo
limites de detecção (para determinados elementos) da ordem de μg·kg –1.
Todavia, como é possível que sejam necessários volumes de amostra da
ordem de até 20 ml para uma leitura confiável, a massa de analito
determinada seria, neste caso, da ordem de 20 ng. Por outro lado, a análise
por cromatografia com fase gasosa (GC) utiliza comumente concentrações
de analitos da ordem de μg·g–1 para que os resultados sejam confiáveis.
Como, neste caso, a quantidade de amostra injetada pode ser inferior a 0,1
μl, a massa determinada é de apenas 0,1 ng.
6.2 Técnicas de separação
Para os propósitos deste capítulo, as técnicas de separação podem ser
classificadas em dois grupos principais:
Separações em grande escala (bulk separations) São as separações em
grande escala de dois componentes. Elas incluem a filtração, os
processos que dependem de efeitos térmicos (destilação, evaporação e
secagem), os procedimentos que usam efeitos de solubilidade (extração
com solvente, cristalização e precipitação), a troca iônica, a diálise e a
liofilização. Muitas destas técnicas são manipulações de rotina em
laboratório e foram mencionadas em outras partes deste livro, mas será
útil analisálas em conjunto, aplicadas em um dado experimento, para
poder discutir os méritos de cada uma separadamente.
Separações com instrumentos As separações mais comuns feitas com o
auxílio de instrumentos são as cromatografias (cromatografia com fase
gasosa (GC), cromatografia líquida de alta eficiência (HPLC),
cromatografia em camada fina (TLC), e cromatografia com fluido
supercrítico (SFC)) e as eletroforeses, especialmente a eletroforese
capilar (CE). As quantidades de analito necessárias nestas técnicas,
comumente da ordem de microgramas ou até menos, são
demasiadamente reduzidas para serem visualmente observadas. Assim,
uma boa maneira de distinguir os dois grupos de técnicas de separação é
fazer uma pergunta simples: pode o analito ser visualmente observado?
Em cada caso, são empregados diferentes modos de operação para realizar a
separação que, para os propósitos deste capítulo, podem ser agrupados
como métodos físicos ou como métodos químicos. Como veremos adiante,
as separações em grande escala dependem principalmente de mecanismos
físicos, enquanto as separações instrumentais baseiam-se principalmente em
mecanismos químicos. Existem, porém, numerosas exceções a essa regra
geral. Às vezes, a distinção pelos mecanismos empregados é difícil de fazer.
Assim, por exemplo, mesmo empregadas em larga escala como técnica de
separação, a extração por solvente e a troca iônica são dependentes das
interações solvente–soluto, isto é, das interações químicas. Os leitores
interessados em detalhes dos processos de separação e em uma abordagem
mais rigorosa podem recorrer, por exemplo, ao trabalho de Seader e Henley
[1].
6.2.1 Filtração
A filtração é, à primeira vista, um processo muito simples de separação de
material sólido de uma solução, feito com o auxílio de algum tipo de filtro.
Para muitas tarefas rotineiras do laboratório químico, ainda é o caso. No
entanto, quando a filtração é analisada com mais cuidado, a situação não é
tão simples como inicialmente imaginada. A distinção entre o que é sólido e
o que é líquido, embora clara do ponto de vista teórico, é mais difícil de
definir em termos práticos. Partículas de 0,1 mm de diâmetro médio ou maiores, que são visíveis a olho nu e tendem a se depositar na parte inferior
da solução, são sólidas e podem ser separadas usando papel de filtro em um
funil. As partículas de diâmetro igual a 0,3 μl, porém, são sólidas ou não?
Se usarmos papéis de filtro comum, estas partículas passarão pelos poros do
papel e, portanto, serão consideradas como parte do líquido durante o
restante do experimento.
Como a separação entre o líquido e o sólido depende do tamanho dos
poros do filtro, existe a tendência de se usar membranas com poros muito
pequenos, capazes de reter até alguns colóides e vírus. Isto, contudo, pode
levar a sérias dificuldades na etapa de separação, porque a redução do
diâmetro dos poros da membrana filtrante diminui drasticamente a
velocidade da filtração. Assim, a força da gravidade deixa geralmente de ser
suficiente para a separação em um tempo razoável. A solução, neste caso, é
aplicar uma pressão positiva no topo do vaso de filtração ou, mais
comumente, usar vácuo para fazer a sucção do líquido através do filtro.
6.2.2 Processos que dependem da temperatura
Os processos de separação que dependem de efeitos térmicos são de rotina
em laboratório, mas algumas precauções especiais podem ser necessárias
quando eles são empregados em separações analíticas. A destilação é, às
vezes, usada para este fim. Se a aparelhagem estiver em uma escala
adequada à amostra (e se estiver limpa), a destilação é uma maneira simples
de separar substâncias. A evaporação e a secagem são dois lados de um
mesmo processo — a remoção de um líquido em contato com um sólido.
Quando o analito é uma fase líquida que deve ser separada de uma matriz
sólida, pode-se usar uma aparelhagem bastante simples constituída por uma
fonte de calor e algum tipo de condensador, eventualmente com a ajuda de
um sistema de vácuo, como em um evaporador rotatório. Às vezes, o
processo é levado a cabo sob atmosfera inerte (por exemplo, sob
nitrogênio). Todavia, se o que se deseja é efetuar medidas quantitativas,
então conseguir coletar toda a fase líquida sem que a matriz sólida se
modifique com o aquecimento pode ser um problema sério. Assim, por exemplo, a avaliação do conteúdo de umidade de sólidos não é uma tarefa
trivial. A maior parte das amostras sólidas contém água, e medidas
quantitativas precisas requerem o conhecimento prévio da quantidade de
água existente no sólido ou de que ele esteja seco.
O processo de secagem escolhido depende muito de como a água está na
amostra. A água pode ser não-essencial, isto é, estar retida na matriz sólida
por forças físicas como a adsorção ou estar presa entre as partículas do
sólido ou, em outras palavras, o sólido estar molhado. A água pode, por
outro lado, fazer parte do material como, por exemplo, no caso de um
hidrato sólido como o composto CaSO 4·2H2O. A maior parte das amostras sólidas, mesmo as que não têm água em alguma das formas citadas, estão
em equilíbrio com a água da atmosfera e seu peso muda, ainda que muito
pouco, com a alteração da umidade do ambiente.
Geralmente, no caso de análises mais precisas é ainda de interesse a
padronização da umidade da amostra. Embora longe de ser um método
infalível, o procedimento mais comumente aceito é a secagem até peso
constante em 105°C ou em outra temperatura próxima. Isso significa que as
amostras podem, pelo menos, ser comparadas de uma forma padronizada.
Todavia, no caso de amostras de natureza biológica (inclusive a análise de
alimentos), o processo de aquecimento do material altera sua composição, o
que torna este método de pré-tratamento inadequado. Neste tipo de
situação, são necessários métodos mais delicados, como a homogeneização
da amostra em um liquidificador de alta velocidade para produzir uma lama
ou, ocasionalmente, a secagem sob congelamento. Em todos os casos em
que se declara a quantidade de analito presente em uma dada quantidade de
amostra (matriz), deve-se deixar bem claro como o peso total da amostra foi
determinado.
O processo da análise de vapor em espaço confinado (headspace
analysis) depende da evaporação ou, pelo menos, das diferenças de
volatilidade dos componentes da amostra. Uma porção da amostra, sólida
ou líquida, é colocada em um pequeno frasco selado, sem preenchê-lo
totalmente. A seguir, o frasco é aquecido até temperatura constante. Os
componentes voláteis da amostra passam da fase condensada para a fase gasosa acima da amostra, de onde são extraídos para a análise direta, com a