Vogel: Análise Química Quantitativa
6.8 Extração com fase sólida
Os cinco mecanismos de separação podem ser aproveitados na fase
líquida. Na fase gasosa (cromatografia com fase gasosa), somente a
adsorção e a partição são possíveis.
6.8 Extração com fase sólida
A extração com fase sólida (SPE) é uma técnica relativamente nova. Na
Seção 5.3.5, esta técnica foi comparada a outros processos usados na
concentração de amostras de água. De concepção (e uso) simples, a
extração com fase sólida e suas variantes tornaram-se rapidamente técnicas
comuns de laboratório analítico para o pré-tratamento de amostras líquidas.
Os reagentes de extração com fase sólida estão disponíveis em muitos
tamanhos, com fases estacionárias que aproveitam quatro dos mecanismos
de separação descritos anteriormente (a extração com fase sólida por
afinidade ainda não está disponível). Como, entretanto, a técnica é muito
versátil e pode ser usada para muitos tipos de amostra, a escolha do
protocolo correto de SPE pode parecer, às vezes, uma tarefa bastante
complicada. Os fabricantes de discos e cartuchos de SPE fornecem
gratuitamente folhetos de aplicação, guias mais detalhados e referências
bibliográficas sobre o emprego de seus produtos [13]. A literatura corrente
também descreve grande número de aplicações [14].
A técnica de extração com fase sólida baseia-se na aplicação dos
mecanismos de separação que vimos na Seção 6.7 a uma coluna (no caso o
cartucho). Se levarmos isto em conta, a escolha de um cartucho apropriado
dentre os muitos disponíveis fica mais fácil. Lembre-se, quando for iniciar o
desenvolvimento de um novo método de análise ou for atualizar um
processo já existente, que, no caso de líquidos (não necessariamente água)
com concentrações muito baixas de analitos em matrizes complexas, vale a
pena considerar o uso da extração com fase sólida para a separação do(s)
analito(s) e da matriz ou para a concentração do analito antes da análise.
6.9 Comparação das eficiências de separação
É essencial poder comparar entre si os vários sistemas usados nas
separações, bem como a composição das fases estacionárias e fases móveis das diversas colunas cromatográficas. Em cromatografia em coluna, a
eficiência é normalmente expressa em termos do número de pratos, N, da
coluna, que é relacionado teoricamente aos pratos teóricos, conceito
primeiramente utilizado por Martin e Synge para explicar a eficiência de
separação na destilação fracionada [15].
O número de pratos teóricos de uma coluna é, para um dado soluto,
N 2 2 = 16( t / w ) ou N = 5,54( t / w )
r r 1/2
onde cada termo está definido na Fig. 6.6. O número de pratos pode ser
aumentado, para uma dada separação, pelo uso de colunas cada vez mais
longas (observe a relação quadrática da fórmula: multiplicando-se o
comprimento por quatro dobra o número de pratos).
Para fins de comparação, é melhor tornar o número de pratos
independente do comprimento usando, por exemplo, a função L/N = H,
onde H é a altura do prato. A razão L/N é denominada altura equivalente de
um prato teórico (HETP). Ela é comumente expressa em metros por prato e
a recíproca N/L, em pratos por metro. A comparação entre uma coluna
capilar de alta eficiência em cromatografia com fase gasosa e uma coluna
de cromatografia líquida de alta eficiência produz alguns resultados
interessantes.
Fig. 6.6 Cromatograma idealizado de um sistema com dois componentes
Propriedade Coluna capilar de GC HPLC 5 μm
Comprimento da coluna L (m) 100 0,125
Número de pratos N 300 000 6000
N/L (pratos/m) 3000 48 000
Altura do prato H (mm) 0/,34 0,02
Os dados mostram claramente que as colunas de HPLC são menos
eficientes do que as colunas típicas de cromatografia com fase gasosa em
termos do número total de pratos, mas são muito mais eficientes em termos
da razão N/L.
Os três termos α, K e N se relacionam pela equação da resolução, Rs,
onde α é a retenção relativa dos dois solutos (α = k1/k2), k é o fator médio de capacidade dos dois solutos e N é o número médio de pratos.
A Fig. 6.7 mostra como estes termos influenciam a resolução. Por
definição, α ≥ 1, logo o gráfico de (α – 1)/α tem valor limite igual a 1.
Observe que a resolução é mais sensível em relação a α quando a função
está próxima de 1, digamos, entre 1 e 2. O gráfico de k/(1 + k) também tem
valor limite igual a 1, porém valores de k entre 1 e 10 podem ser
empregados com sucesso. α e k se relacionam apenas às interações entre o
soluto e as duas fases, portanto, eles só podem ser modificados pela
alteração da natureza ou da composição das fases ou, ainda, da temperatura.
A resolução está relacionada ao fator 1/2 N que, por sua vez, é uma medida do desempenho global da coluna. Portanto, quando a coluna é bem-feita