EXTRACTIA PE FAZA SOLIDA

1. INTRODUCERE

Incepand cu deceniul al saptelea, alaturi de extractia lichid-lichid, ca tehnica curenta in prepararea probelor, a fost introdusa extractia pe faza solida sau extractia cu sorbanti .

Extractia pe faza solida s-a dezvoltat in patru variante :

pe cartus sau microcoloana cu sorbant - solid phase extraction (SPE),

pe discuri de extractie (SPE Discs)

pe fibra de silicagel fuzibil acoperita cu un sorbant, tehnica fiind cunoscuta sub numele de microextractie - solid phase microextraction (SPME),

pe bara magnetica acoperita cu sorbant - twister sau stir bar sorbtive extraction (SBSE).

Extractia pe faza solida este o metoda de extractie a compusilor organici ce se bazeaza pe adsorbtia componentilor pe o faza stationara solida. Procesele elementare de echilibru sunt identice cu cele intalnite in cromatografia de lichide, extractia pe faza solida putand fi considerata ca o cromatografie care se desfasoara pe o microcoloana numita cartus de extractie. Extractia pe faza solida este utilizata atunci cand se urmareste [5]:

concentrarea sau imbogatirea urmelor de compus analizat;

fractionare a diferitelor clase de compusi;

indepartarea interferentilor si a compusilor care pot impiedica analiza cromatografica - purificare.

In comparatie cu extractia lichid-lichid, extractia pe faza solida prezinta o serie de avantaje. Astfel, extractia pe faza solida poate fi aplicata oricarui tip de proba, lichida sau solida, care poate fi adusa in solutie, componentii fiind extrasi, indiferent de natura lor, cu conditia unei selectii adecvate a sorbantului.

Marele avantaj al extractiei pe faza solida este ca, indiferent de polaritatea (natura) probei, cele doua faze nu sunt miscibile, fiind vorba de un solid - ca faza stationara, care desigur nu poate fi miscibil cu un lichid - solventul probei [6].

Pentru o singura procesare, gradul de extractie al acestei tehnici este mult mai mare. In vederea atingerii unui grad de extractie mai mare de 90% extractia lichid-lichid presupune 2-4 extractii succesive. Datorita echilibrelor multiple care au loc in cazul extractiei pe faza solida o singura procesare poate asigura retentia totala a componentului din matricea probei. Gradul de extractie este de asemenea mare si datorita evitarii pierderilor de substanta asociata emulsionarii.

De asemenea, fiind posibila retinerea componentului din volume mari de probe urmata de elutia acestora in volume mici de solvent se obtin factori de preconcentrare mari, realizandu-se astfel si detectia componentilor in solutii foarte diluate, chiar ppb.

marirea selectivitatii extractiei pe faza solida in raport cu extractia lichid - lichid se poate realiza pe de o parte prin alegerea fazei stationare potrivite componentului analizat si pe de alta parte prin optimizarea conditiilor de adsorbtie si elutie.

In general, este bine stiut ca etapa de pregatire a probelor pentru analiza poate introduce erori grosolane, datorate unor operatii manuale. Acest neajuns poate fi evitat prin automatizarea procesului, extractia pe faza solida pretandu-se perfect acestui mod de exploatare.

In fine, dar nu in ultimul rand, trebuie spus ca extractia pe faza solida este o tehnica rapida si simplu de aplicat, extractul fiind usor de colectat si liber de suspensii, de cele mai multe ori gata de introdus in aparatul de analiza.

Unul dintre avantajele mai putin amintite in literatura de specialitate este faptul ca, in anumite cazuri, compusii sunt mult mai bine conservati adsorbiti pe sorbant decat in proba originala. Faptul poate fi explicat prin limitarea degradarii microbiene, evitarea hidrolizei si fotolizei [7, 8

Un dezavantaj al extractiei pe coloana este limitarea debitului si posibilitatea aparitiei fenomenului de tunelare [9]. Debitul este limitat din cauza raportului mic dintre sectiunea transversala si lungimea patului de sorbant, respectiv masa sorbantului. Acest fapt are ca efect cresterea timpului de procesare. Tunelarea este cauzata de neuniformitatea patului de sorbant datorat atat particulelor de marimi diferite ale sorbantului cat si procesului de umplere neuniforma a cartuselor. Fenomenul de tunelare are ca efect o retinere partiala a componentului, chiar in conditiile in care capacitatea sorbantului nu este depasita. Pentru a elimina eventualele pierderi, de regula se utilizeaza sorbant in exces. Acest exces de faza stationara atrage dupa sine o cantitate mai mare de material nespecific (compusi din matrice) introdus in instrumentul analitic, ceea ce face dificila detectia la ppt.

O problema care se ridica in cazul extractiei pe cartus este posibilitatea impurificarii extractului cu compusi din cartus ca alcani, alchene, plastifianti, antioxidanti [10-12].

SORBENTI UTILIZATI IN EXTRACTIA PE FAZA SOLIDA

Extractia pe faza solida utilizeaza aceleasi tipuri de faze stationare ca si cromatografia de lichide, dar granulometria particulelor de adsorbant este mai mare 40 - 60mm. In urma unor studii realizate [13, 14] cel mai utilizat adsorbant pentru extractia pe faza solida este Si-C18 (Fig.1.).

Figura 1. Sorbanti utilizati in extractia pe faza solida 1-C18; 2-C8; 3-Ciclohexil; 4-C4; 5-C2;      6-C1; 7-Fenil; 8-Diol; 9-Amino; 10-Ciano; 11-Cationit; 12-Anionit; 13-Polimeri; 14-Afinitate; 15-Adsorbanti specifici; 16-Alumina; 17-Florisil; 18-Silicagel; 19-Alti sorbanti.

Sorbantii utilizati in extractia pe faza solida sunt particule de solid avand marimea cuprinsa intre 15-100 microni si forma neregulata. Aceste caracteristici permit o curgere rapida a solventului prin patul de adsorbant in conditiile unei mici suprapresiuni sau vid (10-15 psi). Costul acestor faze este net inferior celor utilizate in cromatografia de lichide de inalta performanta.

In ultima perioada in locul fazelor cu utilizare generala au fost introduse faze cu selectivitate crescuta, specifice unei clase de compusi sau destinate unui anume scop [15]. De asemenea au fost introduse intr-un numar mare fazele polimerice, care pot fi exploatate in conditii mai dure si au capacitatea mai mare decat cele cu suport de silicagel.

Alegerea tipului si a cantitatii de adsorbant utilizat se face in functie de natura componentului ce urmeaza a fi retinut si de matricea probei. Pentru probe cu matricea incarcata se aleg cartuse cu masa mai mare de adsorbant. Cu cat adsorbantul este mai selectiv, cu atat masa acestuia scade.

Capacitatea unui sorbant este definita ca fiind masa totala de component adsorbit care poate fi retinuta de unitatea de masa in conditii optime. Capacitatea diferitelor sorturi de silicagel modificat variaza intr-un domeniu cuprins intre 1 - 5% din masa sorbantului. Pentru schimbatorii de ioni capacitatea este data in mEg (mili echivalent gram) raportat la unitatea de masa. Cand se alege cantitatea de sorbant necesara unei extractii trebuie sa se ia in considerare atat capacitatea corespunzatoare componentului cat si a componentilor interferenti din matricea probei care pot fi coretinuti, astfel incat componentul analizat sa fie total retinut. in cazul in care matricea este incarcata se aleg cartuse cu un continut mai mare de sorbant. Odata insa cu cresterea cantitatii de sorbant creste si volumul necesar elutiei componentului urmarit, fapt ce atrage dupa sine obtinerea unor solutii finale mai diluate. In cazul in care tehnica de analiza finala necesita solutii mai concentrate (se poate recurge si la evaporare la sec cu reluare intr-un volum mai mic dar pot sa aiba loc pierderi de component), se alege un alt sorbant cu selectivitate mai mare pentru componentul urmarit.

Selectivitatea este abilitatea sorbantului de a deosebi moleculele componentului de cele ale altor componenti din matrice. Selectivitatea extractiei este functie de trei factori : structura chimica a componentului, proprietatile sorbantului si compozitia matricii. Selectivitatea maxima este atinsa atunci cand sorbantul este astfel ales incat sa interactioneze cu acele grupe functionale ale analitului care nu sunt comune cu ale altor componenti din matrice. In aceste conditii numai componentul urmarit va fi retinut pe sorbant iar ceilalti componenti ai probei vor trece, nefiind retinuti.

3. ETAPELE EXTRACTIEI PE FAZA SOLIDA

La o prima vedere suntem inclinati sa consideram extractia cu adsorbanti ca o tehnica universala [16-18], potrivita pentru orice component si tip de proba lichida, deosebit de simplu de realizat

Aici trebuie subliniat faptul ca problematica ridicata de aceasta tehnica este deosebit de variata, tocmai datorita complexitatii proceselor care au loc, extractia pe faza solida putand fi inclusa in tehnicile cromatografice. Este evident ca toate procesele vor fi influentate de raportul de forte angajate in diversele tipuri de interactiuni care se pot dezvolta: component-sorbant, component-matrice, matrice-sorbant, si deci pe langa o cunoastere adecvata a tuturor fenomenelor mai este necesara o activitate laborioasa de optimizare a etapelor procesului de extractie. Odata insa stabilit protocolul de extractie aceasta tehnica ofera avantaje incontestabile.

Extractia pe faza solida are la baza cel putin patru etape (Fig.):

conditionarea sorbantului, constand din doua procese: activarea si spalarea;

aplicarea probei este etapa in care componentul de interes este retinut pe suprafata sorbantului;

spalarea cartusului in vederea interferentilor adsorbiti nespecific, odata cu componentul;

elutia analitului.

Figura Etapele extractiei pe faza solida, a) conditionarea, b) aplicarea probei si retinerea componentilor, c) spalarea componentilor adsorbiti nespecific (indepartarea interferentilor), d) elutia componentului de interes.

3.1. Conditionarea

Adsorbantii SPE functioneaza corect numai daca suprafata umpluturii este perfect curata si umectata, scopul conditionarii fiind chiar acela de a pregatii sorbantul pentru adsorbtia in conditii optime a componentului de interes [19].

Umectarea suprafetei se face prin trecerea unui solvent de umectare realizandu-se astfel o stare de echilibru intre sorbant si solvent. Solventul de conditionare trebuie sa aiba urmatoarele proprietati:

sa fie un solvent slab,

sa fie compatibil cu adsorbantul,

sa indeparteze toate impuritatile adsorbite pe suprafata adsorbantului,

sa fie miscibil cu solventul utilizat in pasul urmator.

In cazul adsorbantilor nemodificati (florisil, silicagel, alumina) dupa umezire porii se umplu cu solvent iar pe suprafata adsorbantului se formeaza un film de solvent. Ca solvent de conditionare se utilizeaza hexan sau izo-octan.

Silicagelul chimic modificat este conditionat cu acetonitril sau metanol daca proba este apoasa (extractie cu faza inversa, RP-SPE) si hexan sau izo-octan daca proba este de natura organica (extractie cu faza normala, NP-SPE).

La nivel microscopic, adsorbantii de silicagel chimic modificat se pot compara cu o "padure" de grupari functionale ancorate printr-un sistem de "radacini" siloxanice de suportul de silicagel (Fig.3.a.), lanturile alchil fiind "impletite" intr-un mod absolut aleator, rezultand o arie a suprafetei de contact variabila. Sub aceasta forma neconditionata suprafata silicagelul modificat nu este propice retentiei componentului din matricea lichida. La trecerea prin patul de sorbant a unui solvent polar cu molecule mici (metanol, acetonitril, cloroform, acetona, acetat de etil, clorura de metilen) are loc procesul de solvatare solvatarea, cand aceste molecule patrund printre lanturile alchil si interactioneaza cu acestea prin intermediul legaturilor van der Waals. Prin intermediul gruparii polare interactioneaza cu substratul de silicagel. Ca urmare a acestor interactiuni lanturile alchil vor adopta o pozitie rigida, perpendiculara pe suprafata suportului (Fig.3.b). Astfel suprafata de contact sorbant-proba va fi maxima si constanta, ceea ce se reflecta in obtinerea unor rezultate reproductibile.

Figura 3. Solvatarea lanturilor alchil. a) sorbant neconditionat; b) sorbant conditionat.

Conditionarea schimbatorilor de ioni se realizeaza cu solutii apoase de sulfat de sodiu pentru anioniti si clorura de calciu pentru cationiti. Daca rasina trebuie echilibrata mai multe ore se recomanda inchiderea coloanei la ambele capete pentru evitarea pierderii solventului sau adsorbtiei unor compusi din atmosfera. Excesul de solvent de conditionare este indepartat prin spalare cu un solvent asemanator cu mediul de dispersie al probei.

Practic conditionarea se executa prin trecerea prin patul de sorbant a solventilor de solvatare (unul sau mai multi, aplicati succesiv), dupa care se spala cu apa sau cu mediul de dispersie al probei din care se realizeaza retentia componentului. Volumele difera de al autor la autor, de la cateva volume moarte pana la cativa mL.

Pe parcursul conditionarii nivelul solventului nu trebuie sa ajunga sub nivelul fritei superioare si sa se produca desolvatarea sorbantului respectiv patrunderea aerului in patul de sorbant. Daca acest lucru s-a intamplat atunci conditionarea se repeta.

In cazul in care se urmareste si curatarea sorbantului de diferite impuritati, se utilizeaza un solvent tare care este apoi indepartat cu unul mai slab.

In cazul utilizarii hexanului sau i-octanului nu este necesara utilizarea presiunii pentru ca solventul sa treaca prin patul de sorbant, pentru ceilalti solventi mai vascosi se utilizeaza vacuumul.

Deosebit de important este volumul de solvent de spalare. Volumul acestuia este optimizat astfel incat moleculele de solvatare sa nu fie total indepartate. In cazul probelor de volum mare (apa), care de regula duc la desolvatarea sorbantului (practic aceasta se observa prin scaderea dramatica a debitului) in proba se adaoga solventul de solvatare in proportie mica (1-5%).

Deoarece o parte din moleculele de lichidului de solvatare raman pe sorbant performantele adsorbantilor conditionati cu diferiti solventi vor fi diferite.

3. Retentia

Introducerea probelor respectiv adsorbtia componentilor pare sa fie cel mai simplu pas, insa in aceasta etapa pot aparea probleme importante care influenteaza capacitatea de retentie [20].

Cand o proba este trecuta prin patul de sorbant componentii prezenti pot sa treaca sau sa fie retinuti pe suprafata acestuia, functie de interactiunea relativa component-sorbant raportata la component-matrice. Retentia este influentata de trei factori: natura componentului, natura matricei si natura sorbantului. Retentia unui component dat va fi diferita pentru adsorbanti si matrici diferite.

Pentru a selecta conditiile optime de procesare a probei sunt necesare cunoasterea proprietatilor de retentie a componentilor analizati pe sorbantul utilizat in prezenta fazei mobile caracteristice probei. Tinand cont ca extractia se realizeaza conform unei analize frontale si ca patul de sorbant este scurt, nu ne putem astepta decat la un numar mic de talere teoretice. Astfel, cantitatea retinuta va fi influentata nu numai de natura sorbantului ci si de proprietatile cinetice ale acestuia.

Interactiuni ce influenteaza procesul de retentie

Retentia pentru un compus dat trebuie privita ca suma a trei interactiuni competitive (Fig.4.) [21]:

component-sorbant,

component-matrice,

matrice-sorbant.

Interactiunea component - sorbant

Intre component si sorbant pot sa se realizeze diferite tipuri de interactiuni [22]. Energia acestor legaturi este data in tabelul 1. iar figura 5. prezinta schematic cateva dintre acestea.

Figura 4. Interactiuni posibile intr-un sistem de extractie pe faza solida.

Tabelul.1. Energia diferitelor tipuri de interactiuni component-sorbant.

Mecanismul de adsorbtie pe suprafata sorbantului este guvernat de interactiunile dintre component si centrii activi de pe suprafata acestuia. Se poate constata ca cele mai stabile legaturi, cu energia cea mai mare, sunt legaturile covalente. Totusi in extractia pe faza solida acestea nu sunt implicate, deoarece elutia componentului s-ar realiza greu. Astfel, alegerea sorbantului potrivit trebuie sa fie un compromis intre retentie si elutie.

Fig. 5. Tipuri de interactiuni component - sorbant a) nepolara, b) dipol-dipol si punte de hidrogen, c) electrostatica

Interactiunile nepolare sunt acelea care se realizeaza intre gruparile ch ale sorbantului si gruparile CH ale componentului urmarit. Aceste forte sunt cunoscute ca forte van der Waals sau forte de dispersie. Deoarece majoritatea compusilor organici au grupari nepolare in structura lor acest tip de interactiuni este implicat cel mai des in retinerea componentilor.

Silicagelul nemodificat nu este capabil de interactiuni nepolare. In cazul adsorbantilor polari datorita faptului ca gruparile functionale sunt legate de substratul silicic prin lanturi de carbon de diferite lungimi (distantori), este posibila realizarea legaturilor nepolare intr-o masura mai mare sau mai mica .

In cazul aplicatiilor in care este necesara retinerea unui numar cat mai mare de componenti cu structura diferita, cum ar fi probele de mediu se prefera un sorbant nepolar, respectiv un mecanism de retentie hidrofob.

Interactiunile nepolare dintre sorbant si component sunt facilitate de catre medii foarte polare. Solventii polari nu sunt capabili sa rupa fortele de dispersie a interactiunii nepolare. Cel mai bun exemplu de solvent care faciliteaza interactiunile nepolare este apa. Aceste interactiuni pot fi distruse de solventii cu un anumit grad de nepolaritate. Pentru multi compusi chiar un solvent organic polar cum ar fi metanolul este suficient pentru a produce elutia. Pentru componenti cu caracter nepolar pronuntat trebuie utilizat un solvent ca C₆H₁₄ sau CHCl₃.

Interactiunile polare includ legaturi tip: punti de hidrogen, dipol-dipol, dipol indus-dipol, p p etc. Grupe care exercita aceste tipuri de interactiuni includ grupari hidroxil, aminice, carbonilice, inele aromatice, sulfhidrice, legaturi duble si grupari continand heteroatomi cum ar fi O, N, S si P.

Datorita gruparilor polare (silanol libere) de pe suprafata silicagelului, interactiunile polare sunt caracteristice, intr-o masura mai mare sau mai mica, tuturor tipurilor de silicagel modificat, mai ales celui nemodificat. Interactiunile polare secundare ale silicagelului se manifesta cel mai puternic in medii nepolare.

Legatura de hidrogen este una din cele mai importante interactiuni polare. Aceasta are loc intre o grupare care contine H legat de un atom electronegativ cum ar fi O si N. Gruparile hidroxi si amino formeaza cel mai frecvent astfel de legaturi.

Interactiunile polare dintre adsorbantii polari si diferiti compusi polari sunt facilitate de solventi nepolari, deoarece acestea nu pot fi usor rupte de catre moleculele nepolare ale solventului, mai mult constanta dielectrica mare stabilizeaza complexul component-sorbant. Invers, in cazul in care solventul este unul polar, apare o interactiune competitiva solvent-sorbant, care daca este suficient de puternica poate duce chiar la desorbtia componentului. De asemenea o forta ionica mare va distruge interactiunile polare, realizandu-se si in acest caz echilibre competitive, de aceasta data intre component si matrice.

interactiunea ionica este ce-a de-a treia clasa de interactiuni utilizata in extractia cu adsorbanti. Legatura se realizeaza intre gruparile purtatoare de sarcina ale moleculelor de component si un sorbant incarcat cu sarcini opuse acestora.

In vederea retinerii efective a unui compus prin mecanism de schimb ionic trebuie indeplinite doua conditii:

pH-ul solventului si a matricii trebuie sa aiba acea valoare pentru care atat sorbantul cat si componentului sa fie incarcati din punct de vedere electric,

atat matricea cat si solventul nu trebuie sa contina in concentratii mari, specii ionice puternic competitive (de aceeasi sarcina) cu componentul.

In practica, pentru a aduce toate gruparile in treapta de ionizare totala, pH-ul trebuie sa fie cu cel putin 2 unitati de pH sub pK_a -ul cationitului si cu cel putin 2 unitati peste pK_a anionitului. In acest caz peste 99% din grupari vor fi ionizate.

Forta ionica este de asemenea un factor important in procesul de schimb ionic. Deoarece schimbul ionic este un mecanism de competitie retentia compusului urmarit este functie de numarul de molecule ionice care pot interactiona cu gruparile sorbantului. O forta ionica mica favorizeaza absorbtia componentului pe sorbant iar o forta ionica mare deranjaza acest proces.

Pe langa procesul principal de retentie intre component si centrii activi pot avea loc si alte tipuri de interactiuni. In cazul in care faza stationara este de C8, componentii polari (NH₂) pot interactiona cu gruparile silanol ramase nemodificate si neecranate total de lantul alchil. Un alt exemplu ar fi in cazul schimbatorilor de ioni, pentru care pot exista atat interactiuni de schimb ionic cat si interactiuni intre scheletul hidrofob al schimbatorului de ioni si partea nepolara a componentului. Acest tip de interactiune este denumita interactiune mixta sau multipla. Este necesar sa se sublinieze ca aproape toti adsorbantii prezinta astfel de interactiuni.

Interactiunile component-matrice

Impactul matricei asupra adsorbtiei componentului de interes se poate manifesta in diverse moduri afectand pozitiv sau negativ retentia, functie de mecanism. In optimizarea unei extractii pe faza solida trebuie luate in considerare proprietatile matricei. In primul rand se iau in considerare acei factori care afecteaza retentia : pH-ul, caracterul polar sau nepolar, forta ionica etc. De cele mai multe ori eliminarea influentelor nedorite se poate realiza printr-o simpla dilutie.

Un al doilea punct de vedere se refera la realizarea legaturilor propriu-zise component - matrice. Aici exista doua cazuri, primul referindu-se la formarea legaturilor de natura chimica cum ar fi legaturile proteice dintre medicamente si proteine iar al doilea cand componentul este adsorbit (interactiuni de natura fizica) pe diverse particule solide din proba (suspensii). In ambele cazuri sunt inregistrate erori negative. In primul caz complexul proteina - component nu poate fi retinut pe sorbant datorita volumului mare, porii fiind inaccesibili iar in al doilea caz particulele solide sunt inlaturate prin filtrare din sistem inainte ca proba sa fie trecuta peste patul de sorbant.

interactiunile matrice-sorbant

In extractia cu sorbanti proba este considerata a fi compusa din doi componenti majori: componentul - care este compusul sau grupa de compusi pe care dorim sa-i purificam, sa-i concentram si matricea - reprezentata prin toti ceilalti compusi existenti.

Proprietatile atat a componentului de interes cat si a matricei sunt de o importanta cruciala in realizarea extractiei. Proprietatile compusului analizat dicteaza tipul sorbantului utilizat si natura solventului de elutie. Componentii matricii, respectiv proprietatile lor dicteaza mecanismul de extractie care trebuie aplicat.

In cazul in care se urmareste extractia unui compus, de exemplu ionic, dintr-o matrice ce contine si alte specii ionice se sugereaza folosirea unui alt mecanism de extractie, prin care analitul sa fie retinut ( pe baza unor interactiuni specifice) iar componentii matricii nu, de exemplu un mecanism nepolar. O alternativa la aceasta posibilitate ar fi indepartarea selectiva a componentilor majori utilizand alte tehnici.

3.3. Indepartarea interferentilor

indepartarea componentilor adsorbiti nespecific se realizeaza prin spalarea patului de sorbant cu diferiti solventi de spalare. Volumul si compozitia amestecului de spalare se determina pe baza factorului de retentie al componentului de interes. Practic, sunt utilizati acei solventi care au cea mai mare putere de elutie, dar care nu duc la desorbtia componentului de interes.

3.4. Elutia componentului urmarit de pe sorbant

Elutia este procesul prin care componentul este desorbit de pe suprafata pe care a fost retinut. Aceasta se realizeaza prin intermediul unor solventi cu care componentul interactioneaza mai puternic decat cu sorbantul. In general se utilizeaza acei solventi cu puterea cea mai mica de elutie, dar care pot elua total componentul. Pentru o elutie optima nu sunt necesare mai mult de 5 valori ale volumului mort.

4. OPTIMIZAREA PROCESULUI DE EXTRACTIE

Pentru ca aceasta metoda de preparare a probelor sa-si atinga scopul fiecare dintre etapele amintite trebuie optimizate, pornind de la probe standard, incepand cu etapa de retentie, elutie si spalare.

Pentru etapa de retentie, trebuie ridicata curba de strapungere, iar pentru etapele de spalare si elutie, profilele de elutie pentru diferiti solventi. Se testeaza probe martor (blanck) si sintetice, cat mai asemanatoare cu probele ce urmeaza a fi supuse extractiei, urmarindu-se modul in care matricea influenteaza retentia.

5. APARATURA

Cea mai utilizata tehnica de extractie este cea pe cartus sau microcoloana. Cartusul de extractie este compus dintr-o microcoloana de polietilena, polipropilena, teflon sau sticla, umpluta cu un sorbant retinut in interiorul rezervorului de doua frite din PTFE sau metal (Fig. 6.).

Figura 6. Schema unui cartus de extractie

Cartusele de extractie sunt standardizate [23-25] intr-o gama larga de forme si de marimi (3 la 30 mL), cu diferite cantitati si tipuri de sorbanti (10 la 1000 mg). Cele mai uzuale forme sunt cele cilindrice care se preteaza foarte bine la automatizare. Exista cartuse cu forma rezervorului tronconica potrivite pentru prelucrarile robotizate. Cartusele sunt prevazute la partea superioara cu tapere mai largi (tip female Luer) sau mai inguste (tip male Luer). In general racordul de iesire este mai ingust, format care reduce volumul mort si usureaza colectarea efluentului. Dimensiunile racordurilor sunt de asemenea standardizate in vederea exploatarii automatizate (Fig.7.).

Figura 7. Tipuri de cartuse de extractie.

Pentru probele cu matricea foarte incarcata, au fost introduse cartuse de volum mare cu o cantitate mare de sorbant (10 g), acestea reprezentand o alternativa pentru separarile prin cromatografie [26].

Proba lichida, solventii de spalare si elutie sunt trecuti prin patul de sorbant cu ajutorul unei mici presiuni negative aplicate in partea inferioara a cartusului (sistem de vid), prin aplicarea unei presiuni pozitive asupra lichidului sau, cand volumul probei este mic, se poate utiliza forta centrifuga (Fig.8.).

Figura 8. Metode de trecere a solventilor prin patul de sorbant a) presiune pozitiva realizata cu ajutorul unui surub micrometric sau a unui curent de gaz, b) presiune negativa, c) centrifugare.

Pentru extractia simultana a mai multor probe se pot utiliza pompele multicanal (12-16-24 pozitii). Sistemul consta dintr-o camera de sticla prevazuta cu stative mobile vase de colectare a solventilor, o valva pentru gaze si un manometru pentru controlul presiunii (Fig. 9.).

a) b)

Figura 9. Schema unei unitati de extractie multicanal.a) Schema de principiu;

b) Camera SPE;

In vederea cresterii reproductibilitatii intregul sistem de extractie poate fi automatizat [27, 28]. Aceasta se poate realiza prin utilizarea :

echipamentelor special destinate,

sistemelor de manipulare a lichidelor special modificate pentru acest scop,

statiilor de lucru robotizate.

Statiile de extractie pot realiza in mod automat toate etapele extractiei, incepand cu conditionarea si terminand cu elutia compusilor de interes de pe cartus. Aceste statii pot functiona independent sau legate on-line cu un aparat analitic. Functionarea lor este coordonata de softuri speciale, proprii sau inglobate in softul care coordoneaza activitatea autosamplerului instrumentului analitic.

In figura 10. este prezentata statia de pregatire automata OSP-2 formata din doua valve cu sase porti. Curgerea fluidelor prin cartusul de extractie este realizat cu ajutorul a doua pompe. In pozitia 1 are loc procesul de pregatire a probei, in pozitia 2 avand loc elutia si injectia in coloana analitica [29-31].

Figura 10. Schema unui sistem automat de extractie cuplat la un cromatograf de lichide.

6. EXTRACTIA COLORANTILOR DIN MATRICI LICHIDE

Metoda clasica de extractie / purificare a colorantilor alimentari sintetici din alimente solubile sau miscibile cu apa se bazeaza pe capacitatea de vopsire a fibrelor textile. Metoda prezinta interes deoarece permite separarea colorantului din solutie si concentrarea pe fibra, concomitent indepartandu-se compusii interferenti. Cel mai frecvent material folosit in acest scop este lana degresata sau bumbacul. Inainte de utilizarea acestora trebuie determinata capacitatea de fixare a colorantului. Degresarea se face prin spalare cu eter etilic si uscare sau spalare cu o solutie de carbonat de sodiu 10% si clatire in apa curenta.

Fixarea colorantilor bazici: solutia apoasa a colorantului se alcalinizeaza cu cateva picaturi de amoniac si se introduc apoi fibrele de lana. Se fierbe 5 min. si apoi se spala cu apa curenta. Procesul de montare se repeta pana la decolorarea solutiei.

Fixarea colorantilor acizi : pentru fixare se foloseste o baie acida a carui pH se modifica treptat cu acid acetic si apoi cu acid clorhidric, pornindu-se de la mediu neutru. Colorantii se demonteaza cu o solutie de NH₄OH. Amoniacul este indepartat prin fierbere si apoi solutia acidulata cu HCl.

Criticile care se aduc acestui sistem constau in aparitia unor denaturari in structura colorantilor, ca o consecinta a operatiilor repetate de incalzire si tratament chimic din timpul montarii si demontarii colorantilor pe fibre. De asemenea procedeul nu poate fi folosit in cazul in care proba contine alcool sau o cantitate mare de zaharuri

Colorantii alimentari sintetici pot fi extrasi prin extractie lichid - lichid cu diclormetan, dupa adaugarea prealabila a clorurii de hexadecilpiridina. Colorantul poate fi reextras cu o solutie diluata de HClO₄ . Ca agent formator de perechi de ioni se pot folosi saruri cuaternare de amoniu

O alta metoda se bazeaza pe acidularea probei lichide si extractie cu un amestec butanol-Amberlite LA-2 (19:1). Fazele organice combinate sunt diluate cu un amestec butanol-hexan si supuse extractiei cu o solutie apoasa de amoniac

Colorantii pot fi extrasi din alimente lichide, direct prin adsorbtie si desorbtie, folosind rasini poliamidice. Principalul avantaj al acestei tehnici consta in faptul ca ofera posibilitatea separarii si purificarii fara tratament termic, deci fara riscul degradarii colorantilor. Alimentele care sunt solubile sau miscibile cu apa se dilueaza, se filtreaza sa centrifugheaza si se aciduleaza (pH=4,5). Solutia obtinuta este trecuta peste o coloana de poliamida, de unde ulterior sunt eluati cu un amestec de acetona-apa-amoniac conc. (40:9:1, v/v) [43], MeOH-NH₄OH solutie apoasa 0,5 (1:1, v/v) sau cu o solutie metanolica alcalinizata - NaOH [32]. Ca si sorbent se poate folosi si pulbere de oxid de aluminiu acid, elutia realizandu-se cu o solutie de amoniac 1% [46]

Extractia colorantilor se poate realiza si prin extractie pe faza solida, utilizand ca sorbent Sil-C18. Retentia se realizeaza din solutii acide (pH=1,5), iar elutia cu un amestec metanol-NH₄OH.