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Universidade Federal de São João del-Rei
Coordenadoria do Curso de Química
Materiais sorventes empregados em diferentes
métodos de preparo de amostras
Flávia Viana Avelar Dutra
São João del-Rei – 2014
MATERIAIS SORVENTES EMPREGADOS EM DIFERENTES MÉTODOS DE PREPARO DE AMOSTRAS
Monografia de Trabalho de Conclusão de Curso,
apresentado no 1º semestre do ano de 2014 ao Curso
de Química, Grau Acadêmico Bacharelado, da
Universidade Federal de São João del-Rei, como
requisito parcial para obtenção do título Bacharel em
Química.
Autor: Flávia Viana Avelar Dutra
Docente Orientador: Keyller Bastos Borges
Modalidade do Trabalho: Revisão Bibliográfica
São João del-Rei – 2014
RESUMO
O procedimento de uma análise de qualquer analito (componente de uma
amostra) é um desafio tanto para analistas de laboratórios quanto para
pesquisadores científicos, pois estes estão sempre desejando e buscando melhores
resultados, seja em qualquer ramo de atividade. Uma análise química constitui de
várias etapas, uma delas é o preparo da amostra, para limpar a matriz (amostra) e,
portanto, concentrar e extrair os analitos. Outra etapa é analisar o analito extraído
utilizando instrumentos analíticos (equipamentos cromatográficos, por exemplo).
Portanto, alguns parâmetros devem ser analisados cuidadosamente para que estas
etapas sejam eficientes, um estudo de qual solvente, sorvente, pH e temperatura a
serem utilizados deve ser realizado. Novas técnicas de preparo de amostras estão
sendo desenvolvidas para que o tempo fique mais curto, a simplicidade aumente,
minimiza o uso de solventes e com isso, reduz os gastos e não prejudica o meio
ambiente. Existem técnicas de extração que utilizam solventes (líquido) e outras que
utilizam sorventes (sólido). Exemplos de técnicas que utilizam solventes são
extração líquido-líquido (LLE), microextração líquido-líquido dispersiva (DLLME) e
suas variações, e as que utilizam sorventes pode-se citar a extração em fase sólida
(SPE), microextração em fase sólida (SPME), extração sortiva em barra de agitação
(SBSE), entre outras. Os sorventes utilizados nestas técnicas possuem o princípio
de adsorver, no caso permanece na superfície do sólido, ou absorver, no qual os
analitos atravessam a superfície do sólido por um processo de partição. Os analitos
retidos nos sorventes são então dessorvidos (eluídos) com a utilização de solventes
específicos, ou seja, os que não danificam a composição e as propriedades do
composto em questão. O presente trabalho de conclusão de curso tem por objetivo
citar os sorventes mais utilizados no preparo de amostras na última década que são
as nanopartículas, polímeros e sílica, podendo ser considerados como sorventes
clássicos, pois com a inovação de pesquisas e a busca de materiais mais eficientes
estes estão sendo modificados para que suas propriedades físicas e químicas
mudem e a extração se torne mais versátil na questão de seletividade, afinidade,
reconhecimento molecular, ou seja, nas interações sorvente-analito, aumentando a
área de contato, estabilidade térmica, resistência a solventes e a pH, e com isso
aumentando sua funcionalidade.
LISTA DE ABREVIATURAS
AA: absorção atômica
ADA-sílica: Sílica com 4-(3-trietoxisililpropilureido)azoben-
zeno
AES: espectrometria de emissão atômica
AMNPs: Nanopartículas magnéticas de amina
ANN-COA: Artificial neural network–cuckoo optimization
algorithm
APRB: ácido fraco rosa vermelho B
BPA: Bisfenol A
β-CD: beta-ciclodextrina
CG: cromatografia gasosa
CNTs: nanotubos de carbono
CVAAS: espectrometria de absorção atômica com vapor frio
CYANEX 301:([bis(2,4,4-trimetilpentil)-ácido ditiofosfínico])
C8: sílica-octil
C18: sílica-octadecil
DAD: detector de arranjo de diodos
DES: dietilestilbetrol
DLLME: microextração líquido-líquido dispersiva
DSPE: extração em fase sólida dispersiva
FAAS: espectrometria de absorção atômica por chama
FI: injeção por fluxo
FID: detector de ionização por chama
FLD: derivatização fluorescente pós coluna
G: grafeno
HLB-MPNP: magnetico poli(divinilbenzeno-co-N-
vinilpirrolidona)
HPLC: cromatografia líquida de alta eficiência
UHPLC/PDA: cromatografia líquida de ultra-alta eficiência -
arranjo de fotodiodos
HXLPP-WCX: polímero hipercrosslinked com caráter de troca
iônica
IC: cromatografia iônica
ICP-OES: Espectrometria de emissão optica por plasma
acoplado indutivamente
IIP-LIX-Cu(II): estireno-divinilbenzeno modificado com 5-
dodecilsalicilaldoxime-cobre(II)
LC: cromatografia líquida
LLE:extração líquido-líquido
MAA-VTES: ácido metacrílico-viniltrietoxisilano
MCFN: 18-coroa-6/Fe3O4 nanocompósito
MALDI: material intensificado por dessorção/ionização por
laser
MEPS: microextração com sorvente empacotado
MIL-88B: Fe3O(BDC)3X, [(X = Cl, OH) BDC = 1,4-
benzenodicarboxilato]
MIP: polímero molecularmente impresso
MISPE: extração em fase sólida molecularmente impressa
MnxOy: MnO2/Mn2O3/Mn3O4
MS: espectrometria de massa
MSPE: extração em fase sólida magnética
MTMOS-TEOS: metiltrimetoxisilano–tetraetoxisilano
MWCNTs: nanotubos de carbono de parede-múltiplas
µPESI: microchip circular com 60 micropillar ionização por
eletrospray
Oasis-MAX e Oasis-MCX: polímeros de troca catiônica
OES:espectrometria de emissão óptica
OPA-MMNPs: n-octadecil ácido fosfônico modificado por
nanopartículas magnéticas com mesoporos
PAHs: hidrocarbonetos aromáticos policíclicos
PANI-RGO: polianilina e óxido de grafeno reduzido
PDA: polidopamina
PLS: método parcial dos mínimos quadrados
PPY: polipirrol
P2AT: poli(2-amino tiofenol)
RAM: material de acesso restrito
RMN: ressonância magnética nuclear
SBSE: extração sortiva em barra de agitação
SD: Spray drying
SG-CHOL: sílica gel-colesterol
SIA: análise por injeção sequencial
Si-Pr-DPA: 3-(2,2’-dipiridilamino)propil]sílica
SPE: extração em fase sólida
SPLE: extração líquida pressurizada seletiva
SPME: microextração em fase sólida
SWCNT: nanotubos de carbono de parede simples
TBT: tributiltina
Ti-CNPrTEOS: titânio (IV)-cianopropiltrietoxisilano
UV: ultravioleta
VBADB: poli(4-ácido vinilbenzoico)-divinilbenzeno
XDS: SO3/diol
ZIF-8: Zeolite imidazolate framework-8
SUMÁRIO
1. INTRODUÇÃO.................................................................................................1
2. OBJETIVOS .....................................................................................................6
3. SORVENTES ...................................................................................................6
3.1. Polímeros.................................................................................................6
3.2. Polímeros Molecularmente Impressos (MIPs) ....................................8
3.3. Sílica revestida ...................................................................................... 10
3.3.1. C8 (sílica-octil) e C18 (sílica-octadecil) ....................................................................... 12
3.4. Nanopartículas ..................................................................................... 13
3.5. Nanotubos de carbono (CNTs) ........................................................... 15
3.6. Outros tipos de sorventes ................................................................... 17
4. CONCLUSÕES ............................................................................................. 18
5. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS ............................................................ 20
Monografia de TCC – Química – Bacharelado – UFSJ - 2014
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1. INTRODUÇÃO
Com o desenvolvimento de novos métodos e instrumentos analíticos, uma
variedade de analitos pode ser extraída, descoberta, analisada, quantificada e
também removida de uma matriz, ou seja, de uma amostra que contém os analitos e
também componentes interferentes. Exemplos de matrizes complexas são
alimentos, urina, plasma, cabelo, entre outras, e matrizes simples são amostras
aquosas. No entanto, nos dias de hoje, ainda é um grande desafio para os
pesquisadores detectar e quantificar determinados analitos, devido a variedade de
fármacos, drogas, poluentes e também, devido ao limite metodológico e
instrumental. Portanto, o solvente e sorvente utilizados, a técnica de preparo de
amostra escolhida, a temperatura e pH de extração são detalhes que fazem toda a
diferença nos resultados de uma análise instrumental [1].
A etapa de preparo de amostras é um pré-requisito para obtenção de dados
precisos, com resultados analíticos de qualidade. É uma das etapas mais demorada
e trabalhosa, pois é nela que se removem os componentes interferentes da matriz,
concentra-se a substância a ser analisada, aumentando a sensibilidade, e converte-
se o analito em forma adequada para ser separado e extraído [2]. Na Figura 1 pode-
se visualizar o tempo gasto e a porcentagem de erros que ocorrem nas etapas de
uma análise cromatográfica. Pode-se notar que 61% do tempo referem-se ao
processamento da amostra e que os erros analíticos desta etapa são altos, cerca de
30% [3].
Figura 1. Gráfico das proporções (A) de consumo de tempo e (B) de erro analítico em análise cromatográfica [3].
Vários métodos de preparo de amostras foram desenvolvidos a fim de
eliminar algumas desvantagens, como por exemplo, diminuir ou até mesmo eliminar
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o uso de solventes, e de se obter melhores resultados em relação aos métodos
clássicos (extração líquido-líquido e extração em fase sólida). Nestas técnicas há
também a necessidade de repetição da extração, para uma limpeza melhor o que
resulta em uma técnica demorada, trabalhosa, cara e propensa a perda de analitos
[2].
As técnicas de preparo de amostra mais simples, rápidas, de baixo custo e
menos prejudiciais ao meio ambiente vem ganhando seu espaço na química
analítica. Um dos passos mais importantes foi o desenvolvimento de novas técnicas
que visa a miniaturização de técnicas clássicas, como dito anteriormente [4].
Os procedimentos de preparo de amostras podem ser divididos em duas
categorias de acordo com as diferentes fases de extração [4]:
Extração utilizando solventes: técnicas de extração líquido-líquido (LLE),
microextração líquido-líquido dispersiva (DLLME) e suas variações, entre outras;
Extração utilizando materiais sorventes: extração em fase sólida (SPE),
extração sortiva em barra de agitação (SBSE), microextração em fase sólida
(SPME), entre outras.
O foco desta revisão bibliográfica são os materiais sorventes, que são
empregados em técnicas de extração à base de sorção, ou seja, técnicas de
extração na fase sólida. Os sorventes são materiais sólidos que possuem grande
área superficial, na maioria das vezes porosos, que são capazes de absorver ou
adsorver os analitos em sua superfície. A adsorção ocorre quando os analitos ficam
retidos na superfície do sorvente e absorção ocorre quando os analitos atravessam a
superfície do sorvente.
Comercialmente existem diversos sorventes, porém nem todos que são
eficazes para extração de todos os analitos. Desta forma, com o intuito de melhorar
a eficiência de processos de extração, o desenvolvimento de novos materiais
sorventes tem recebido grande atenção [4, 5].
Os sorventes mais utilizados atualmente baseiam-se em sorventes
convencionais (sílica, polímeros) revestidos e/ou ligados por materiais com grupos
funcionais variados. O intuito da inovação destes materiais é fazer com que a
extração dos analitos seja mais seletiva e eficaz [4]. O desenvolvimento de novos
sorventes é de grande significância, pois um material sorvente deve possuir a
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superfície porosa e ter afinidade com os analitos, sendo que, quanto mais seletivo o
sorvente for, melhor é a extração [6].
As técnicas de preparo de amostras que utilizam sorventes vêm sempre
sofrendo modificações para que a limpeza (remoção de compostos interferentes), a
concentração e a extração dos analitos sejam cada vez mais efetivas. Descobertas e
inovações destas técnicas estão só aumentando, então, as principais técnicas de
preparo de amostras que utilizam sorventes como fase extratora são apresentadas
resumidamente, de acordo com suas principais características e propriedades.
Extração em fase sólida (SPE)
A SPE é uma técnica de preparo de amostra usada para pré-concentrar e
limpar amostras analíticas para a purificação de analitos químicos e remoção dos
compostos indesejáveis de soluções aquosas variadas.
Os dispositivos da SPE consistem em colunas pequenas que contêm
cartuchos com embalagem apropriada, ou seja, a escolha dos sorventes vai
depender do analito a ser extraído [6]. Portanto, o sorvente é isolado e um solvente
orgânico específico é usado para eluir o analito [7]. É uma técnica comum de
amostragem em várias áreas, incluindo a área ambiental, farmacêutica, alimentícia,
clínica, entre outras [7].
Algumas vantagens da SPE [6] são: (i) maior fator de enriquecimento; (ii)
ausência de emulsão; (iii) segurança com relação a amostras mais perigosas; (iv)
baixo custo e (v) fácil automação.
Extração em fase sólida molecularmente impresso (MISPE)
É uma variação da técnica de extração em fase sólida em que utiliza o MIP
(polímero molecularmente impresso) como sorvente. O MIP é um polímero reticulado
que possui cavidades, tamanho e grupos funcionais específicos e é capaz de
reconhecer e religar os analitos da matriz com base no reconhecimento molecular,
sendo que esta técnica é bem específica e possui altas taxas de recuperação [8, 9].
Em comparação com outras técnicas, esta é bem mais simples, rápida e muito mais
seletiva [10].
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Microextração em fase sólida (SPME)
A microextração em fase sólida (SPME) é uma miniaturização da extração em
fase sólida (SPE). Uma de suas principais características é a extração de compostos
tanto voláteis quanto semi-voláteis [11].
O procedimento da SPME consiste em colocar o sorvente, no caso a fibra
(fase extratora) em contato com a matriz ou deixando um espaço livre entre as fases
(headspace) por um tempo determinado para que os analitos adsorvam na superfície
da fibra. E então, estes analitos são dessorvidos por um tratamento térmico ou
utilizando um solvente. As fibras ficam dentro de um tubo, seringa ou agulha em um
dispositivo conhecido como Holder [12]. Resumidamente, ela consiste na partição do
analito entre a fase orgânica e a extratora. Vários fatores influenciam a extração de
analitos, como o pH, temperatura, tempo de extração, efeito salting out, agitação,
entre outros [13,14].
Algumas características da fase extratora devem ser levadas em conta como
a estabilidade, a polaridade e a espessura do revestimento da fibra. A espessura do
revestimento determina o volume e a área superficial da fase estacionária e,
consequentemente, a quantidade e a taxa de absorção dependem da partição do
analito entre a fase extratora e a matriz, que nada mais é do que a cinética de
transferência de massa e, portanto, o equilíbrio da reação [15].
Microextração com sorvente empacotado (MEPS)
A microextração com sorvente empacotado (MEPS) é também uma
miniaturização da SPE e consiste em um empacotamento do sorvente em um
cartucho e colocado diretamente na seringa [16]. Esta técnica utiliza menos amostra
e, portanto, o tempo de preparação é reduzido e o uso de solventes orgânicos
também [17].
A técnica de MEPS pode ser usada para extrair uma variedade de analitos,
assim como fármacos, drogas ilícitas, hidrocarbonetos aromáticos policíclicos em
amostras biológicas e também ambientais. Uma das vantagens é que o volume
utilizado na eluição do analito é na ordem de microlitros e pode ser injetado em um
sistema de cromatografia líquida e até mesmo gasosa [18].
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Extração sortiva em barra de agitação (SBSE)
A teoria da técnica de extração sortiva em barra de agitação se baseia na
partição do analito entre a fase aquosa e a fase extratora (filme de sorvente na barra
magnética), ocorrendo o equilíbrio entre elas [19].
Nesta técnica uma barra de agitação é revestida por materiais sortivos, em
maiores quantidade quando comparado com a fibra de SPME, e com isso a
capacidade de absorção aumenta e os valores de recuperação também [19]. E estes
não perdem as propriedades químicas de sua área superficial, o que resulta em
inovações a fim de se obter um preparo de amostras cada vez melhor, mais rápido e
eficiente [19].
Na maioria das vezes, a extração sortiva em barra de agitação é utilizada
para a extração de analitos apolares, porém, com as inovações dos sorventes, a
extração de analitos polares começa ser versátil, podendo-se extrair compostos
tanto polares quanto apolares [20].
Outras
MSPE (extração em fase sólida magnética), DSPE (extração em fase sólida
dispersiva), digestão por microondas, entre outras, são técnicas utilizadas também
no preparo de amostras, para a limpeza da matriz, concentração do analito
resultando em uma maior eficiência de extração e com isso resultados qualificados
em uma análise instrumental. O esquema das técnicas de preparo de amostras
descritas anteriormente está apresentado na Figura 2.
Figura 2. Esquema das principais técnicas de preparo de amostras (a) extração em fase sólida (SPE); (b) microextração em fase sólida (SPME); (c) microextração por sorvente empacotado (MEPS) e (d) extração sortiva em barra de agitação (SBSE).
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2. OBJETIVOS
Este trabalho tem como objetivo fornecer uma revisão bibliográfica dos
materiais sorventes utilizados em técnicas de extração à base de sorção, ou seja,
técnicas de extração na fase sólida, no período de 2000 a 2014, como também suas
principais características e propriedades.
3. SORVENTES
Sorventes são materiais sólidos que retém compostos químicos em sua
superfície. Uma das principais características dos sorventes é sua área superficial,
pois uma superfície porosa extrai maior quantidade de analitos o que faz com que a
funcionalidade de sorção aumente. A sorção dos analitos nos sorventes pode ser de
dois modos:
Absorção: os analitos atravessam a superfície do revestimento,
portanto, a extração é feita pelo processo de partição;
Adsorção: os analitos permanecem na superfície do sólido, a extração
ocorre por interações físicas de materiais porosos.
Os analitos retidos nos sorventes são dessorvidos, ou seja, eluídos, pela
utilização de solventes apropriados para que não haja mudança na composição
deles. E assim, estes podem ser analisados e quantificados por um equipamento
cromatográfico [21, 22].
Os sorventes mais utilizados em técnicas de preparo de amostras no período
de 2000 a 2014 foram os polímeros, nanopartículas, nanotubo de carbono e sílica,
sendo que estes sofreram modificações para aumento de sua funcionalidade.
3.1. Polímeros
Polímeros são macromoléculas, ou seja, moléculas grandes, formadas a
partir de unidades menores, conhecidas como monômeros. Os monômeros se
combinam quimicamente por uma reação de polimerização que pode ser
espontânea ou provocada (por calor ou adição de reagentes). De acordo com a
estrutura do polímero pode-se citar algumas características mecânicas e químicas.
As características mecânicas são aquelas relacionadas com sua estrutura física, ou
seja, os polímeros podem ser classificados como termoplásticos, termorrígidos e
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borrachas. E as características químicas pode-se citar a hidrofobicidade, se o
polímero possuir mais grupos/ligantes apolares, ou pode ser também hidrofílicos, se
possuírem grupos/ligantes polares. Entretanto, na maioria das vezes os polímeros
são compostos apolares o que faz com que a interação e a extração destes
sorventes com os analitos ficam restritas. Para minimizar este problema, ou até
mesmo eliminar, a adição de grupos funcionais polares à matriz polimérica torna-se
necessária, pois com isso há uma interação sorvente-analito, aumentando a
extração e recuperação. Este revestimento melhora a retenção de analitos polares,
portanto, estudos estão cada vez mais voltados para o melhoramento destes
materiais sorventes [23, 24].
Polímeros são materiais versáteis na questão de reconhecimento
molecular/analito na etapa de sorção, pois as interações polímero/analito podem ser
por mecanismos hidrofóbicos, interação ácido-base, interação π-π, interação por
grupos funcionais polares, ligação de hidrogênio e eletroafinidade [24].
No processo de preparo de amostras os polímeros possuem uma vantagem
muito grande e eficaz, pois estes são facilmente modificados com grupos funcionais
característicos para a extração de determinados analitos. Uma das modificações é a
dopagem, ou seja, um revestimento dos polímeros por grupos condutores, iônicos,
ou até mesmo por outros polímeros. As sínteses dos polímeros precisam ser
precisas e efetuadas cuidadosamente para não haver produtos indesejáveis. [24,
25]. Esta variedade de materiais sorventes pode ser vista na Tabela 1 que mostra as
diferentes técnicas de extração, devido à diversidade da matriz e dos analitos em
questão. Por ela, pode-se perceber também a utilização de diferentes condições de
eluição, pois isto depende de cada analito e também da recuperação alcançada pelo
tipo de sorvente.
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Tabela 1. Diferentes sorventes poliméricos empregados em técnicas de extração de diferentes analitos.
Sorvente Técnica de extração
Matriz Analitos Condições de eluição
Instrumental Ref.
MAA-VTES MISPE Leite Fluoroquinolonas Metanol e ácido acético
HPLC/UV 9
Poliestireno divinilbenzeno SBSE Urina Drogas de abuso Metanol e
acetonitrila
HPLC/DAD 19
Ti-CNPrTEOS SBSE Águas
residuais
Aminas
aromáticas
Octanol e água CG-FID 20
N-vinilpirrolidone/divinilbenzeno
SPE Água Poluentes emergentes
Diclorometano, acetato de etila,
metanol e água acidificada
CG/MS 26
Poliuretano/pirocatecol SPE Alimentos Cobalto, cobre e
níquel
Etanol e água
acidificada
FAAS 27
Celulose SPLE Lodo de esgoto
PAHs Hexano HPLC/UV e CG-MS/MS
28
GeO2/PDMS Microextração capilar
Solução aquosa
PAHs - CG/FID 29
ácido esteárico/naftaleno microcristalino
MEPS Várias amostras
Pb (II) Ácido nítrico FI-FASS 30
HXLPP-WCX SPE Efluentes Compostos
farmacêuticos
Metanol, água e
hidróxido de amônio
LC-UV 31
Fibras de cânhamo
carbonizados
SPE Água Pesticidas Diclorometano e
metanol
HPLC-
MS/MS
32
Oasis-MAX SPE Plasma de galinha
Fluoroquionolonas Metanol HPLC-MS/MS
33
N-vinilpirrolidona/divinilbenzeno
SPE Águas de esgoto
Poluentes emergentes
Diclorometano, acetato de etila,
metanol
CG-MS 34
PDMS SBSE Água TBT Metanol e água CG-MS 35
Oasis-MCX SPE Plasma Entecavir Acetonitrila, água UHPLC–
MS/MS
36
IIP-LIX-Cu(II) SPE Água Cu (II) Ácido nítrico FI-FASS 37
Fios de aço inoxidável/PPY SPME Plasma in vivo
Benzodiazepinas Metanol HPLC-MS 38
VBADB SBSE Leite e
urina suína
β-Agonista Metanol e água HPLC-
MS/MS
39
PAHs: hidrocarbonetos aromáticos policíclicos; SPLE: extração líquida pressurizada seletiva; HXLPP-WCX: polímero hipercrosslinked com caráter de troca iônica; Oasis-MAX e Oasis-MCX: polímeros de troca catiônica; TBT: tributiltin; IIP-LIX-Cu(II): estireno-divinilbenzeno modificado com 5-dodecilsalicilaldoxime-cobre(II); PPY: polipirrol; Ti-CNPrTEOS: titânio(IV)-
cianopropiltrietoxisilano; MAA-VTES: ácido metacrílico-viniltrietoxisilano; VBADB: poli(4-ácido vinilbenzoico-divinilbenzeno.
3.2. Polímeros Molecularmente Impressos (MIPs)
Polímeros molecularmente impressos (MIPs) foram desenvolvidos a fim de
se obter um material mais seletivo, e este ganhou espaço no preparo de amostras
pela sua vasta aplicação, devido às suas propriedades de seletividade e afinidade
por uma molécula pré-determinada [40, 41].
Os MIPs são materiais com sítios de reconhecimento, gerados
sinteticamente, capazes de se religarem a uma molécula alvo (molde), na presença
de outros compostos interferentes [42]. Existe então, uma abordagem sintética em
que há uma imitação da natureza na questão de reconhecimento específico de
materiais [43]. Uma analogia que se pode fazer é a interação antígeno-anticorpo, no
qual o antígeno é a molécula molde para moldar a cadeia polimérica (anticorpo) [44].
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Segundo Tarly et al. [42] a síntese do MIP é relativamente simples, porém
deve-se ter cuidado ao prepará-lo, pois em condições inadequadas os polímeros
possuem características indesejáveis. Esses materiais são obtidos pela
polimerização de monômeros funcionais de reticulação em torno de uma molécula-
molde, resultando em uma rede polimérica reticulada tridimensionalmente.
Basicamente, a síntese é composta de quatro etapas, primeiramente há uma
ligação covalente ou não, entre a molécula molde e as moléculas do monômero. Em
seguida, um reagente capaz de realizar uma ligação cruzada no polímero, tornando-
o mais rígido, é adicionado ao meio reacional. A reação de polimerização se inicia
somente com a presença de um iniciador radicalar, que é o próximo a ser adicionado
à solução e, por fim, um solvente adequado é utilizado para retirar a molécula molde
da matriz polimérica. Portanto, o produto resultante possui cavidades capazes de
reter seletivamente a molécula molde presente em amostras reais, sejam elas
complexas ou não [44]. Esta síntese pode ser verificada de acordo com o esquema
da Figura 3.
Figura 3. Esquema da reação de formação do MIP.
A ligação entre os monômeros e a molécula-molde pode ser covalentes, não
covalente ou semi-covalente [42]:
Ligação covalente: introduzida por Wulff e Sarchan, é a formação de
uma ligação covalente reversível entre o molde e os monômeros. O molde é
removido por clivagem das ligações covalente, as quais são formadas novamente
com o analito. Esta interação entre o monômero e o molde eleva a estabilidade do
composto, obtendo sítios de ligação homogêneos e minimizando a existência de
locais não específicos. No entanto, sob condições normais, esta ligação é restrita,
pois não é fácil obter este tipo de ligação monômero-template [42];
Ligação semi-covalente: o molde se liga ao monômero por ligação
covalente, porém a religação do analito (molécula molde) no polímero ocorre por
interações não-covalentes [42];
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Ligação não-covalente: formação de interações não covalentes
(fracas). Este tipo de síntese é a mais utilizada devido a sua simplicidade, porém ela
possui algumas desvantagens, sendo que uma delas está relacionada ao equilíbrio
do processo. Para formar o complexo monômero-molécula molde o equilíbrio tem
que ser deslocado para a direita, necessitando utilizar maiores quantidades de
monômero, que por sua vez pode-se incorporar à matriz polimérica levando à
formação de sítios de ligação não-seletivos [42].
O primeiro trabalho relatado do uso de MIP contendo sítios seletivos foi para
separar os enantiômeros de racematos de açúcares, realizado por Wulff e Sarhan
em 1972 [44]. E os próximos trabalhos e estudos foram pela utilização dos materiais
molecularmente impressos como materiais sorventes, devido à seletividade
fornecida pelos seus sítios ativos. E, desde então, sua utilização em química
analítica para o preparo de amostras vem aumentando significativamente.
Na Tabela 2 está descrita a utilização do MIP como sorvente nas técnicas
de extração (clean up e pré concentração) de analitos em diferentes matrizes.
Tabela 2. Sorventes empregando MIP utilizados em algumas técnicas de extração dos analitos em diferentes matrizes.
Sorvente Técnica de
extração
Matriz Analitos Condições de eluição Instrumental Ref.
MIP MISPE Urina de porco Clorpromazina Metanol e acetonitrila HPLC/UV 8
MIP MISPE Pepino e água Diazinon Água, acetonitrila e metanol
HPLC 10
MIP-Cu SPE Solução aquosa Cu (II) Ácido nítrico FI-FASS 40
MIP-vanilina SPE Vanilina fragrans e cerveja
Vanilina Metanol UV e HPLC 41
MIP-4-(2-
aminoetil)anilina
MISPE Urina artificial Dopamina Acetato de amônia e
metanol
13CICP/MS
RMN
45
MIP-Cd - Amostra de água Cd (II) Ácido nítrico FI-FAAS 46
MIP-Ru(III) SPE Água ambientais Ru (III) Tioureia e Ácido clorídrico
IIP-ETAAS 47
MIP SPE Compostos
farmacêuticos
Aminopiridina Diclorometano LC-MS/MS 48
MIP MSPE Mel Cloranfenicol Metanol LC-MS/MS 49
MIP SBSE Urina Dopaminas Água HPLC/UV 50
Sílica gel/MIP SPE Água, solo e trigo
Dufulin Metanol e água HPLC 51
MIP MISPE Grãos de arroz Herbicidas sulfonilureia
Metanol e ácido acético HPLC 52
MIP SPE Leite Quinolonas Metanol, água, ácido
trifluoroacético e acetonitrila
HPLC/UV 53
3.3. Sílica revestida
A sílica revestida é um material sólido que contém poros (mesoporos) com
capacidade de absorver diferentes moléculas bioativas [13]. Para a preparação
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deste sorvente, a sílica é revestida com outros compostos, normalmente utilizando a
técnica sol-gel e devido ao aumento da porosidade ela se torna mais seletiva e com
características sortivas. Este revestimento ocasiona um aumento na superfície de
contato, elevando a estabilidade térmica, a resistência aos solventes e ao pH e
aumentando assim, a sua funcionalidade [54].
Na Tabela 3 podemos perceber a diversidade de sorventes, baseados em
sílica revestidas, utilizados no preparo de amostras complexas, ou seja, em
alimento, plasma, urina, plantas, sedimentos de esgoto para extrair diversos analitos,
como por exemplo, metais pesados, poluentes ambientais (compostos
organoclorados), entre outros.
Tabela 3. Sorventes de sílica revestida para o uso em diferentes técnicas de extração.
Sorvente Técnica de
extração
Matriz Analitos Condições de
eluição
Instrumental Ref.
Líquido iônico
imobilizado-sílica
SPE Alimentos Acrilamida Metanol HPLC 55
TEOS-CYANEX 301 CVAAS Sedimento de esgoto
Pb (II) Ácido clorídrico ICP/MS 56
SG-CHOL SPE Plasma e urina
Antagonista β-receptor
Água, metanol e acetato de amônio
HPLC/UV/MS 57
Sílica em
multicamadas/polietileno
SPE Óleo de
peixe
Compostos
organoclorados
Hexano CG/MS 58
Sílica-NH2 SPE Uva Agrotóxicos Diclorometano e
metanol
HPLC 59
Sílica-Nb2O5 SPME Solução aquosa
Álcoois e fenóis - CG/FID 60
ADA-sílica Acoplamento direto de TLC
Solução aquosa
Carboidratos Fase móvel TLC: butanol, acetona, ácido acético e
água
MELDI-MS 61
Sílica-nanopartículas de látex
SPME Solução aquosa
Ânions inorgânicos
Hidróxido de potássio
ICP 62
Ni(II)-amino impresso-silica gel
SPE Plantas e água
Ni (II) Metanol e água ICP-AES 63
Fe(III)-amino impresso-silica gel
SPE Plantas e água
Fe (III) Metanol, etanol e Ácido clorídrico
ICP-AES 64
Sílica-RAM SPE Plasma Fármacos Perclorato de lítio e
metanol
LC 65
Celulose, areia e sílica SPLE Lama de esgoto
PAHs n-hexano CG-MS/MS 66
Octadecil-sílica MEPS Plasma e urina
Fármacos antiepilépticos
Metanol e água LC-UV 67
Bradicinina-sílica-ADA TLC, Digestão por microondas
Extrato de planta
Mono e oligossacarídeos
Butanol, acetona, ácido acético e água
MELDI-MS 68
Ti-CNPrTEOS batch sorption Águas residuais de indústria
alimentícia
Aminas aromáticas polares
Tetrahidrofurano e ácido clorídrico
CG-FID 69
MTMOS-TEOS DSPE Alimentos Acrilamidas Acetonitrila CG-MS 70
Si-Pr-DPA SPE Águas Metais pesados Ácido clorídrico FAAS 71
CYANEX 301:([bis(2,4,4-trimetilpentil)-ácido ditiofosfínico]); CVAAS: espectrometria de absorção atômica com vapor frio; SG-CHOL: sílica gel-colesterol; ADA-sílica: Sílica com 4-(3-trietoxisililpropilureido)azobenzeno; RAM: material de acesso restrito;
SPLE: extração líquido pressurizado seletivo; MELDI: material intensificado por dessorção/ionização por laser; Ti-CNPrTEOS: titânio-butóxido-cianopropiltrietoxisilano; MTMOS-TEOS: metiltrimetoxisilano–tetraetoxisilano; Si-Pr-DPA: 3-(2,2’-dipiridilamino)propil]sílica.
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3.3.1. C8 (sílica-octil) e C18 (sílica-octadecil)
Os sorventes C8 (sílica-octil) e C18 (sílica-octadecil) são comumente usados
no preparo de amostras devido a sua ampla capacidade de extração de diversos
analitos em diversas amostras, como mostra a Tabela 4.
Tabela 4. Sorventes C8 e C18 utilizados em diferentes técnicas de extração de diversos analitos em variadas amostras.
Sorvente Técnica
de extração
Matriz Analitos Condições de
eluição
Instrumental Ref.
C18 MEPS Urina de
animais
Esteróides Metanol e água CG-MS 16
C18 MEPS Água do
rio
Sais inorgânicos e
orgânicos
Metanol e
água/1% ácido fórmico
ICR-FT/MS 17
C18/Poliestireno hidroxilado
polisestireno-divinilbenzeno
MEPS Plasma Drogas Metanol e
água/Hidróxido de amônio
LC-MS/MS 18
C18/poli(tetrafluoroetileno) SPE Urina Metilfenidato Metanol e água LC/MS 72
C18/polipropileno SPME Águas residuais
Drogas ácidas Água e metanol/ acetonitrila
HPLC/UV 73
C18 MEPS Plasma Drogas terapêuticas
(TDM)
Metanol e água HPLC-UV 74
C18 MEPS Cerveja Prenilflavonoides Acetonitrila UHPLC 75
C8 MEPS Vinhos Flavonoides Metanol UHPLC-DAD 76
C8 MEPS Vinhos Hidroxibenzóico e ácidos
hidroxicinâmicos
Ácido fórmico aquoso e metanol
UHPLC 77
C18 SPE Abacates Abamectinas Acetonitrila e água
HPLC-FL 78
C18 MEPS Águas Inseticidas organoclorados
Acetonitrila e água
CG-MS 79
C8 MEPS Vinho Componentes fenólicos
Água/ácido fórmico e metanol
UHPLC/PDA 80
C8 MEPS Vinhos (E)-resveratrol Metanol e água UHPLC 81
C8 MEPS Urina Drogas Metanol µPESI-MS 82
µPESI: microchip circular com 60 micropillar ionização por eletrospray.
Os sorventes C8 e C18 possuem algumas características básicas que fazem
toda diferença na aplicação em preparo de amostras. Eles são utilizados para a
extração de compostos polares e também apolares, ou seja, compostos ácidos,
básicos e neutros, devido ao seu alto desempenho em uma ampla faixa de pH (2 a
9). Possuem também características ligadas ao tamanho de partículas de cada
sorvente, podendo ser de 1,8 a 7,0 µm e também possuem vida longa, podendo ser
utilizados várias vezes [83,84].
A extração, como também a retenção de analitos em uma coluna utilizada
em cromatografia líquida (LC), por exemplo, depende do número de cadeias de
carbono ligado à superfície da sílica. Esta modificação da sílica depende do analito a
ser analisado, pois a quantidade de radicais alquilas adicionado à superfície da sílica
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interfere na polaridade do novo material e, portanto, se for em maior quantidade, os
grupos silanóis ficam protegidos da interação de grupos polares, interagindo
somente com analitos apolares [83]. Na Figura 4 vemos um sorvente de sílica
revestida com radicais C18 ou C8.
Figura 4. Estrutura química do sorvente revestido por radicais C18 ou C8.
3.4. Nanopartículas
Comparando-se aos sorventes convencionais (à base de sílica-carbono e
polímeros), os nanossorventes possuem uma extração mais eficaz e mais rápida,
pois sua área superficial é grande e a rota de difusão, curta. Uma das desvantagens
deste tipo de material é a extração de analitos quando se tem uma matriz muito
aquosa, pois o tempo de extração, em uma coluna de SPE, por exemplo, aumenta
devido à contrapressão e baixa vazão realizada pela quantidade de água e ao seu
pequeno tamanho. Esta desvantagem pode ser superada pela modificação dessas
nanopartículas. Vários exemplos podem ser citados para mostrar esta modificação,
como por exemplo, a adição de tensoativos iônicos, grafite, polímero, sílica, entre
outros [83].
Na Tabela 5 há uma relação desses nanossorventes modificados para uma
melhor extração de diferentes analitos. Um ponto importante a ressaltar é que a
maioria das análises é realizada em matrizes ambientais.
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Tabela 5. Nanossorventes modificados para a extração de diversos analitos e analisados por diferentes equipamentos.
Sorvente Técnica de extração
Matriz Analitos Condições Instrumental Ref.
Fe3O4/C SPE Água ambiental PAHs Acetonitrila HPLC 83
SiO2-morina SPE Água Íons metálicos Ácido clorídrico ICP-AES 84
OPA-MMNPs MSPE Água PAHs Metanol e água CG-MS 85
Fe3O4-SiO2/β-CD SPE Águas ambientais BPA e DES Metanol HPLC-UV 86
BaSO4-APRB DSPE Águas residuais POPs Octanol e água ICP-OES e IC 87
Fe3O4-SiO2 – MIP
SPE Ovos, leite em pó e ração para
porcos
Dimetridazol Etanol, metanol e ácido acético
HPLC-UV 88
ZnO2-quitosana SPE Água Urânio Benzina ANN e COA 89
MIL-88B SPME Água e solo PCBs Hexano CG-MS 90
G-SiO2 MALDI - Polissacarídeos - MALDI-MS 91
HLB-MPNP MSPE Água Pesticidas
organoclorados e triazina
Metanol e água HPLC 92
Fe3O4/PDA MSPE Água Poluentes Solução ácida ou
básica
FASS 93
Quitosana/Fe3O4 MSPE Água de rio Estrogênios Metanol, água, ácido acético
HPLC 94
MnxOy-Al2O3 Spray drying
(SD) Biomassa Remoção H2S - Espectroscopia
Raman 95
MCFN MSPE Solução aquosa Remoção de U(VI) 2,4-dinitrofenol, amônia, ácido clorídrico
Testes ortogonais
96
Fe3O4-piridina Digestão por microondas
Solo e folha
Pb(II) e Cd(II) Ácido clorídrico e Ácido perclórico
FAAS 97
AMNPs MSPE Extrato de Garcinia xanthochymus
α-amilase Metanol HPLC 98
ZnO2-quitosana SPE Solução aquosa Alaranjado de
metila
Acetonitrila ANN e COA 99
Fe3O4/C SPE Água PAHs Acetonitrila HPLC-FLD 100
ZIF-8 SPE Água e leite Tetraciclinas Metanol, acetonitrila e ácido oxálico
HPLC 101
APRB: ácido fraco rosa vermelho B; ICP-OES: Plasma acoplado indutivamente esctômetro de emissão óptica; IC: cromatografia iônica; β-CD: beta-ciclodextrina; MCFN: 18-coroa-6/Fe3O4 nanocompósito; BPA: Bisfenol A; DES: dietilestilbetrol; ANN-COA: Artificial neural network–cuckoo optimization algorithm; MIL-88B: Fe3O(BDC)3X, [(X = Cl, OH) BDC = 1,4-
benzenodicarboxilato]; G: grafeno; HLB-MPNP: magnetico poli(divinilbenzeno-co-N-vinilpirrolidona); PDA: polidopamina; OPA-MMNPs: n-octadecil ácido fosfônico modificado por nanopartículas magnéticas mesoporos; AMNPs: Nanopartículas magnéticas de amina; MnxOy: MnO2/Mn2O3/Mn3O4; ZIF-8: Zeolite imidazolate framework-8; PANI-RGO: polianilina e óxido de
grafeno.
Uma das propriedades das nanopartículas é que em sua superfície
encontram-se grupos ligantes, ou seja, átomos capazes de se ligarem facilmente
com os analitos, o que faz com que aumente a capacidade de ligação dessas
nanopartículas. Além disso, elas também possuem uma grande área superficial,
elevada capacidade de adsorção e resistência a altas temperaturas. No entanto, não
são adequadas para a extração de analitos relativamente complexos, grandes e
pesados, como por exemplo íons metálicos pesados. Portanto, a resolução deste
problema é a modificação da superfície das nanopartículas com certos grupos
funcionais contendo mais átomos ativos (doadores ou receptores) [84].
Os polímeros atualmente vêm sendo revestidos por sorventes magnéticos
(nanossorventes) que possuem um equilíbrio hidrofílico-lipofílico, os quais
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apresentam um bom desempenho de extração de analitos tanto polares quanto
apolares [85].
3.5. Nanotubos de carbono (CNTs)
Em 1992, Sumio Iijima desenvolveu a síntese dos CNTs, nomeando-os de
“microtubos helicoidais de grafite”, baseada na mesma técnica de síntese dos
fulerenos, pois estes possuíam estruturas estáveis e ordenadas. Os CNTs são tubos
de carbono molecular em forma de cilindro e em escala nanomérica [102]. Os CNTs
podem ter estruturas e tamanhos diferentes de acordo com sua síntese, podem ser
obtidos em uma única parede (SWCNT) ou em parede-múltiplas (MWCNT) [5], como
mostra a Figura 5.
Figura 5. Estruturas do nanotubo de carbono (A) de camada simples, SWCNT e (B) múltiplas camadas, MWCNT.
Desde então, os CNTs têm chamado a atenção do meio científico devido às
suas propriedades de alta capacidade de adsorção, estabilidade térmica,
propriedades mecânicas que dependem do arranjo atômico e também da morfologia,
ou seja, da nanoestrutura dos tubos [5,103].
Esses materiais possuem tamanho normalmente entre 1 e 100 nm e podem
ser considerados como uma inovação tecnológica, pois possuem propriedades que
alguns sorventes convencionais não apresentam, como por exemplo, sua estrutura é
altamente porosa e oca, aumentando assim sua área superficial e com isso,
mostrando forte interação com o analito em questão [103]. Estas propriedades
únicas dos CNTs fazem com que eles sejam considerados novos materiais
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sorventes para diversas aplicações em vários campos de pesquisa, como química,
biologia, engenharia e medicina (para a remoção de íons metálicos pesados no
ambiente, adsorção de moléculas em solução, entre outras) [5,103].
Existem quatro sítios possíveis para a adsorção de analitos utilizando o
sorvente de CNTs, como pode ser visto pela Figura 6: (1) sítios internos: nanotubos
com o interior oco, porém, a adsorção só é possível se houver uma abertura na
extremidade; (2) canal intersticial: “buraco” intersticial formado pelo arranjo do
nanotubo; (3) ranhura externa, também conhecida como “grooves”: localizada na
extremidade do nanotubo, formada pela junção de dois tubos paralelos e (4)
superfície exterior: superfície curva do nanotubo. O equilíbrio é atingido mais
rapidamente quando a adsorção ocorre na extremidade [103].
Figura 6. Diferentes sítios de adsorção de um SWCNT. (1) sítio interno, (2) canal intersticial, (3) ranhura externa e (4)
superfície externa.
A adsorção dos CNTs é proporcional à sua pureza, pois as impurezas
revestem os CNTs impedindo a adsorção dos analitos [103]. Portanto, para a
utilização dos nanotubos como sorvente deve-se realizar o seu pré-tratamento para
a remoção de impurezas [5]. Para um melhor desempenho da adsorção pode-se
modificar as propriedades físico-químicas dos CNTs por meio de modificações
químicas, como ligação de novos grupos funcionais e pelo tratamento térmico,
fazendo com que estes se tornem mais seletivos [103]. São estas propriedades e
características que permitem a forte interação com os analitos por meio de forças
eletrostáticas, ligações de hidrogênio, interações π-π e hidrofóbicas [5].
Estes sorventes têm sido muito utilizados em extração em fase sólida (SPE)
e analisados por diferentes técnicas, como mostra a Tabela 6.
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Tabela 6. Sorventes de nanotubos de carbono empregados no preparo de amostras para diversas análises.
Sorvente Técnica de
extração
Matriz Analitos Condições de eluição Instrumental Ref.
MWCNTs DSPE Legumes Pesticidas Acetonitrila CG 104
MWCNTs/P2AT SPE Peixe e sedimentos
Cd(II) e Pb(II)
Ácido clorídrico e ácido acético
AA 105
MWCNTs SPE Água Agrotóxicos Acetonitrila e metanol PLS 106
MWCNTs: nanotubo de carbono em parede-múltiplas; P2AT: poli(2-amino tiofenol); PLS: método parcial dos mínimos quadrados.
3.6. Outros tipos de sorventes
Sorventes seletivos são utilizados no preparo de amostra para uma restrição
do analito que ocorre por meio de uma barreira de difusão física (como tamanho dos
poros da superfície) ou até mesmo química (pela rede polimérica dos sorventes com
superfície semi-permeável). Estes podem ser baseados na troca iônica, com alta
bioafinidade, alto reconhecimento molecular e materiais de acesso restrito [101]. Na
Tabela 7 podem-se visualizar duas aplicações deste sorvente.
Tabela 7. Sorvente de classe específica e sua utilização no preparo de amostra para a extração de atropina em plasma e,
analisado por HPLC/UV.
Sorvente Técnica de
extração
Matriz Analitos Condições Instrumental Ref.
XDS RAM Plasma atropina Perclorato de lítio, ácido perclórico,
metanol
HPLC/UV 107
N-vinilacetamida RAM Plasma propanolol Acetonitrila e água SIA-RAM 108
XDS: SO3/diol (troca catiônica do material de acesso restrito).
A troca iônica é realizada com o intuito de se obter o isolamento de íons e
também de compostos complexos de soluções que contêm tais sorventes com sítios
iônicos fixos com carga oposta aos analitos de interesse. Os sorventes utilizados na
troca iônica são classificados de acordo com a carga dos sítios, podem ser fracos ou
fortes: forte, se for independente do pH da solução e fraco por poder ser modificado
de acordo com o pH da solução [101].
Os materiais de acesso restrito (RAM) são nomeados assim por terem
tamanho dos poros bem pequenos, podendo chegar à ordem de nanômetros (nm).
Deste modo, os componentes maiores, como por exemplo, as proteínas, ficam
retidas na fase estacionária (sorvente) [101]. Em 2005, Rbeida et al. [107] realizaram
uma análise de atropina, um alcalóide que pode ser utilizado como antídoto em caso
de desintoxicação de inseticidas organofosforados e gases poluentes, presente no
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plasma humano e, para isto, a necessidade do preparo e do clean up da amostra fez
com que utilizassem um material de acesso restrito. Portanto, a estabilidade e a
seletividade do analito no processo de isolamento dependem do tamanho da
cavidade e do tipo de ligação. Uma das vantagens do RAM é a recuperação do
material, ou seja, este pode ser utilizado diversas vezes [101].
4. CONCLUSÕES
Após uma análise dos artigos estudados, pôde-se verificar que diversos
sorventes podem ser utilizados no preparo de amostras. Sua utilização deve ser
planejada de acordo com o analito a ser analisado, pois suas propriedades, como
polaridade, estabilidade a pH e temperatura, tamanho, entre outros, interferem
totalmente na extração.
Os sorventes devem ser analisados também em relação às suas
propriedades de ligação, sorção, facilidade de manuseio e qualidade de extração.
Hoje em dia, estas propriedades estão cada vez mais fáceis de serem modificadas
devido à preparação de novos materiais. A Figura 7 mostra uma relação entre
número de artigos publicados no período de 2000 a 2014 e o tipo de materiais
sorventes mais utilizados. Nota-se que os sorventes mais utilizados foram as
nanopartículas, seguido dos polímeros e da sílica revestida.
Figura 7. Número de publicações do ano de 2000 a 2014 referentes a cada sorvente apresentado.
Analisando as tabelas apresentadas pode-se concluir que os sorventes são
utilizados nas mais variadas técnicas de extração para o preparo da amostra e esta
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Sorventes
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possibilidade de variação de sua utilização mostra o quanto são versáteis devido às
suas propriedades de sorção. A Figura 8 mostra a relação das técnicas de preparo
de amostras que utilizam os sorventes apresentados neste trabalho. Pode-se
concluir que a técnica de extração em fase sólida, SPE, é a técnica mais utilizada e
a mais versátil, pois faz o uso de quase todos os sorventes.
Figura 8. Gráfico que relaciona a quantidade de técnicas de preparo de amostras que utilizam sorventes no período de 2000 a
2014.
O preparo de amostra é um dos processos mais importantes em uma análise
instrumental, portanto, deve-se fazê-lo cuidadosamente, pois como é um processo
mais demorado, requer maior atenção para não ocorrer perda do analito e
contaminações, por exemplo. A escolha do sorvente é outro ponto a ser analisado e
utilizado cuidadosamente, pois é com ele que se obtêm melhores resultados de
extração e, com isso, melhores resultados de uma análise instrumental. Portanto, a
inovação de sorventes vem ganhando seu espaço na área de Química Analítica.
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DSPE
Gravidade
Microondas
Batch sorption
MALDI
SD
CVAAS
RAM
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