analisi inquinantitrattamento campione1 trattamento del campione
TRANSCRIPT
Analisi inquinanti Trattamento campione 1
TRATTAMENTO DEL CAMPIONE
Analisi inquinanti Trattamento campione 2
Letteratura scientific a
Essicazione, m acinazione, ecc .
Solubilizzazione ,estrazion e
E lim in azion einterferenz e
C a lco lo de i risu lta ti V a lu ta z io ne s ta tis t ica
M isura z ion e d i u nap ro p rie tà d e ll'an a lita
O tten im e n to d e l cam p io nep e r l'a n a lisi
P re pa ra z io n e d i rep liche
T ra tta m e nto p re lim in a red e l ca m p io ne
C a m p ion a m e n to
S e lez ion e d e l m eto do
Da Skoog, West, Holler: Chimica analitica
SENZA CAMPIONE NON CI PUÒ ESSERE ALCUNA ANALISI
Trattamento del campione
Analisi inquinanti Trattamento campione 3
Il campione deve essere rappresentativo della popolazione di origine
Campione aleatorio o casuale: gli elementi disponibili della popolazione di riferimento hanno la stessa probabilità di entrare a far parte del campione
Gli elementi della popolazione vanno scelti in modo casuale ma seguendo regole precise
CAMPIONAMENTO
Analisi inquinanti Trattamento campione 4
CAMPIONAMENTO
I campioni si estraggono in base a diversi piani di campionamento
Campionamento elementare (a stadi)
Si estraggono a caso dalla popolazione di origine i singoli elementi che entrano nel campione
Campionamento a grappoli
Popolazione di origine ripartita in sottoinsiemi (grappoli) con un criterio di omogeneità Ogni grappolo è un’unità primaria di
campionamento.
Campionamento sistematico
In questo caso si ordinano e numerano gli elementi dell’insieme di partenza e si prelevano ad intervalli regolari. Il punto di partenza del campionamento dovrebbe essere scelto in modo casuale.
Analisi inquinanti Trattamento campione 5
Uso dei numeri casuali
Un numero casuale è un numero composto da cinque cifre, ciascuna delle quali è stata estratta, in modo aleatorio, da un insieme di dieci cifre (da 0 a 9) in modo che ogni cifra abbia una probabilità su dieci di essere estratta. A questo punto numeriamo i campioni (dando lo stesso numero di cifre a tutti i campioni). Si sceglie una pagina delle tavole e si sceglie in modo arbitrario una riga e una colonna da cui si comincia la lettura dei numeri. Si opta per quale delle cinque cifre deve essere letta e si cominciano a elencare i vari numeri mantenendo quelli che corrispondono ai campioni (per ottenere una serie di numeri casuali si può visitare il sito http://www.wesleyan.edu/spn/random/rrform.htm).
1 2 3 4 5 6 7 8 9 101 80022 46032 31613 60524 66993 92188 96744 57874 58831 367572 84366 27392 67122 29736 79945 88216 38048 28707 57177 616243 04737 38347 78336 60890 83307 35878 16211 69189 86634 875514 51476 84982 39105 27547 59226 74494 50004 28403 84132 029085 69313 54868 65035 10569 68958 10706 54467 95123 20065 133986 48238 52584 96094 29944 01359 47865 85320 11757 95896 494857 73298 77245 85701 71887 30269 82071 67830 49342 41367 734478 89017 39604 27203 83795 65941 36255 69681 30009 65962 321409 65532 37177 49058 50490 27639 35894 85597 88250 34328 8311810 12871 20030 89698 46495 43631 89269 74632 48016 90114 58788
Analisi inquinanti Trattamento campione 6
Tipi di Campionamento:
Analisi inquinanti Trattamento campione 7
Zone di Campionamento:
Analisi inquinanti Trattamento campione 8
Zone di Campionamento:
Analisi inquinanti Trattamento campione 9
Zone di Campionamento:
Analisi inquinanti Trattamento campione 10
Campionamento sistematico
1. Un reticolo ideale determina la suddivisione della zona da campionare
2. I settori risultanti sono di uguali dimensioni. Il loro numero dipende dal dettaglio voluto
3. All’interno di ogni UC si preleva casualmente un campione
Analisi inquinanti Trattamento campione 11
Campionamento irregolare
1. Si scelgono i punti usando tabelle di numeri casuali
2. Si preleva il campione all’interno del punto
Analisi inquinanti Trattamento campione 12
Campionamento non sistematico
1. Si scelgono i punti lungo un tracciato a X o W
2. Si preleva un campione elementare in ogni punto
Analisi inquinanti Trattamento campione 13
Campionamento in profondità
Fino a che profondità si deve estendere il campionamento?
Analisi inquinanti Trattamento campione 14
Campioni acquosi/Analiti organici
Caratteristiche degli analiti
Volatili Non Volatili
PolariSemi- Polari
Apolari
•Concentrazioni generalmente basse•Presenza di interferenti
Analisi inquinanti Trattamento campione 15
Obiettivi della preparazione del campione
CONCENTRAZIONE SELETTIVA DELLE SOSTANZE DA ANALIZZARE
RIMOZIONE O RIDUZIONE DELLE INTERFERENZE
Analisi inquinanti Trattamento campione 16
Estrazione liquido/liquido (LLE)
•La LLE è una delle tecniche di pretrattamento di campioni acquosi più consolidata.
•Si presta bene per trattare campioni non troppo voluminosi (max 2 litri) e per isolare nella fase organica composti organici non volatili e poco polari.
•Consente l’isolamento di composti organici dalla matrice acquosa e il loro arricchimento in un opportuno solvente organico
La LLE è basta sulla partizione dei composti organici fra un campione acquoso e un solvente organico non miscibile
Analisi inquinanti Trattamento campione 17
La LLE può essere condotta con un sempliceIMBUTO SEPARATORE…...
Fase 1
Fase 2
Estrazione liquido/liquido
Analisi inquinanti Trattamento campione 18
a: soluzione acquosa da estrarreb: imbuto pescante contenente il solventec: raccordo per il passaggio del vapored: refrigerantee: pallone per solvente di estrazione sifone
Estrazione liquido/liquido
…o con un più sofisticatoESTRATTORE LIQUIDO-LIQUIDO
Analisi inquinanti Trattamento campione 19
Estrazione liquido/liquido
L’efficienza di estrazione di un solvente dipende:
acquosatotale
organicatotale
tS
SD
Dalla costante di ripartizione (Kp) o, più praticamente dal coefficiente di ripartizione totale Dt del soluto, S:
Dal numero di estrazioni
Dal rapporto dei volumi di ogni fase
Analisi inquinanti Trattamento campione 20
Estrazione liquido/liquido
SOLVENTI DI MAGGIORE IMPIEGO:
EsanoCicloesano
Per idrocarburi alifatici, pesticidi fosforati e clorurati
DiclorometanoCloroformio
Per idrocarburi di media polarità o apolari
LA SELETTIVITA’ TOTALE NON È COMUNQUE RAGGIUNGIBILE
Estrazioni a pH diversoPurificazione degli estratti (clean-up)
Analisi inquinanti Trattamento campione 21
Determinazione Paraffine, PCB, PAH
Frazionamento di un campione acquoso
pH 10 con NaOH
CLEAN-UP su SILICE2.5 g attivati a 180°C, 10 mm i.d.
Fase organicaFrazione Base/neutral
pH 2
Fase acquosascarico Frazione acida
LLE con CH2CL2
Fase acquosa
LLE con CH2CL2
FASE ACQUOSA PARTICOLATO
Filtrazione0.45 m
CAMPIONE ACQUOSO
Fase organica
Analisi inquinanti Trattamento campione 22
Determinazione Pentaclorofenolo
Frazionamento di un campione acquoso (II)
Campione acquoso
estrazione con solvente
Frazione Base/neutral
Frazione acida forte
Frazione acida debole
Fase organica
pH <3, LLE con solvente
Fase acquosa Fase organica
Fase acquosa
LLE con NaOH 0.01M
Fase acquosa Fase organica
pH <3, LLE con solvente
Fase organicaFase acquosa
Trattamento del campione
Analisi inquinanti Trattamento campione 23
Estrazione liquido/solido
Estrazione con apparato di Soxhlet (1879)
SOLVENTI DI MAGGIORE IMPIEGO:
DiclorometanoAcetoneEsanoTolueneMiscele di solventi
a: pallone per solvente di estrazioneb: refrigerantec: ditale contenente il campioned: raccordo per il passaggio del vaporee: sifone
Analisi inquinanti Trattamento campione 24
Estrazione con apparato di Soxhlet
Analisi inquinanti Trattamento campione 25
Estrazione liquido/solido
Estrazione in ultrasuoni
Sonde a ultrasuoni
Bagni a ultrasuoni
Semplicità - Bassi costiCampione in ambiente chiusoControllo della temperaturaRapidità del processo di estrazioneRichiede molto lavoroDifficile automazione
Analisi inquinanti Trattamento campione 26
Solid Phase Extraction (SPE)
L’estrazione in fase solida SPE è una tecnica di preparazione del campione che utilizza supporto solido simile a quelli disponibili per l’HPLC.
I supporti solidi sono disponibili in diversi formati:
1) cartucce2) membrane
3) -fibra (SPME)
Analisi inquinanti Trattamento campione 27
Solid Phase Extraction (SPE)
(II) Carica campione
scarico
Supporto
(I) Condizionamento
In genere la procedura richiede quattro passaggi
(III) Rimozione delle impurezze
(IV) Eluizione con (poco) solvente
Analisi inquinanti Trattamento campione 28
Solid Phase Extraction - Manuale
Caricamento Eluizione
Cartuccia
Adattatore
Siringa di caricamento/
eluizione
Analisi inquinanti Trattamento campione 29
Solid Phase Extraction – Sotto vuoto
LiChrolut® extraction unit
Analisi inquinanti Trattamento campione 30
Solid Phase Extraction – Dischi Empore
Empore 96-Well Plates
Sistema sotto vuoto
Analisi inquinanti Trattamento campione 31
Solid Phase Extraction - Automatica
Automate Gilson ASPEC Series
Analisi inquinanti Trattamento campione 32
Solid Phase Extraction - Supporti
Analisi inquinanti Trattamento campione 33
Solid Phase Extraction – Sviluppo del metodo
I principi cromatografici alla base dei fenomeni che avvengono in SPE sono analoghi a quelli della cromatografia liquida
Fase di preconcentrazione
Fase di eluizione
Cromatografia frontale
Cromatografia di spostamento
Analisi inquinanti Trattamento campione 34
SPE– Sviluppo del metodoDeterminazione del volume di breakthrough (Vb)
Il Vb è il volume al quale un soluto continuamente introdotto in una colonna comincia a eluire. È una misura della capacità totale della colonna per un particolare soluto.
Operativamente Vb è definito come il volume eluito quando il segnale letto è pari all’1% del segnale del campione.La curva di breakthrough termina quando il segnale raggiunge il 99% del segnale del campione Vm.
Marie-Claire Hennio. Solid-phase extraction: method development, sorbents, and coupling with liquid chromatography, J.Chromatog 856 (1999) 3-54
In pratica Vb è un indice del volume massimo di campione che si può caricare sulla colonna mantenendo un recupero totale (100%) dell’analita
Analisi inquinanti Trattamento campione 35
SPE– Sviluppo del metodoDeterminazione del volume di breakthrough (Vb)
Misura diretta
1) Monitoraggio continuo o sequenziale del segnale in uscita dalla cartuccia: la lettura dell’ 1% del segnale è difficile e poco accurata, in conseguenza del fatto che l’analita per evitare la saturazione del supporto, deve essere presente in tracce nel campione caricato.
2) Preconcentrazione di volumi crescenti di campioni contenenti uguali quantità di soluto e misura dell’area o dell’altezza del picco del soluto eluito. Il segnale rimane costante fino a che non si raggiunge il Vb, poi decresce.
3) Volumi crescenti di campione vengono addizionati di diversi analiti. Si costruisce un diagramma area vs. volume. Il punto nel quale la curva perde la linearità è Vb.
Analisi inquinanti Trattamento campione 36
SPE– Sviluppo del metodoDeterminazione del volume di breakthrough (Vb)
Estrapolazione da dati di ritenzione
Il punto di inflessione Vr della curva di BT rappresenta il volume di ritenzione di un soluto, iniettato nella stessa colonna ed eluito con un solvente identico a quello usato per determinare la curva stessa (ad esempio acqua).
I due volumi sono legati tra loro dalla relazione:
vrb VV 3.2
Analisi inquinanti Trattamento campione 37
Stima del volume di breakthrough (Vb)
Il termine rappresenta la dispersione dell’analita lungo la cartuccia
Dipende dal numero di piatti teorici della cartuccia, N
sMv k
N
V 1
VM è il volume mortoks è il fattore di ritenzione del soluto eluito usando
il solvente della matrice
SPE– Sviluppo del metodo
Per 500 mg di Si-C18
N 20 a 5 mL/min
Analisi inquinanti Trattamento campione 38
Stima del volume di breakthrough (Vb) SPE– Sviluppo del metodo
VM è calcolabile se sono noti:
il volume geometrico occupato dal supporto: Vc
la sua porosità:
cM VV Per 100 mg di Si-C18
VM = 0.12 ± 0.01 mL
Msb VN
kV
3.211
Combinando insieme le due espressioni si ottiene:
Analisi inquinanti Trattamento campione 39
Stima del volume di breakthrough (Vb) SPE– Sviluppo del metodo
Dalla teoria della cromatografia frontale si ottiene una relazione formalmente identica alla precedente:
sMb kQVV 1logloglog
dove Q rappresenta il contributo cinetico alla ritenzione
Da queste equazioni è possibile stimare Vb e il recupero % dei soluti
Analisi inquinanti Trattamento campione 40
Stima del volume di breakthrough (Vb) SPE– Sviluppo del metodo
Curve di breakthrough e di recupero teoriche in funzione del volume di campione
Log ks
M.-C. Hennion, C.Cau-Dit-Coumes, V. Pichon. Trace analysis of polar organic pollutants in aqueous samples. Tools for the rapid prediction and optimisation of the solid-phase extraction parameters. J. Chromatog. A, 823 (1998) 147-161
Analisi inquinanti Trattamento campione 41
Stima del volume di breakthrough (Vb) SPE– Sviluppo del metodo
Utilizzo di descrittori del soluto
La conoscenza del valore di ks o di kw visto che in genere il campione è acquoso, consente una stima del recupero ottenibile per un dato soluto
I valori di ks o di kw possono essere stimati da misure condotte su colonne analitiche sfruttando la relazione:
Skk ws lnln
dove è la frazione di solvente organico nell’eluente
Per il sistema acqua metanolo ( esiste, in genere, una buona
linearità
Analisi inquinanti Trattamento campione 42
Stima del volume di breakthrough (Vb) SPE– Sviluppo del metodo
Confronto fra Vb e recuperi sperimentali e calcolati da logkw
Analisi inquinanti Trattamento campione 43
Stima del volume di breakthrough (Vb) SPE– Sviluppo del metodo
Utilizzo di parametri di solvatazione (Abraham, 1993)
Vx: volume molecolare caratteristico
R2 rifrazione molare eccessiva
H2 dipolarità/dipolarizzabilità
aH2 e bH
2 acidità e basicità effettive del legame
idrogeno
Questi descrittori sono disponibili per più di 2000 composti
HHHxs bbaasrRmVck 2222log
Analisi inquinanti Trattamento campione 44
SPE– Sviluppo del metodo
Energie di interazione in gioco nei processi di estrazione in fase solida
Interazione Energia (kcal/mole)
Dispersione 1-5
Dipolo-dipolo indotto 2-7
Dipolo-dipolo 5-10
Legame idrogeno 5-10
Ionica 50-200
Covalente 100-1000
Analisi inquinanti Trattamento campione 45
I supporti per SPE tipo C18 e C8 sono particolarmente utili per soluti idrofobi
SPE– Silice C18 e C8
Soluti con Kow > 3 sono recuperati per più del 95% eluendo 500 mL di campione su 500 mg di fase
Tipicamente l’area superficiale è 500-600 m2/g
Problemi di interazioni ioniche con i gruppi silanolici liberi: deprotonazione completa a pH>4
Analisi inquinanti Trattamento campione 46
Caratteristiche dei supporti per SPE tipo C18 e C8
SPE– Silice C18 e C8
Analisi inquinanti Trattamento campione 47
SPE– Polistirene-Divinilbenzene
Caratteristiche dei supporti per SPE tipo Polistirene-Divinilbenzene
Analisi inquinanti Trattamento campione 48
SPE
Recupero di analiti polari utilizzando differenti supporti
Analisi inquinanti Trattamento campione 49
SPE-Applicazioni
Chromatograms of plasma from a volunteer before and after administration of 600 mg of aspirin (a) plasma immediately prior to administration, (b) plasma sample taken 13 min after administration, concentration of aspirin=2.55 g/ml and concentration of salicylic acid=3.43 g/l (peak 2) and (c) plasma sample taken 5 h after administration, concentration of salicylic acid=13.98 g/l.
Analisi inquinanti Trattamento campione 50
Chromatograms of water samples from several steps of water treatment in a water works (fluorescence detection, wavelength combination ex=230 nm, em=340 nm).
On-line enrichment of 50ml using a 10×4 mm I.D. precolumn packed with C18 silica
and operating in ion-pair mode by addition of 1mM of tetrabultylammonium in the sample at pH 6.5.
SPE-Applicazioni
Analisi inquinanti Trattamento campione 51
Trattamento del campione assistito da microonde
Le procedure di trattamento del campione che sfruttano l’energia delle microonde si basano sulla capacità di taluni materiali o soluzione di riscaldarsi se immerso in un campo di elevata frequenza
ESTRAZIONI ASSISTITE (MAE)Prime applicazioni nel 1986
DIGESTIONI ASSISTITEPrime applicazioni nel 1975
Analisi inquinanti Trattamento campione 52
Estrazione assistita da microonde (MAE)
Il riscaldamento avviene per l’effetto diretto delle microonde sulle molecole del materiale
Conduzione ionica Rotazione dei dipoli
L’applicazione del campo elettromagnetico produce una migrazione elettroforetica degli ioni
La resistenza della soluzione al moto degli ioni, produce attrito che induce il riscaldamento della soluzione
I dipoli tendono a allinearsi per effetto del campo elettromagnetico. Alla frequenza di 2450 MHz i dipoli si trovano in una configurazione ordinata circa 5·109 volte al secondo
Questo movimento molecolare forzato induce il riscaldamento della soluzione
Analisi inquinanti Trattamento campione 53
Estrazione in microonde (MAE) Fattore di dissipazione
Il fattore di dissipazione, tan, è una misura della capacità di un solvente di assorbire l’energia delle microonde e trasferirla come calore ad altre molecole
'
''tan
Costante dielettrica: indice della polarizzabilità delle molecole in un campo elettrico
??Caduta?? dielettrica: indice dell’effiicenza della conversione dell’energia delle microonde in calore
Analisi inquinanti Trattamento campione 54
Estrazione in microonde (MAE) Fattore di dissipazione
Soluzioni ioniche e solventi polari, (momenti dipolari permanenti) hanno un’elevata capacità di assorbimento
dell’energia delle microonde
Analisi inquinanti Trattamento campione 55
Estrazione in microonde (MAE) Meccanismi di estrazione
IIl campione è immerso in una soluzione che assorbe fortemente l’energia
IIIl campione immerso in una miscela costituita da solventi ad alta e bassa ’’
IIIIl campione possiede un’elevata ’’: l’estrazione è effettuata in un solvente trasparente alle microonde
Analisi inquinanti Trattamento campione 56
Estrazione in microonde (MAE) Ottimizzazione dell’estrazione
Composizione del solvente (diverso meccanismo)
Volume del solvente
Temperatura di estrazione
Tempo di estrazione
Composizione o modificazione della matrice
80-120 °C
10-40 mL
5-10 min
Grado di umidità del campione
Analisi inquinanti Trattamento campione 57
Estrazione in microonde (MAE) Composizione del solvente
Meccanismo I Analita SolventeAtrazina AcquaTaxeni Etanolo
LMW Oligomeri EtanoloArsenico (pesci) Metanolo/Acqua
PAH Tensioattivo (POLE)
Meccanismo II Analita SolventeOrgnici semivolatili Esano/Acetone (1:1)
PAH, Paraffine Esano/Acetone (1:1)PAH Isoottano/Acetone (1:1)
Fenoli, Esteri Esano/Acetone (1:1)Organoclorurati Etilacetato/Cicloesano (1:1)
Esteri Esano/Acetone (1:1)
Aggiunta di 10% acqua al solvente di estrazione
Analisi inquinanti Trattamento campione 58
Estrazione in microonde (MAE) Composizione del solvente
Meccanismo III Tutti i casi in cui un campione ha un elevato contenuto di acqua:•Sedimenti•Tessuti vegetali (oli essenziali)
In generale il grado di umidità della matrice migliora l’efficienza di
estrazione ed esistono numerose applicazioni nella quali una certa percentuale di acqua (fino al 40%) viene aggiunta al campione prima
dell’estrazione
Analisi inquinanti Trattamento campione 59
Estrazione in microonde (MAE) Strumentazione
Milestone ETHOS SEL Microwave Extraction Labstation
Cem
Analisi inquinanti Trattamento campione 60
Digestione in microonde (MAE)
Analisi inquinanti Trattamento campione 61
Estrazione liquido/solido
Estrazione supercritica
Elevata efficienza e rapiditàMinimo impiego di solventi organiciParziale selettività Costi elevati della strumentazioneDimensioni limitate del contenitore
Analisi inquinanti Trattamento campione 62
Estrazione liquido/solido
Estrazione supercritica
PAH Sedimenti CO2, 345 atm, 40°C
Organoclorurati Suolo CO2
Diossine Sedimenti 2% metanolo in CO2
e N2O
ALCUNE APPLICAZIONI
Analisi inquinanti Trattamento campione 63
Rimozione delle interferenze
In genere gli estratti organici di campioni acquosi, richiedono una procedura di purificazione clean-up per rimuovere gli eventuali interferenti estratti assieme agli analiti.
ESTRATTO ORGANICO
RIDUZIONE DI VOLUME
CAMBIO DI SOLVENTE
TRASFERIMENTO SULSUBSTRATO DI CLEAN-UP
ANIDRIFICAZIONENa2SO4
Corrente di azotoEvaporatore rotanteKuderna-Danish
In genere il primousato nel clean-up
Analisi inquinanti Trattamento campione 64
Esempio di clean-up su silice
2.5 g Silice attivatia 180°C, 10 mm i.d.
20 mL esano n-alcani, PCB
30 mL CH2Cl2/ esano 1:1 aromatici, pesticidi
30 mL CH2Cl2+
30 mL ACETONEpolar compounds
Analisi inquinanti Trattamento campione 65
Solid Phase Micro Extraction (SPME) Trattamento del campione
stainless steel microtubing
coatingsilica fiber
syringe needle
epoxy glue
Analisi inquinanti Trattamento campione 66
Solid Phase Micro Extraction Trattamento del campione
Sistema commercializzato daSUPELCO
Analisi inquinanti Trattamento campione 67
Solid Phase Micro Extraction Trattamento del campione
SAMPLE
Fibra
Kfh
Khs
Kfs
Headspace
Analisi inquinanti Trattamento campione 68
Solid Phase Micro Extraction Trattamento del campione
Equazione fondamentaleKfs Vf + Khs Vh + Vs
n =Kfs Vf C0 Vs
n = massa di analita adsorbita dal rivestimento
C0= conc. iniziale dell’analita nel
campione Kfs= coeff. di ripartizione dell’analita tra
fibra e campione
Khs= coeff. di ripartizione dell’analita
tra fibra e spazio di testaVf= volume del rivestimento
Vh= volume dello spazio di testa
Vs= volume del campione
Analisi inquinanti Trattamento campione
Sensibilità: si raggiungono limiti di rivelabilità dell’ordine di ppt con un detector a cattura di elettroni
Versatilità: compatibile con qualsiasi GC o MS
Velocità: l’equilibrio viene raggiunto in soli 2-30 min
Economicità: l’attrezzatura complessiva è di costo relativamente basso, la fibra è riutilizzabile fino a 100 volte e la spese per il solvente è molto ridotta
Solid Phase Micro Extraction Trattamento del campione
Vantaggi della tecnica
Analisi inquinanti Trattamento campione 70
Solid Phase Micro Extraction Trattamento del campione
1) CONDIZIONI DI ESTRAZIONE
a) temperatura del campione
b) tempo di estrazione
c) agitazione del campione
d) effetti della salinità della soluzione e pH
2) SELEZIONE DELLA FIBRA
a) polarità
b) spessore
3) CONDIZIONI DI DESORBIMENTO
a) temperatura dell’iniettore
b) tempo di splitless
c) tempo di desorbimento
Fattori che influenzano l’efficienza della tecnica
Analisi inquinanti Trattamento campione
1) Condizioni di estrazione
b) Modi di estrazione
Matrici Proprietà degli analiti Modo di campionamentogassoseliquide (pref. semplici)
media o bassa volatilità diretto
solide,liquide (anche complesse)
alta o media volatilità headspace
complesse bassa volatilità membrana di protezione
In pratica: Quando si è alle prese con un campione, la scelta si fa in modo empirico in base all’alta o bassa volatilità degli analiti.
a) Temperatura del campione
Kfs = K0 exp - H R ( 1
T1T0)
Kfs: cost. distribuzione dell’analita tra la fibra e il campione
K0: cost. distribuz. a T0 (in kelvin)
H: variazione dell’entalpia molare dell’analita al trasferimento
R: costante dei gas
Analisi inquinanti Trattamento campione 72
Solid Phase Micro Extraction:
Temperatura di estrazione
Trattamento del campione
Per soluti volatili H è la variazione di entalpia molare dell’analita nel trasferimento dal campione alla fibra ed è approssimabile con il calore di vaporizzazione del soluto puro.Se Kfs > 1, l’energia potenziale dell’analita nella fibra è minore di quella nel campione. Il processo di partizione è esotermico (H < 0).
0
2
4
6
8
10
12
290 300 310 320 330
T, °K
Kfs
00
11exp
TTR
HKK fs
Analisi inquinanti Trattamento campione 73
Trattamento del campioneSolid Phase Micro Extraction:
Tempo di estrazione
2
2
x
CD
t
C
La cinetica di estrazione è descrivibile dalla seconda legge di Fick:
1.0
0.8
0.6
0.4
0.2
0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0
Dft/(b-a)2
n / n
Analisi inquinanti Trattamento campione 74
Trattamento del campioneSolid Phase Micro ExtractionSolid Phase Micro Extraction:
Tempo di estrazione
Equazione pratiche per la stima del tempo di equilibrazione:
f
e D
thicknesstt
2
2
%95 Per immersione in campioni liquidi
Per spazio di testa
g
ffhe D
VKtt
2
%95 100
Analisi inquinanti Trattamento campione 75
Trattamento del campioneSolid Phase Micro Extraction:
Agitazione campione
Metodo vantaggi svantaggi Statico (no agitaz.) semplice, per fasi gassose limite per gli analiti volatili e l’headspace Agitazione magnetica buone prestazioni, richiede l’introduzione nella vial di una
barretta magnetica Agitazione interna prestazioni molto buone difficoltà a sigillare il campione Vortice/movimento della vial
buone prestazioni, non si introduce nulla nella vial
stress dell’ago e della fibra
Attraverso un flusso buone agitazioni a flussi rapidi potenziali contaminazioni “incrociate”, richiede flussi costanti
Ultrasuoni tempi di estrazione molto bassi rumore, riscaldamento del campione
0 20 40 60 80 100
cba
1
0.8
0.6
0.4
0.2
time (sec)
n / n
Analisi inquinanti Trattamento campione 76
Trattamento del campioneSolid Phase Micro Extraction:
Forza ionica campione
pH campione
Analisi inquinanti Trattamento campione 77
Trattamento del campioneSolid Phase Micro Extraction:
Selezione fibra: polarità
* Lista in ordine di polarità decrescenti. Valori: area
Analita *
Non Polar
100 PDMS
Polar 85
Poliacrilato
Particles/non polar
65/PDMS/DVB
Particles/Polar65
Carbowax/ DVB
Carboxen
Particles/PDMS
Metanolo 0 170 30 75 630
Etanolo 35 400 110 130 5250
Acetonitrile 180 260 160 130 6500
Isopropanolo 140 1500 600 250 97700
n-Propanolo 230 2700 1200 450 53400
Acetone 180 4000 640 250 83000
Acetato di etile 360 2100 14000 4700 449500
2-me-3-propanone 220 1200 48000 13000 821000
Analisi inquinanti Trattamento campione 78
Trattamento del campioneSolid Phase Micro Extraction:
Selezione fibra: spessore
* Lista in ordine di peso molecolare crescente; SPME: PDMS coated fiber.
Analisi inquinanti Trattamento campione
a) Temperatura
Kfs = cost. distribuzione fibra / gas
• Si lavora generalmente in splitless (250°C per 2-3 min)
Profilo di temperatura dell'iniettore
b) Modo di desorbimento
picco dovuto alla bassa esposizione della fibra
Trattamento del campioneSolid Phase Micro Extraction:Desorbimento
Analisi inquinanti Trattamento campione 80
Tecnica Limiti di rivelabilità Precisione (%RDS) Spesa Tempo Uso di solventePurge & Trap ppb 1-30 alta 30 min noStripping ppt 3-20 alta 2 h noSpazio di testa ppm bassa 30 min noEstraz. liq - liq. ppt 5-50 alta 1 h 1000 mlSPE ppt 7-15 media 30 min 100 mlSPME ppb-ppt 1-12 bassa 2-30 min no
Trattamento del campioneSolid Phase Micro Extraction:Applicazioni
Analisi inquinanti Trattamento campione 81
Extraction time profile for 100 ppb TEL solution, sampled from headspace with a 100- PDMS, 65- PDMS/DVB, and 65- Carbowax/DVB.
Trattamento del campioneSolid Phase Micro Extraction:Applicazioni
Da: Pawliszyn et al., Anal.Chem., 71 (1999) 2998 -3002
CW/DVB
PDMS/DVB
PDMS
Analisi inquinanti Trattamento campione 82
Calibration curve of TEL using 65- PDMS/DVB.
Da: Pawliszyn et al., Anal.Chem., 71 (1999) 2998
Trattamento del campioneSolid Phase Micro Extraction:Applicazioni
Analisi inquinanti Trattamento campione 83
Extraction time profile of SPME for Aroclor 1260 in aqueous solution at room temperature (volume of water, 2000 mL; initial concentration, 800 ng/L). Da: Li and Fingas, Anal. Chem., 70 (1998) 2510
Trattamento del campioneSolid Phase Micro Extraction:Applicazioni
Analisi inquinanti Trattamento campione 84
SPME analysis of alcohols in unleaded gasoline. Lower trace, native gasoline sample; upper trace, same gasoline spiked with 333 ppm (each) methanol (1), ethanol (2), and 2-propanol (3).
Da: Pawliszyn et al., Anal.Chem., 70 (1998) 19
Trattamento del campioneSolid Phase Micro Extraction:Applicazioni
Analisi inquinanti Trattamento campione 85
http://www.cm.utexas.edu/brodbelt/spme_refs.html
A Collection of SPME References:
Trattamento del campioneSolid Phase Micro Extraction:Applicazioni
Analisi inquinanti Trattamento campione 86
0
50
100
150
200
250
300
350
400
450
1996 1997 1998 1999 Fino a06/2000
SPME
SPE
SFE
Soxhlet
Trattamento del campioneChi tira di più?
Ricerca su Analytical Abstracts