EXTRAO COM FLUIDO SUPERCRTICO Glaucia M. F. Pinto Pontifcia
Universidade Catlica de Campinas, CEATEC, Faculdade de Qumica,
13086-900, Campinas, SP, Brasil. Jefferson F. Pinto Protimu Ltda.,
Rua Rinpolis, 109, Jardim do Trevo, 13031-125, Campinas, SP,
Brasil. Isabel C. S. F. Jardim Universidade Estadual de Campinas,
Instituto de Qumica, CP 6541, 13084-971 Campinas, SP, Brasil.
______________________________________________________Objetivo
Descrever a tcnica de preparo de amostra de extrao com fluido
supercrtico, seus parmetros e esquema de operao bsico,
correlacionando com outras tcnicas de preparo de amostras e
apresentando alguns exemplos de aplicaes tpicas em qumica
analtica.
Resumo Neste trabalho apresentou-se uma discusso das
caractersticas da extrao com fluido supercrtico, suas condies de
operao, uma comparao com outras tcnicas de extrao e aplicaes
analticas da tcnica. O trabalho mostra que um fluido supercrtico
pode ser obtido com diferentes substncias se as mesmas se
encontrarem acima do ponto crtico, da temperatura crtica e presso
crtica, o que pode ser visualizado em um diagrama de fases. Dentre
os fluidos supercrticos mais utilizados destaca-se o dixido de
carbono devido a seus baixos parmetros crticos, no toxicidade, no
inflamabilidade, no reatividade, possibilidade de obteno com alto
grau de pureza, grande acessibilidade, baixo custo e ser gasoso em
temperatura ambiente, sendo que este ainda pode ser modificado pela
adio de solventes orgnicos. A operao da extrao com fluido
supercrtico permite o acoplamento on-line e a recuperao do solvente
utilizado. Os parmetros que governam a SFE so discutidos
principalmente: presso, temperatura, natureza da matriz e
polaridade do fluido extrator. Alguns aspectos de comparao mostram
que a extrao com fluido supercrtico uma tcnica atrativa para ser
aplicada no preparo de amostras slidas, pois apresenta vantagens em
relao s outras alternativas de tcnicas de preparo de amostra
(soxhlet, ultra-som, extrao por solvente acelerado, entre outras),
devido as caractersticas de rapidez; baixo custo por extrao;
reduzido consumo de solventes orgnicos; baixa manipulao; boa
preciso e exatido; versatilidade; boa recuperao e facilidade de
automao. O trabalho ainda apresenta algumas aplicaes da SFE, que
hoje so muito numerosas e variadas, incluindo amostras ambientais
(solo, gua, ar, sedimentos, suspenses e tecidos animais), alimentos
(frutas, vegetais, cereais, tecidos animais...), produtos naturais
(leos essncias, aromas...), frmacos (drogas de abuso, hormnios...)
e polmeros.
Palavras-Chaves: Extrao, Fluido Supercrtico, Qumica Analtica
2 Introduo A extrao com fluido supercrtico (SFE - "Supercritical
Fluid Extraction") uma tcnica de extrao utilizada principalmente
quando se deseja retirar substncias de interesse (analitos) de
matrizes slidas. Ela emprega um fluido em condies supercrticas, que
apresenta propriedades intermedirias entre um gs e um lquido. O
crescimento desta tcnica est relacionado com a preocupao da
comunidade cientfica com a sade e o bem estar do ser humano,
gerando a necessidade de analisar matrizes cada vez mais complexas
(como guas naturais, solos, sedimentos e ar, alm de amostras de
alimentos, plantas, frutas, plsticos, etc.), com baixos nveis de
concentrao (traos e sub-traos). O fluido supercrtico O primeiro
relato da observao de uma fase supercrtica ocorreu em 1822, feito
pelo Baro Cagniard de la Tour. Ele notou, visualmente, que a
separao de fases entre um gs e um lquido desaparecia quando certas
substncias eram aquecidas em recipientes fechados [1]. Um fluido
supercrtico (SF-"Supercritical Fluid") definido como sendo formado
acima do ponto crtico, da temperatura crtica (Tc) e presso crtica
(Pc), o que pode ser visualizado em um diagrama de fases,
apresentado na Figura 1.
Figura 1. Diagrama de fases mostrando a regio do fluido
supercrtico para o dixido de carbono [1,2-4]. Quando somente um
valor crtico atingido (temperatura ou presso) o fluido considerado
em estado subcrtico [5].
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Extrao com Fludo Supercrtico
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3 Acima do ponto crtico, algumas propriedades da substncia, como
densidade e viscosidade, so intermedirias entre um gs e um lquido.
O fluido adquire uma densidade similar de um lquido (e portanto um
poder de solvatao) e simultaneamente uma compressibilidade parecida
com a de um gs. O grande poder de solvatao ocasiona uma alta
permeao do fluido na amostra, aumentando a probabilidade de uma
extrao completa [2,6]. Na Tabela 1 apresentam-se as propriedades
fsicas do SF e observa-se, comparando com as propriedades de
lquidos e gases, que o SF apresenta alta densidade, baixa
viscosidade e difusibilidade superior da fase lquida (o que explica
a grande e atrativa taxa de transferncia de massas do SF) [1,2,4].
Tabela 1. Ordens de magnitude de parmetros supercrticos e lquidos
(adaptada da Ref. 1).Densidade/ g mL-1 Gs (ambiente) Fluido
supercrtico (Tc, Pc) Lquido (ambiente) 0,0006 - 0,002 0,2 - 0,5
fsicos
para
gases,
fluidos
Viscosidade dinmica/ g cm-1 s-1 0,0001 - 0,003 0,0001 -
0,0003
Coeficiente de difuso / cm2/s-1 0,1 - 0,4 0,0007
0,6 - 1,6
0,002 - 0,03
0,000002 - 0,00002
Uma das propriedades mais importantes de um fluido supercrtico,
que est relacionada sua alta densidade (0,2 a 0,5 g mL-1), a sua
capacidade de dissolver molculas no-volteis de alta massa molar.
Por exemplo, o dixido de carbono supercrtico dissolve n-alcanos com
5 a 30 tomos de carbono [2]. Alm disso, a alta difusibilidade do
fluido supercrtico garante extraes rpidas. Outra importante
caracterstica do SF que sua densidade pode ser precisamente
ajustada, variando os valores de temperatura e presso (situao
compreendida pela observao do grfico da Figura 2), enquanto a
densidade de um lquido s alterada pela adio de outros solventes ou
com uma grande elevao da temperatura. Esta caracterstica de
densidade varivel responsvel pela grande seletividade dos SF, o que
representa uma vantagem, principalmente para matrizes complexas de
origem ambiental [1,3,4].
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4
Figura 2. Grfico mostrando a correlao entre densidade, presso e
temperatura, SCF = regio do fluido supercrtico, NCF = regio prxima
ao lquido crtico = regio subcrtica, CP = ponto crtico (adaptada da
Ref. 1). Os fluidos supercrticos mais utilizados Sem dvida, o
fluido supercrtico mais utilizado o dixido de carbono devido a seus
baixos parmetros crticos (Tabela 2), no toxicidade, no
inflamabilidade, no reatividade, possibilidade de obteno com alto
grau de pureza, grande acessibilidade, baixo custo e ser gasoso em
temperatura ambiente (o que facilita a separao do analito extrado)
[1,3,4,7]. Tabela 2. Temperatura, presso e densidade (dc) crticas
para alguns solventes [1].Solvente Xennio Trifluorometano
Clorotrifluorometano Dixido de Carbono xido Nitroso Hexafluoreto de
Enxofre Clorodifluorometano Propano Amnia Triclorofluorometano
guahttp://www.chemkeys.com G.M.F. Pinto, J.F. Pinto e I.C.S.F.
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Tcrtica /C 16,6 25,9 29,0 31,0 36,5 45,5 96,4 96,8 132,4 198,0
374,0
Pcrtica /MPa 5,76 4,69 3,87 7,29 7,17 3,71 4,85 4,24 11,13 4,35
21,77
dcrtica / g mL-1 1,10 0,52 0,58 0,47 0,45 0,74 ---0,22 0,24
---0,30Maro/2006
Extrao com Fludo Supercrtico
5 Existem SF que podem ser considerados opes em substituio ao
dixido de carbono, mas todos apresentam desvantagens que inibem o
seu uso: os clorofluorcarbonos so inimigos ambientais, pois
destroem a camada de oznio e causam o efeito estufa, o xido nitroso
pode ser explosivo na presena de matria orgnica e tende a se
decompor espontaneamente, o xennio apresenta custo muito elevado, a
amnia tem alta reatividade, entre outros [1,5]. O dixido de carbono
s no pode ser considerado um SF perfeito porque, devido a sua alta
densidade, apresenta uma capacidade limitada de dissolver molculas
polares. Esta desvantagem geralmente contornada pela adio de
modificadores, tambm chamados de co-solventes ou "entrainers". Os
modificadores podem ser solventes orgnicos, reagentes
derivatizantes ou reagentes de par-inico. Eles so adicionados
continuamente no fluxo de SF (acarretando na necessidade do uso de
uma segunda bomba) ou diretamente na amostra. Neste caso, as
vantagens so o favorecimento da dessoro do analito e a diminuio do
volume de solvente, mas a desvantagem a necessidade de um perodo
esttico adicional [1,5,8]. A funo dos modificadores facilitar a
solubilidade e a dessoro do analito do stio ativo da matriz. Porm,
os co-solventes devem ser adicionados em baixa concentrao (a
concentrao mais usada de no mximo 10% v/v), pois uma adio excessiva
pode ocasionar efeitos indesejveis, uma vez que os parmetros
crticos do SF so alterados para condies mais drsticas, podendo
levar a condies subcrticas, na qual a seletividade reduzida,
pode-se necessitar de uma etapa de "clean-up" prvia anlise e a
eficincia da coleta do soluto extrado corre o risco de ser
prejudicada [1]. A incorporao do modificador altera muito o poder
de solvatao do SF e o efeito na transferncia de massa tambm
modificado, especialmente se o modificador interagir com o soluto
[1]. Os modificadores mais utilizados so os solventes orgnicos e
dentre eles o mais empregado o metanol, mas a acetona, o
clorofrmio, o diclorometano e a acetonitrila tambm tm sido bastante
usados [8]. A gua, apesar de muitas vezes ser considerada
prejudicial no mecanismo de extrao, tm sido utilizada em alguns
trabalhos como modificadora [9,10], pois verificou-se que ela
ocasiona um inchao da matriz, o que favorece a extrao em certos
casos. O uso de gua supercrtica apresenta desvantagens, pois as
condies de temperatura e presso necessrias so elevadas e nestas
condies, se uma desgaseificao muito eficiente no for realizada, a
gua torna-se muito corrosiva para o sistema de ao inoxidvel. Uma
alternativa recente e interessante ao uso de dixido de carbono
modificado, empregada na extrao de compostos polares, o uso de gua
subcrtica, isto , gua aquecida sob condies moderadas e constantes
de presso. Nestas condies, a presso apresenta menor efeito, pois as
mudanas de densidade sohttp://www.chemkeys.com G.M.F. Pinto, J.F.
Pinto e I.C.S.F. Jardim Extrao com Fludo Supercrtico Maro/2006
6 menores. temperatura elevada (~200 C) e presso de
aproximadamente 5 MPa, a polaridade da gua torna-se similar do
metanol ou da acetonitrila e a tenso superficial e a viscosidade
tambm so reduzidas para valores prximos as do metanol e da
acetonitrila [11,12]. Field et al. [13] utilizaram a SFE com dixido
de carbono e extrao com gua subcrtica, seqencialmente, para
determinar Dacthal e seus metablitos cidos (mono e dicarboxlicos)
em solo. A recuperao dos metablitos cidos utilizando SFE com dixido
de carbono com metanol e acetonitrila foi menor que 50%, mas com
gua subcrtica foi maior que 90%. Crescenzi et al. [14] analisaram
multirresduos de herbicidas em solo utilizando gua subcrtica,
obtendo resultados superiores aos obtidos com extrao Soxhlet e a
extrao por ultrassonificao (USE - "Ultra Soniffication
Extraction"). Operao da SFE O processo de SFE pode ser dividido em
quatro estgios principais: dessoro do analito da matriz,
solubilizao do analito pelo fluido supercrtico, arraste do analito
para fora da clula de extrao e coleta do analito extrado [7,15]. A
Figura 3 mostra um esquema de um sistema bsico de SFE.
Figura 3. Esquema de operao de uma extrao com fluido
supercrtico, incluindo a etapa de concentrao (opcional) e a etapa
de anlise qumica [16]. A operao de extrao inicia-se com o
bombeamento do solvente para a clula extratora que contem a
amostra. O gs ento pressurizado e aquecido at chegar
shttp://www.chemkeys.com G.M.F. Pinto, J.F. Pinto e I.C.S.F. Jardim
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7 condies desejadas. Na clula extratora, ocorre o contato entre
a amostra e o fluido supercrtico, que pode ser de maneira dinmica,
na qual o SF continuamente passado atravs da matriz ou esttica, na
qual se emprega uma quantidade fixa de SF que permanece um perodo
de tempo em contato com a matriz, acontecendo a extrao. Aps esta
etapa, o extrato obtido levado at um restritor (fixo ou varivel),
no qual h um controle de temperatura e presso. O extrato separado
do fluido, que retorna ao seu estado fsico original (devido
despressurizao), recolhido em um sistema de coleta utilizando
geralmente um solvente, um sistema criognico, uma reteno em fase
slida adequada ou ainda acoplamento "on-line" com um sistema de
anlise ou deteco. O solvente extrator normalmente recolhido e
reciclado. Parmetros da SFE Os parmetros que governam a SFE so
principalmente: presso, temperatura, natureza da matriz e
polaridade do fluido extrator [5,7]. Presso Existe uma presso,
conhecida como "threshold pressure", na qual o soluto comea a se
solubilizar no fluido supercrtico. Esta zona de solubilidade
aumenta muito rapidamente com a presso, que corresponde ao aumento
rpido na densidade do fluido, at atingir um valor mximo. Aps o
valor mximo ocorre ligeira queda de solubilidade com o aumento da
presso, o que pode ser explicado pelas foras de repulso entre as
molculas do soluto dissolvidas no fluido supercrtico. O controle da
presso permite realizar uma extrao seletiva. A ttulo de exemplo,
pode-se realizar a extrao seletiva de alcanos a uma temperatura de
45 C e uma presso de 7,5 MPa, em relao aos hidrocarbonetos
poliaromticos (PAH), extrados a uma temperatura de 45 C e uma
presso de 30 MPa [5,7,17]. Temperatura Um aumento da temperatura,
presso constante, ocasiona uma diminuio na densidade do fluido
supercrtico e portanto no seu poder de solvatao. Logo, os compostos
no volteis tero sua solubilidade diminuda nestas condies e em
conseqncia, o rendimento da extrao ser diminudo. O comportamento
dos compostos volteis mais complexo, pois a solubilidade deles no
fluido supercrtico depende do poder de solvatao do fluido e das
tenses do vapor [7]. Nas matrizes naturais, nas quais a grande
maioria dos solutos encontra-se fixo nos stios ativos da matriz,
uma elevao da temperatura resulta em um aumento do rendimento de
extrao, independente da volatilidade do soluto. Isto ocorre pois
hhttp://www.chemkeys.com G.M.F. Pinto, J.F. Pinto e I.C.S.F. Jardim
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8 um aumento na energia trmica, que facilita a dessoro dos
solutos fixos nos stios ativos da matriz [7,17]. O ponto de fuso
dos solutos de interesse tambm um fator importante, uma vez que
muitos solutos dissolvem-se mais facilmente no fluido supercrtico
se estiverem no estado lquido [17]. Deve-se lembrar que a elevao da
temperatura prejudicial no caso de molculas orgnicas termolbeis.
Natureza da matriz O rendimento da extrao depende fortemente das
caractersticas da matriz, principalmente natureza dos stios ativos,
superfcie especfica, porosidade, polaridade e umidade [7]. Em
anlises ambientais utilizando SFE, a matriz mais comum estudada o
solo, o qual por si j constitui uma cincia especfica [17]. Para
aumentar a superfcie de contato entre a matriz e o SF,
intensificando a transferncia de soluto para o SF, as partculas do
solo devem ser as menores possveis. Amostras de solo com alto teor
de enxofre elementar devem sofrer a adio de cobre particulado, pois
a formao de sulfeto de cobre inibe possveis interferncias, uma vez
que o enxofre pode ser extrado durante a SFE e causar obstrues no
restritor [9]. A presena de gua na amostra um assunto delicado.
Como regra geral, quantidades ao redor de 5% podem favorecer o
rendimento da extrao devido ao efeito de inchao da amostra,
facilitando a difuso do fluido supercrtico e aumentando a
polaridade do fluido, funcionando como um modificador. Um excesso
de gua, por outro lado, vai ocasionar uma diminuio no rendimento da
extrao, principalmente devido formao de "plugging" no restritor,
ocasionado pela baixa solubilidade da gua no fluido supercrtico.
Devido a isso, se o fluido supercrtico utilizado na extrao for o
dixido de carbono provavelmente ocorrer a formao de pequenas
partculas de gelo [5,8]. Para evitar a presena indesejvel da gua,
um procedimento comumente adotado a adio de agentes secantes, como
o Hydromatrix (uma terra de diatomcea peletizada), o sulfato de
magnsio, o sulfato de sdio, o celite ou a celulose CF-1. As
desvantagens dos sulfatos de sdio e magnsio so as baixas
capacidades relativas de reteno de gua e, alm disso, o sulfato de
magnsio aquece quando hidrata. Os sulfatos podem ainda obstruir o
restritor devido a suas partculas pequenas e formar aglomerados
quando misturados com a gua. De fato, o Hydromatrix parece ser o
agente secante mais eficiente, apresentando, como principal
vantagem, o fato de reter at duas vezes sua massa em gua. Um ponto
ahttp://www.chemkeys.com G.M.F. Pinto, J.F. Pinto e I.C.S.F.
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Extrao com Fludo Supercrtico
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9 ser considerado, que os agentes secantes Hydromatrix, celite e
celulose CF-1 mostraram reteno parcial de alguns pesticidas [5].
Polaridade do fluido extrator Como previamente mencionado, a
presena de um modificador altera a polaridade do SF. Os mecanismos
de interao do modificador no so bem explicados, mas existem quatro
modos de ao propostos [5]: a) - ocorre um aumento da solubilidade
dos solutos devido mistura do SF com o solvente polar; b) - ocorre
uma troca dos solutos fixos nos stios ativos da superfcie da matriz
pelo solvente modificador; c) - h uma fixao do solvente modificador
na superfcie da matriz evitando que ocorra uma readsoro dos
solutos; d) - ocorre uma solvatao adicional da matriz (inchao)
facilitando a penetrao do SF. Provavelmente, em amostras de solo
contaminadas naturalmente, matrizes vegetais e biolgicas, os trs
primeiros modos de ao ocorram simultaneamente [7]. SFE e Outras
Tcnicas de Extrao Nas ltimas dcadas, a preocupao com o
desenvolvimento de tcnicas analticas mais modernas foi bastante
intensa, fazendo com que hoje a etapa de anlise apresente alto grau
de tecnologia, rapidez, preciso e exatido. O mesmo no ocorreu com a
etapa de preparo da amostra. Assim, mais recentemente, percebeu-se
que esta etapa representa uma parcela excessiva do tempo (61%) [1]
e do custo total da anlise, e tambm a maior responsvel pelo erro
associado ao resultado final. Esta realidade ocasionou uma grande
preocupao com o desenvolvimento das tcnicas de extrao de analitos
de matrizes complexas, pois sem elas a determinao no possvel.
Buscando principalmente, as seguintes caractersticas: - Rapidez; -
Baixo custo por extrao; - Reduzido consumo de solventes orgnicos; -
Baixa manipulao; - Boa preciso e exatido; - Versatilidade; - Boa
recuperao; - Facilidade de automao.http://www.chemkeys.com G.M.F.
Pinto, J.F. Pinto e I.C.S.F. Jardim
Extrao com Fludo Supercrtico
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10 Tm-se desenvolvido tcnicas de extrao alternativas para as
tradicionalmente utilizadas (que no possuem tais caractersticas):
extrao lquido-lquido (LLE "Liquid-Liquid Extraction"), utilizada
para amostras lquidas e extrao por solvente (Soxhlet), utilizada
para amostras slidas. A extrao em fase slida (SPE - "Solid Phase
Extraction") e a microextrao em fase slida (SPME - "Micro Solid
Phase Extraction"), tm substitudo, com sucesso, a maioria das
aplicaes da LLE. Como alternativa extrao Soxhlet surgiram a extrao
assistida por microondas (MAE - "Microwave Assisted Extraction"), a
extrao com fluido supercrtico (SFE), a extrao por ultrassonificao
(USE - "Ultra Soniffication Extraction") e a extrao por solvente
acelerado (ASE - "Accelerate Solvent Extraction"), sendo que a SFE
e a ASE so as que tm se mostrado mais atrativas para substituir a
extrao Soxhlet. MAE e USE so tcnicas baseadas na utilizao de uma
quantidade reduzida de solvente, escolhido de acordo com a natureza
do analito de interesse, no qual o processo de extrao acelerado
pelo uso de um tipo de energia, microondas e ultrasom,
respectivamente. Os resultados de extrao obtidos so geralmente
equivalentes aos da extrao Soxhlet, mas o tempo gasto no ultrapassa
30 min, na maioria dos casos [18]. A ASE a tcnica mais recente e
utiliza temperatura elevada (50-200 C) e, conseqentemente, presso
alta (3,5-21 MPa), para manter o solvente no estado lquido. Esta
tcnica permite obter extraes quantitativas em aproximadamente 15
min. [18]. O inconveniente principal da USE, MAE e ASE que estas
tcnicas, inevitavelmente, co-extraem compostos indesejveis da
matriz, resultando na necessidade de incluir uma etapa de
"clean-up" [18]. Assim, a SFE apresenta uma vantagem importante
sobre as demais tcnicas citadas, pois alm de ser rpida e utilizar
baixo volume de solventes, possui uma alta seletividade, excluindo
a necessidade de eliminao de interferentes, previamente anlise
[18]. O tempo de preparo de uma amostra utilizando SFE pode variar
entre 15 min a 2 h, enquanto que utilizando extrao Soxhlet este
tempo oscila entre 16 e 30 h. O volume de solvente orgnico gasto em
uma SFE , em mdia, de 15 mL (se o trapeamento for realizado com
solvente), j utilizando a extrao Soxhlet o volume mdio de solvente
gasto de 150 mL. Calcula-se que o custo de extrao por amostra,
utilizando SFE seja ao redor de US$ 5.50 versus US$ 22.00 para o
mtodo convencional [16]. Estes e outros fatores tm despertado a
ateno dos pesquisadores para a SFE e muito se tem investido no
desenvolvimento e investigao de novas e
variadashttp://www.chemkeys.com G.M.F. Pinto, J.F. Pinto e I.C.S.F.
Jardim Extrao com Fludo Supercrtico Maro/2006
11 aplicaes para esta tcnica de extrao, principalmente na rea
ambiental, devido complexidade das matrizes envolvidas (que
requerem um mtodo eficiente de extrao) e pelo fato de que, nos dias
atuais, o interesse global nesta rea supera qualquer outra. Outros
fatores que impulsionaram o desenvolvimento e o aumento da utilizao
da SFE em escala analtica foram: a) o investimento e a
disponibilizao de equipamentos comerciais, sendo atualmente sete os
fabricantes de equipamentos, com a ISCO liderando o mercado [11,12]
e b) o surgimento de um mtodo oficial da Agncia de Proteo Ambiental
Norte-Americana (EPA - "Environmental Protection Agency"), em 1992
(Mtodo 3560 para determinao de hidrocarbonetos de petrleo em
solos). Hoje existem mais dois mtodos oficiais da EPA que utilizam
SFE: Mtodo 3561, para anlise de hidrocarbonetos aromticos
polinucleares (PAH) e mtodo 3562, para anlise de bifenis
polinucleares (PCB) e pesticidas organoclorados (OCP) em solos,
sedimentos, aerossis e outros materiais slidos. Dentre as
principais desvantagens da SFE devem-se citar: [12,19]. - Alto
custo instrumental (de US$ 10 a 80 mil); - Grande nmero de
parmetros para otimizar e controlar; - Laborioso desenvolvimento de
mtodo; - Condies de extrao fortemente dependentes da matriz. Um dos
fatores importantes para decidir se as vantagens da SFE compensam
as desvantagens o nmero de anlises que o laboratrio interessado na
tcnica realiza. Aplicaes da SFE em Qumica Analtica Apesar das
aplicaes da SFE na rea analtica serem relativamente recentes,
meados da dcada de 80, esta tcnica de extrao tem sido utilizada h
muito tempo em aplicaes industriais. Os primeiros a utilizarem o
poder de solvatao do SF foram Hannay e Hogarth em 1879 [1],
estudando a solubilidade do cloreto de cobalto (II), cloreto de
ferro (II), brometo de potssio e iodeto de potssio em etanol
supercrtico [1]. Aps isto, os estudos com SF foram intensificados
surgindo vrias patentes para extrao de diversos produtos naturais,
como extrao de cafena do caf, extrao da nicotina do tabaco, obteno
de aromatizantes de diversas especiarias, alm de aplicaes que
incluem extrao de leos vegetais, preparao de alimentos dietticos
(eliminao de gorduras), purificao de compostos e etc. Sem dvida, a
aplicao industrial de maior destaque a obteno do caf descafeinado,
que antes da utilizao da SFE era obtido por extrao com solventes
orgnicos txicos. Hoje, as aplicaes da SFE so muito numerosas e
variadas, incluindo amostras ambientais (solo, gua, ar, sedimentos,
suspenses e tecidos animais), alimentoshttp://www.chemkeys.com
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Extrao com Fludo Supercrtico
Maro/2006
12 (frutas, vegetais, cereais, tecidos animais...), produtos
naturais (leos essncias, aromas...), frmacos (drogas de abuso,
hormnios...) e polmeros. Muitas pesquisas tentam mostrar as
potencialidades do uso de SFE. Tais pesquisas deixam claro que,
apesar da potencialidade, isto , da SFE poder ser aplicada uma
ampla variedade de matrizes, para determinao de diversos analitos,
muitas vezes as condies especficas que devem ser usadas para tornar
a extrao possvel ou eficiente, no compensam as vantagens
apresentadas, e portanto, apesar de potencial, o uso da SFE deixa
de ser vivel. Algumas aplicaes mais recentes e relevantes foram
selecionadas, com grande destaque para as aplicaes na rea
ambiental: Amostras ambientais: a) Matrizes slidas (solo e
sedimentos) Solo e sedimentos apresentam grande interesse
ambiental, pois sabe-se que eles esto interligados com os demais
compartimentos do ecossistema, existindo processos de transporte de
contaminantes dos solos (ou sedimentos) para a gua e o ar,
influenciando, portanto, na contaminao do meio ambiente como um
todo. Sem dvida, o solo a matriz ambiental na qual o uso da SFE
apresenta maior potencialidade e viabilidade. Isto porque, fora
alguns cuidados prvios com a amostra (controle da umidade, tamanho
de partculas e adio de cobre para eliminao de enxofre) nenhuma
condio especial de anlise necessria. A amostra slida adicionada
diretamente na clula extratora. Alm disso, os conceitos envolvidos
so relativamente simples e bem estabelecidos. Na maioria dos casos,
o dixido de carbono um fluido supercrtico bastante adequado, sendo
que a necessidade de adio de um modificador depende do analito. Os
analitos mais extrados em amostras deste tipo so: PAH, PCB e
pesticidas. Morselli et al. [20] determinaram hidrocarbonetos de
petrleo em solos utilizando SFE. Foram utilizadas amostras de solo
fortificadas para as determinaes. As extraes foram realizadas em um
equipamento Hewlett-Packard modelo 7650T, utilizando dixido de
carbono e extrao dinmica e esttica. Foram adicionados 5 ou 10%
(v/v) de acetona, como modificador, diretamente na clula de extrao.
As extraes foram realizadas a uma temperatura de 80 C e uma presso
de 22,7 MPa, sendo a coleta feita em fase estacionria
octadecilsiloxano (C18). A soro dos hidrocarbonetos foi avaliada
utilizando a equao de Freundlich e verificou-se que ela depende
fortemente do contedo de matria orgnica dos solos. Avaliou-se que
as recuperaes do analito dependem da soma do equilbrio entre as
extraes dinmicas e estticas. Verificou-se que a presena de 5% (v/v)
de acetona como modificador foi a condio que forneceu os melhores
resultados.http://www.chemkeys.com G.M.F. Pinto, J.F. Pinto e
I.C.S.F. Jardim Extrao com Fludo Supercrtico Maro/2006
13 Berset e Holzer [10] desenvolveram um mtodo para extrao,
utilizando SFE, e quantificao, utilizando cromatografia gasosa de
alta resoluo acoplada espectrometria de massas, de alguns dos
principais contaminantes ambientais: os PAH, os PCB e os OCP. A
matriz analisada era constituda por uma suspenso de esgoto
domstico, industrial e esgoto obtido aps o escoamento superficial
de gua. Foi adicionado cobre s amostras secas, para um tratamento
prvio, e as SFE foram realizadas utilizando um equipamento
Hewlett-Packard 7680T, sendo as condies de extrao diferenciadas
para cada tipo de contaminante. As extraes de PAH foram realizadas
em trs etapas com extraes dinmicas e estticas. A primeira utilizou
dixido de carbono, temperatura de 80 C, presso de 12,1 MPa e coleta
em fase slida (C18). Na segunda o SF foi dixido de carbono com 1%
(v/v) de metanol e 4% (v/v) de diclorometano, temperatura de 120 C,
presso de 33,5 MPa. A terceira etapa tambm foi realizada com dixido
de carbono puro como SF nas mesmas condies de temperatura e presso
da segunda etapa. A primeira etapa de extrao dos PAH visou a extrao
dos PAH mais volteis, a segunda etapa extraiu os PAH menos volteis
e a terceira etapa foi usada para purgar o sistema e prepar-lo para
a prxima extrao. Antes do experimento, houve a adio de 20% (v/m) de
gua para ocupar os stios polares da matriz e facilitar a extrao. As
extraes de PCB foram realizadas empregando extrao dinmica e
esttica, com dixido de carbono puro, temperatura de 80 C e presso
de 30,5 MPa. A coleta do extrato foi feita em Florisil. Para os
OCP, as extraes foram realizadas dinmica e estaticamente,
utilizando dixido de carbono puro como SF, temperatura de 50 C,
presso de 29,9 MPa e coleta em C18. Os extratos sofreram uma etapa
de "clean-up" utilizando colunas de slica gel (PAH e PCB) e coluna
de terra de diatomceas (OCP). As recuperaes obtidas foram boas, com
valores muito prximos a 100% na grande maioria dos casos. Os nveis
de concentrao encontrados foram, em mdia, de 6,9 mg/kg (massa seca)
para a soma de 16 PAH constantes na lista da EPA; 0,1 mg/kg (massa
seca) para a soma de sete PCB estudados, e 0,002-0,072 mg/kg (massa
seca) para os OCP determinados no esgoto. S foi encontrada correlao
entre tipo de esgoto e grau de contaminao para os PAH. Rissato et
al. [21] desenvolveram um mtodo multiressduo para determinao de
pesticidas organoclorados, organonitrogenados, organofosforados e
pireterides em solo usando a SFE e compararam o rendimento obtido
com o de extrao slidolquido convencional. A determinao dos
pesticidas foi feita por cromatografia
gasosahttp://www.chemkeys.com G.M.F. Pinto, J.F. Pinto e I.C.S.F.
Jardim Extrao com Fludo Supercrtico Maro/2006
14 com detector de captura de eltrons (GC-ECD) e por
cromatografia gasosa acoplada espectrometria de massas (GC-MS),
precedida de uma etapa de "clean-up" utilizao cartuchos C18. Alguns
parmetros experimentais relevantes para a eficincia de extrao foram
estudados, presso de 40 MPa, temperatura de extrao de 60 C e tempo
de 20 min. Como a soro de pesticidas pode ser afetada pelo tempo de
residncia no solo, amostras de solo fortificadas foram extradas aps
perodos diferentes de repouso (1, 20 e 40 dias). Uma amostra de
solo real, coletada em um campo agrcola em Bauru (SP-Brasil), tambm
foi analisada empregando as condies experimentais j otimizadas para
SFE e extrao slido-lquido. Os resultados obtidos mostraram que a
SFE pode ser utilizada para extrair uma grande quantidade de
pesticidas de diferentes classes de amostras de solo com menor
tempo de extrao e uso reduzido de solventes, obtendo-se valores de
recuperao acima de 80%. b) Matrizes lquidas (gua) A gua o recurso
natural de maior importncia para os seres vivos, uma vez que um
homem (por exemplo) pode passar vrios dias sem comer, mas no pode
passar 2 dias sem beber gua. Alm disso, o homem tem cada vez mais
conscincia de que a gua um recurso finito e ento, vem crescendo a
preocupao com relao s contaminaes deste recurso. Esta matriz talvez
a que apresente maiores dificuldades nas tentativas de utilizao da
SFE. O parmetro decisivo na extrao de amostras de gua (ou lquidas
genericamente) o coeficiente de distribuio do analito entre o SF e
a fase lquida. Do ponto de vista do transporte do analito, a extrao
dinmica preferida em relao esttica devido a problemas de possveis
precipitaes do analito durante o processo de decrscimo de presso.
Poucos trabalhos [22-25] tm sido realizados com SFE diretamente em
matrizes aquosas, apesar de existirem clulas extratoras prprias
para este uso [7]. Este tipo de extrao tem maiores possibilidades
quando o analito apresenta solubilidade reduzida em gua ou voltil
[26]. A SFE pode ser aplicada diretamente s matrizes aquosas de
duas maneiras: a) colocando a amostra diretamente na clula de
extrao especial ou b) adicionando a amostra a um suporte slido (o
mais usado Celite), que colocado na clula de extrao. A segunda
maneira apresenta a vantagem de se utilizar o mesmo equipamento
usado para amostras slidas e a desvantagem de permitir a extrao de
um volume reduzido de amostra [26]. A alternativa freqentemente
utilizada, em substituio a SFE direta, para extrao de matrizes
lquidas, o uso da SPE previamente SFE. Primeiramente,
ahttp://www.chemkeys.com G.M.F. Pinto, J.F. Pinto e I.C.S.F. Jardim
Extrao com Fludo Supercrtico Maro/2006
15 amostra aquosa submetida SPE, utilizando como sorvente disco
de extrao com grupos octadecil (C18) ou outro, e posteriormente a
fase slida, contendo os solutos de interesse, levada para a SFE
[26]. Isto, pode acarretar perdas de reprodutibilidade, aumento do
erro da anlise e diminuio da recuperao, pois ocorre o acoplamento e
a soma de duas tcnicas de extrao, cada qual com suas desvantagens.
Alm disso, a extrao dos analitos retidos em fase slida utilizando
eluio com solvente mais simples e rpida que a eluio usando SFE, o
que envolveria, ainda, o desenvolvimento de um novo mtodo. A
vantagem do uso do SF para extrair os analitos da fase slida,
estaria centralizada, principalmente, em aplicaes envolvendo o uso
"on-line" de cromatografia gasosa (GC) pois, como a maioria dos SF
um gs em temperatura ambiente, isto facilitaria o acoplamento.
Porm, a SFE com matrizes aquosas direta apresenta a desvantagem de
necessitar de extraes contnuas (em recirculao) para melhorar as
recuperaes, que mesmo assim so menores que as obtidas com SPE/SFE.
Desta forma, a SFE direta torna-se mais demorada. Os contaminantes
mais estudados em gua so os PAH, fenis e pesticidas. Messer e
Taylor [27] estudaram a recuperao de traos de 39 analitos
semivolteis de amostras de gua fortificadas. Neste estudo foi
utilizado 1 litro de amostra, que primeiramente foi passado por um
disco de extrao, Empore C18, sendo posteriormente extrado em
sistema de SFE. Foi realizada uma SFE com dixido de carbono puro e
outra com dixido de carbono modificado com acetona (melhor condio
para os compostos mais polares). Em ambos os casos, a coleta do
analito foi feita em cartucho C18, sendo eludo posteriormente com
diclorometano. A anlise dos extratos foi feita por cromatografia
gasosa acoplada ao espectrmetro de massas (GC/MS). As recuperaes
obtidas variaram entre 35-158%, com estimativa do desvio padro
relativo entre 3,3-15%. Sandra et al. [28] analisaram amostras de
suco de fruta fortificadas com pesticidas, utilizando SFE e GC/MS.
Os autores verificaram que a adio de uma fase slida na clula de
extrao foi essencial, e para este propsito foi usada a fase
Chromsorb W, formando um "sandwich" com a amostra lquida. Aps as
extraes a coleta foi feita em cartucho C18 e as recuperaes obtidas
ficaram entre 85-103%. Kane et al. [29] compararam os resultados
obtidos, para extrao de surfactantes no-inicos utilizando a SFE
direta de amostras aquosas e o uso de SPE previamente SFE. O mtodo
de SFE direta utilizou uma clula de extrao modificada para
maximizar a exposio do analito e a extrao foi realizada
continuamente at atingir 2 h. As recuperaes obtidas com SFE direta
no excederam 60%, com um tempo de extrao de 2 h, enquanto que com o
uso de SPE/SFE as recuperaes foram de aproximadamente 90% e o tempo
de extrao foi de 30 min.http://www.chemkeys.com G.M.F. Pinto, J.F.
Pinto e I.C.S.F. Jardim Extrao com Fludo Supercrtico Maro/2006
16
c) Matrizes gasosas (ar) Muitos compostos orgnicos volteis podem
ser encontrados no ar (atmosfrico, de ambiente fechado ou aberto),
principalmente sorvidos em material particulado, poeira ou
aerossis, apontando possveis contaminaes ambientais. Como se trata
de materiais que estariam entrando diretamente em nossas vias
respiratrias, sua anlise de grande interesse. Vrios processos
antropognicos e biognicos contribuem para a presena de compostos
orgnicos na fase particulada da troposfera, entre eles: a emisso de
veculos movidos gasolina e diesel, a queima de madeira, a abraso de
superfcies de folhas de plantas, o cozimento de alimentos, o uso de
equipamentos movidos a gs natural, a fumaa de cigarros, etc.. Cada
uma destas fontes emite uma mistura complexa de compostos orgnicos
e como conseqncia, os aerossis ambientais contm mais de cem
compostos. Algumas das classes de compostos geralmente encontradas
so: os alcanos, os cidos carboxlicos, os PAH, os monoterpenes, os
furanos, os fenis, os benzenos alquilados e at os pesticidas [30].
Para anlise desta matriz, com interesse nos contaminantes orgnicos
volteis livres ou sorvidos no material particulado, a primeira
etapa a passagem do ar por um filtro para reteno dos analitos e
este filtro submetido extrao ou o material slido nele retido. Este
procedimento inerente matriz e portanto no constitui um fator
complicante na SFE, que ainda apresenta a vantagem de que, na
maioria dos casos, a mesma clula utilizada para coleta da amostra
tambm usada na extrao desta, diminuindo a manipulao e portanto os
erros. Swami et al. [31] retiveram os termicidas, clordane e
clorpirifos, provenientes do ar ambiente, em Florisil e os
submeteram a SFE com dixido de carbono como SF, em temperatura de
80 C e presso de 37,9 MPa. O material extrado foi coletado em
cartucho de fase slida (Bondasil C18) e eludo com hexano (uma poro
de 1,3 mL e outra de 1 mL). A tcnica de anlise utilizada foi GC com
detector de captura de eltrons. As eficincias de reteno dos
analitos em Florisil e as eficincias de extrao foram, em mdia, de
85%. Utilizando 20 m3 de ar eles obtiveram limites de deteco de 0,1
ng/m3 para clordane e 1 ng/m3 para clorpirifos. Para avaliar a
qualidade dos resultados obtidos com a SFE muitos autores
aconselham a comparao com resultados obtidos com outras tcnicas
empregadas com a mesma finalidade. Liompart et al. [32]
apresentaram uma comparao entre as principais tcnicas que vm
substituindo a tradicional extrao Soxhlet: a SFE, a USE e a MAE. As
trs tcnicas foram utilizadas para extrao de compostos fenlicos
(fenol, o-cresol, m-cresol e p-cresol) em solos, tendo os
resultados de recuperao ehttp://www.chemkeys.com G.M.F. Pinto, J.F.
Pinto e I.C.S.F. Jardim
Extrao com Fludo Supercrtico
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17 preciso comparados. A Tabela 3 apresenta os principais
parmetros de extrao de cada tcnica. Tabela 3. Parmetros utilizados
na extrao de fenis em solo por SFE, MAE e USE.Parmetro Temperatura
de extrao ( SFE MAE USE
18 estimativas de desvio padro relativos estavam na faixa de 2,9
7,5 % para PAH e alcanos, usando SFE e ASE. A vantagem da extrao
com saponificao metanlica que a quantidade de gua da matriz no
influencia na extrao, porm o tempo de anlise de 2,5 h e o volume de
solvente orgnico, de 100 mL (hexano), so grandes desvantagens. A
maior vantagem de ASE foi o tempo de extrao (15 min), contra 90 min
da SFE. A vantagem da SFE foi o menor consumo de solvente (15 mL)
contra 20 mL da ASE, porm a diferena pequena. Bowyer e Pleil [33]
utilizaram a extrao Soxhlet para comparar os resultados obtidos com
SFE na extrao de compostos orgnicos de amostras de carpetes. Em
ambas as tcnicas de extrao, as amostras de carpete foram extradas
diretamente, sem tratamento prvio. Na extrao Soxhlet foram
utilizados 200 mL de diclorometano e refluxo por 16 18 horas. Na
SFE foi utilizado dixido de carbono como SF e a coleta foi
realizada em 3 4 mL de diclorometano, com um tempo total de extrao
entre 70 e 80 minutos. As extraes Soxhlet e SFE forneceram
resultados similares, em nmero e tipos de compostos extrados. Isto
pode ser visto na Figura 4, que mostra uma comparao entre os
cromatogramas obtidos por GC/MS, para os extratos das duas
tcnicas.
Figura 4a. Cromatograma de ons totais ilustrando os resultados
obtidos para a extrao Soxhlet de uma amostra de carpete.
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Jardim
Extrao com Fludo Supercrtico
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Figura 4b. Cromatograma de ons totais ilustrando os resultados
obtidos para a extrao SFE de uma amostra de carpete. Devido s
vantagens que a SFE apresenta em relao extrao Soxhlet,
principalmente em termos de tempo de extrao e consumo de solventes,
ela foi considerada uma alternativa vivel e superior, no caso
apresentado. Drogas de abuso Uma das aplicaes neste campo refere-se
anlise de cabelo humano para verificao da presena de cocana e
benzolegonina [34]. Radcliffe et al. [35] apresentaram um breve
relato das atividades desenvolvidas com auxlio de fludo supercrtico
na determinao de drogas derivadas do pio, cocana, cannabis e
sedativos. As metodologias utilizadas podem servir tanto para
determinar a concentrao destas drogas no momento da morte quanto
para avaliar a dependncia a longo prazo. Tambm foram apresentados
resultados das anlises de impresses digitais e resduos de
explosivos. Alimentos Determinao de flavorizantes em framboezas
[36] e determinao de pesticidas em frutas e vegetais [37]. Boselli
e Caboni [38] realizaram a extrao, em microescala, de fosfolipdeos
em amostras de ovo em p, utilizando dixido de carbono supercrtico
em uma densidade de 1,06 g/mL (presso de 51,7 MPa e temperatura de
40 C), em uma proporo de 67 g de extrato por 100 g de amostra. Os
resultados mostram que a metodologia proposta uma boa alternativa
para fins analticos.
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Extrao com Fludo Supercrtico
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20 Mohamed et al. [39] realizaram a extrao de colesterol em
manteiga com metano supercrtico obtido em temperaturas de 40, 55 e
70 C e presses na faixa de 8,5 a 24,1 MPa, em fluxo semi contnuo.
Para determinar a seletividade do processo, a operao de extrao foi
seguida de adsoro em alumina. Com a metodologia proposta foi
possvel reduzir o nvel de colesterol para 3% do valor inicial.
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