Estrazione in fase solida SPE (Solid phase extraction)

Le sostanze contaminanti oggetto di analisi chimiche sono, in genere, disperse in matrici complesse e sono presenti a livello di concentrazioni molto basse, quasi sempre nell’ordine di mg/L (ppm), µg/L (ppb) o addirittura valori inferiori. La manipolazione del campione diventa, pertanto, una necessità inderogabile, ai fini delle analisi, sebbene possieda il difetto di modificare il sistema, e di non avere, quindi, una perfetta rispondenza dei valori misurati ai valori reali. Per mantenere la fase di pre-concentrazione abbastanza attendibile, è necessario, innanzitutto, ridurre al minimo le perdite degli analiti nei passaggi del processo. La condizione ideale si otterrebbe qualora la quantità di sostanza recuperata fosse uguale alla quantità di partenza e, per fare questo, bisogna assicurarsi un’adeguata efficienza di concentrazione. Le tecniche preparative di estrazione in fase solida si stanno sempre più diffondendo in campo ambientale, in risposta alla crescente domanda di metodi pratici, riproducibili, veloci ed altamente selettivi. Nel meccanismo di una SPE, la fase solida viene in contatto diretto con la fase liquida e con i soluti in essa contenuti. Affinché si verifichi la separazione dell’analita dalla fase liquida, occorre che l’analita si leghi alla fase solida, o meglio al sito attivo della fase solida, occorre quindi che la forza di legame fra analita e sito dell’adsorbente sia più elevato di quello esistente fra analita e fase liquida. Le forze che si possono instaurare sono legami ionici, legami idrogeno, interazione dipolo-dipolo, interazione dipolo-dipolo indotto (o forze di Van Der Waals) e forze di dipolo-dipolo

istantaneo (o di dispersione di London).Le fasi solide non modificate più utilizzate sono la

silice, l’allumina e il florosil, poiché sono particolarmente adatte a separare composti polari (aldeidi, alcoli, alogenuri organici) da solventi non polari. L’estrazione in fase solida-SPE rappresenta, in sintesi, il passaggio del campione, precedentemente filtrato, attraverso una siringa in materiale plastico entro la quale è posta la cartuccia di estrazione, realizzata in materiale di caratteristiche e dimensioni tali da trattenere le specie chimiche di interesse e da lasciar passare la matrice acquosa, insieme al maggior quantitativo possibile di sostanze che non interessano l’analisi sperimentale. Questa procedura si basa sugli stessi principi della ritenzione in cromatografia liquida, potendo così analizzare grandi volumi di campione con quantità molto ridotte di fase solida limitando, inoltre, per il recupero, il consumo di solvente. L'estrazione in fase solida, prevenendo la maggior parte dei problemi riscontrati nell'estrazione liquido-liquido, migliora anche le rese di recupero degli analiti. Nel metodo in colonnine, un volume noto di soluzione (1L) viene fatto fluire per gravità o mediante l’ausilio di pompe, attraverso una colonna di polipropilene impaccata con la fase solida ad

una velocità costante (in genere 15 mL/min). L’analita viene trattenuto dalla fase solida, nel nostro caso, sono state utilizzate cartucce di estrazione del modello OASIS - HLB 6 cc, 200 mg (Waters SpA, Milano) realizzate in speciale materiale composito, nel quale, su una matrice di DVB (divinilbenzene) sono inseriti gruppi polari idrofilici e gruppi apolari lipofilici. Successivamente l’eluizione con l’opportuna soluzione estraente, ha permesso di

ottenere la preconcentrazione degli analiti di interesse(rapporto di concentrazione 2000:1).

La fase di estrazione è un procedimento multistep che prevede, essenzialmente, cinque fasi successive: condizionamento, equilibrazione, caricamento, lavaggio ed eluizione (Figura 3.13).

Condizionamento Il condizionamento delle colonnine è un passaggio preliminare che ha lo scopo di attivare i siti attivi della cartuccia SPE, attraverso il passaggio di metanolo (6 mL), in quanto solvente scelto per la successiva eluizione; la superficie di scambio deve essere attivata, per far sì che l’analita venga correttamente trattenuto dalla fase solida.

Equilibrazione A questo punto viene fatta fluire attraverso la cartuccia un’aliquota di acqua (6 mL), matrice in cui è presente il campione, così da asportare il solvente di condizionamento e permettere all’analita di interagire con i siti attivi della cartuccia. Di solito queste prime due fasi, estremamente importanti per l’attivazione del sistema, sono effettuate per caduta, goccia a goccia, dei solventi utilizzati, allo scopo di garantire l’efficacia delle operazioni.

Caricamento del campione La fase più sensibile e lunga (circa 2 ore) dell’intero processo è il passaggio del campione (1 L) attraverso la cartuccia; in questa fase, per far sì che le

molecole abbiano il tempo per interagire con i siti attivi e legarsi alla fase solida,la velocità

Figura 3.13. Estrazione in fase solida- SPE. Condizionamento, caricamento, lavaggio, eluizione.

di flusso, regolata da una pompa che genera il vuoto, deve essere mantenuta molto bassa

(nell’ordine di10-15 mL/min).

Risciacquo Una volta che tutto il campione è stato fatto passare attraverso la colonnina, viene

caricataun’aliquota (6 mL) di acqua deionizzata allo scopo di rimuovere eventuali sostanze

di non interesse, e trattenere le molecole di interesse.

Eluizione Quest’ultima fase estremamente delicata, permette, attraverso l’utilizzo di un opportuno solvente, di portare in soluzione gli analiti trattenuti dalla fase solida, raccogliendoli in provette di vetro. Il metanolo, scelto come solvente di eluizione, viene caricato sulla colonnina in 6 mL, allo scopo di raccogliere tutte le molecole trattenute dalla cartuccia SPE. In questa operazione è molto importante che il solvente fluisca goccia a goccia attraverso la cartuccia SPE senza l’applicazione del vuoto, in modo di avere il tempo necessario di interagire con le molecole presenti sulla superficie di estrazione e trascinarle in soluzione. In laboratorio, è stato possibile eseguire l’SPE attraverso l’utilizzo di un

vacuum manifold che ha permesso di realizzare la contemporanea estrazione di quattro

campioni per volta (Figura 3.14). A questo punto i campioni eluiti in metanolo possono essere conservati per qualche giorno a -20 °C, oppure è possibile procedere immediatamente alla fase successiva di evaporazione sotto flusso di azoto.