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Analisi inquinan ti Trattamento campione 1 TRATTAMENTO DEL CAMPIONE

Analisi inquinantiTrattamento campione1 TRATTAMENTO DEL CAMPIONE

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Analisi inquinanti Trattamento campione 1

TRATTAMENTO DEL CAMPIONE

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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

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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

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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.

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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

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Analisi inquinanti Trattamento campione 6

Tipi di Campionamento:

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Analisi inquinanti Trattamento campione 7

Zone di Campionamento:

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Analisi inquinanti Trattamento campione 8

Zone di Campionamento:

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Analisi inquinanti Trattamento campione 9

Zone di Campionamento:

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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

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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

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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

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Analisi inquinanti Trattamento campione 13

Campionamento in profondità

Fino a che profondità si deve estendere il campionamento?

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Analisi inquinanti Trattamento campione 14

Campioni acquosi/Analiti organici

Caratteristiche degli analiti

Volatili Non Volatili

PolariSemi- Polari

Apolari

•Concentrazioni generalmente basse•Presenza di interferenti

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Analisi inquinanti Trattamento campione 15

Obiettivi della preparazione del campione

CONCENTRAZIONE SELETTIVA DELLE SOSTANZE DA ANALIZZARE

RIMOZIONE O RIDUZIONE DELLE INTERFERENZE

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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

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Analisi inquinanti Trattamento campione 17

La LLE può essere condotta con un sempliceIMBUTO SEPARATORE…...

Fase 1

Fase 2

Estrazione liquido/liquido

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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

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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

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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)

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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

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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

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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

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Analisi inquinanti Trattamento campione 24

Estrazione con apparato di Soxhlet

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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

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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)

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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

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Analisi inquinanti Trattamento campione 28

Solid Phase Extraction - Manuale

Caricamento Eluizione

Cartuccia

Adattatore

Siringa di caricamento/

eluizione

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Analisi inquinanti Trattamento campione 29

Solid Phase Extraction – Sotto vuoto

LiChrolut® extraction unit

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Analisi inquinanti Trattamento campione 30

Solid Phase Extraction – Dischi Empore

Empore 96-Well Plates

Sistema sotto vuoto

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Analisi inquinanti Trattamento campione 31

Solid Phase Extraction - Automatica

Automate Gilson ASPEC Series

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Analisi inquinanti Trattamento campione 32

Solid Phase Extraction - Supporti

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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

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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

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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.

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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

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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

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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:

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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

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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

Page 41: Analisi inquinantiTrattamento campione1 TRATTAMENTO DEL CAMPIONE

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

Page 42: Analisi inquinantiTrattamento campione1 TRATTAMENTO DEL CAMPIONE

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

Page 43: Analisi inquinantiTrattamento campione1 TRATTAMENTO DEL CAMPIONE

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

Page 44: Analisi inquinantiTrattamento campione1 TRATTAMENTO DEL CAMPIONE

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

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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

Page 46: Analisi inquinantiTrattamento campione1 TRATTAMENTO DEL CAMPIONE

Analisi inquinanti Trattamento campione 46

Caratteristiche dei supporti per SPE tipo C18 e C8

SPE– Silice C18 e C8

Page 47: Analisi inquinantiTrattamento campione1 TRATTAMENTO DEL CAMPIONE

Analisi inquinanti Trattamento campione 47

SPE– Polistirene-Divinilbenzene

Caratteristiche dei supporti per SPE tipo Polistirene-Divinilbenzene

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Analisi inquinanti Trattamento campione 48

SPE

Recupero di analiti polari utilizzando differenti supporti

Page 49: Analisi inquinantiTrattamento campione1 TRATTAMENTO DEL CAMPIONE

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.

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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

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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

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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

Page 53: Analisi inquinantiTrattamento campione1 TRATTAMENTO DEL CAMPIONE

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

Page 54: Analisi inquinantiTrattamento campione1 TRATTAMENTO DEL CAMPIONE

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

Page 55: Analisi inquinantiTrattamento campione1 TRATTAMENTO DEL CAMPIONE

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

Page 56: Analisi inquinantiTrattamento campione1 TRATTAMENTO DEL CAMPIONE

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

Page 57: Analisi inquinantiTrattamento campione1 TRATTAMENTO 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

Page 58: Analisi inquinantiTrattamento campione1 TRATTAMENTO DEL CAMPIONE

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

Page 59: Analisi inquinantiTrattamento campione1 TRATTAMENTO DEL CAMPIONE

Analisi inquinanti Trattamento campione 59

Estrazione in microonde (MAE) Strumentazione

Milestone ETHOS SEL Microwave Extraction Labstation

Cem

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Analisi inquinanti Trattamento campione 60

Digestione in microonde (MAE)

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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

Page 62: Analisi inquinantiTrattamento campione1 TRATTAMENTO DEL CAMPIONE

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

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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

Page 64: Analisi inquinantiTrattamento campione1 TRATTAMENTO DEL CAMPIONE

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

Page 65: Analisi inquinantiTrattamento campione1 TRATTAMENTO DEL CAMPIONE

Analisi inquinanti Trattamento campione 65

Solid Phase Micro Extraction (SPME) Trattamento del campione

stainless steel microtubing

coatingsilica fiber

syringe needle

epoxy glue

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Analisi inquinanti Trattamento campione 66

Solid Phase Micro Extraction Trattamento del campione

Sistema commercializzato daSUPELCO

Page 67: Analisi inquinantiTrattamento campione1 TRATTAMENTO DEL CAMPIONE

Analisi inquinanti Trattamento campione 67

Solid Phase Micro Extraction Trattamento del campione

SAMPLE

Fibra

Kfh

Khs

Kfs

Headspace

Page 68: Analisi inquinantiTrattamento campione1 TRATTAMENTO DEL CAMPIONE

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

Page 69: Analisi inquinantiTrattamento campione1 TRATTAMENTO 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

Page 70: Analisi inquinantiTrattamento campione1 TRATTAMENTO DEL CAMPIONE

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

Page 71: Analisi inquinantiTrattamento campione1 TRATTAMENTO DEL CAMPIONE

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

Page 72: Analisi inquinantiTrattamento campione1 TRATTAMENTO DEL CAMPIONE

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

Page 73: Analisi inquinantiTrattamento campione1 TRATTAMENTO DEL CAMPIONE

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

Page 74: Analisi inquinantiTrattamento campione1 TRATTAMENTO DEL CAMPIONE

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

Page 75: Analisi inquinantiTrattamento campione1 TRATTAMENTO DEL CAMPIONE

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

Page 76: Analisi inquinantiTrattamento campione1 TRATTAMENTO DEL CAMPIONE

Analisi inquinanti Trattamento campione 76

Trattamento del campioneSolid Phase Micro Extraction:

Forza ionica campione

pH campione

Page 77: Analisi inquinantiTrattamento campione1 TRATTAMENTO DEL 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

Page 78: Analisi inquinantiTrattamento campione1 TRATTAMENTO DEL CAMPIONE

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.

Page 79: Analisi inquinantiTrattamento campione1 TRATTAMENTO DEL CAMPIONE

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

Page 80: Analisi inquinantiTrattamento campione1 TRATTAMENTO DEL CAMPIONE

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

Page 81: Analisi inquinantiTrattamento campione1 TRATTAMENTO DEL CAMPIONE

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

Page 82: Analisi inquinantiTrattamento campione1 TRATTAMENTO DEL CAMPIONE

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

Page 83: Analisi inquinantiTrattamento campione1 TRATTAMENTO DEL CAMPIONE

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

Page 84: Analisi inquinantiTrattamento campione1 TRATTAMENTO DEL CAMPIONE

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

Page 85: Analisi inquinantiTrattamento campione1 TRATTAMENTO DEL CAMPIONE

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

Page 86: Analisi inquinantiTrattamento campione1 TRATTAMENTO DEL CAMPIONE

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

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