Per entendre com funciona el mecanisme pel qual una fibra SPME extreu els analits d’una mostra, cal considerar els dos agents que intervenen: la fibra i la mostra.
Els aspectes a tenir en compte de cada un són: - De la fibra: el tipus de recobriment.
- De la mostra: la massa o mida de l’analit, la polaritat, el nivell de concentració i la complexitat de la matriu de la mostra.
4.4.1. Tipus de recobriments SPME
Es comercialitzen diversos tipus de fibres segons els diferents recobriments.
El tipus de recobriment determina la polaritat i la selectivitat d’una fibra. Caldrà seleccionar el més adequat al tipus d’analit. Els recobriments de tipus apolar seran eficaços per extreure analits apolars, i els recobriments polars per extreure analits polars. Les diferents polaritats proporcionen unes avantatges:
- Extracció selectiva de l’analit d’interès
- Reducció de la possibilitat d’extreure interferències - Permet recuperar analits polars d’una matriu orgànica
Així tenim que les fibres de polyacrilate (PA) són polars i les de polydimethilsiloxane (PDMS) apolars.
Existeixen fibres formades per una combinació de materials polimèrics. Per exemple, en base a la polaritat requerida, es barreja polímer de divinybenzene (DVB) amb PDMS o Carbowax® (CW), constituint una fibra de polaritat moderada (Venkatachalam 1999). El gruix del recobriment (indicat per les micres) determina la capacitat de retenció de la fibra, i també el temps requerit per assolir l’equilibri. Es triga més a assolir l’equilibri amb una fibra de més gruix (Pawliszyn 2009).
Capítol 4. Fonaments de la determinació de fungicides en mostres aquoses
Taula 40. Classificació de les fibres comercials (Pawliszyn 2009)
4.4.2. Fibres adsorbents o absorbents
L’extracció amb una fibra SPME implica la transferència de l’analit entre dues fases: la mostra i la fase polimèrica. Aquesta transferència pot ser un procés d’adsorció, on les molècules de l’analit són atrapades a la superfície del polímer, o un procés d’absorció, on les molècules es mouen cap endins i cap enfora del polímer, com si fos un líquid. Existeixen, per tant, fibres de tipus adsorbent i de tipus absorbent.
En les fibres adsorbents els analits són retinguts en els porus. El mecanisme de retenció es basa en interaccions del tipus Van der Waals, per enllaços π-π o per enllaços d’hidrogen. La capacitat adsorbent depèn de la superfície total, la quantitat de porus, i la mida dels porus.
Els porus es defineixen en 3 categories: macro, meso o micro:
Els macroporus, amb diàmetres superiors a 500Å, es troben normalment a la superfície del material. Els mesoporus tenen obertures dins el rang 20-500Å i els microporus, de 2-20 Å.
Tipus de recobriment Mecanisme d’extracció Polaritat 85µm polyacrilate (PA) 7µm polydimethilsiloxane PDMS 30µm polydimethilsiloxane PDMS 100µm polydimethilsiloxane PDMS 65 µm PDMS-DVB 75 µm Carboxen-PDMS 65 µm Carbowax-divinylbenzene (CW-DVB) 50 µm CW-Templated resin (CW-TPR) Absorbent Absorbent Absorbent Absorbent Adsorbent Adsorbent Adsorbent Adsorbent Polar No polar No polar No polar Bipolar Bipolar Bipolar Bipolar
Capítol 4. Fonaments de la determinació de fungicides en mostres aquoses
La retenció dependrà tant de la mida de l’analit com del diàmetre del porus. La capacitat d’un material adsorbent es determina segons la mida de les molècules que pot retenir, i es inversament proporcional a la mida de l’analit.
Per analits d’un pes molecular aproximat menor a 125, un recobriment adsorbent és millor opció que un absorbent.
En les fibres absorbents la capacitat per retenir o alliberar l’analit és deguda al coeficient de repartiment dels analits. Els analits migren dins i fora de la fibra, en un efecte tipus “esponja”. Els factors que intervenen en la retenció i atracció dels analits són el gruix del recobriment i la polaritat. Com que els analits petits es mouen més ràpidament que els grans és més difícil retenir-los, per això cal utilitzar fases de gruixos més prims. Per analits amb pesos moleculars alts les fibres absorbents són la millor opció (Shirey 2010).
Les característiques resumides de cada una són:
Fibres de tipus adsorbent Fibres de tipus absorbent
Atrapen físicament els analits o hi reaccionen químicament per enllaços, degut a:
- material porós
- elevada àrea superficial
Els analits competeixen pels espais
Les fibres tenen una capacitat limitada
Els analits s’extreuen segons el seu coeficient de repartiment entre:
- La fase líquida
- el gruix de recobriment
Els analits no competeixen pels espais
Les fibres tenen alta capacitat Taula 41. Característiques de les fibres adsorbents i absorbents (Shirey i Mindrup 1999)
Capítol 4. Fonaments de la determinació de fungicides en mostres aquoses
4.4.3. Relació entre el recobriment i la mida de l’analit
El gruix del recobriment influeix en la velocitat de difusió i desorció dels analits. El pes molecular de l’analit determina la velocitat amb què es mou dins i fora de la fibra, i a través de la mostra:
- Els analits petits es mouen més ràpidament i és més difícil que siguin retinguts per la fibra. Una fibra de 100µm serà més adequada que una de 7µm per retenir les molècules petites.
- Els analits grans migren més lentament per la mostra i cap a la fibra, dificultant l’assoliment de l’equilibri. En general, el temps d’equilibri és superior amb una fibra de 100µm que amb una de 30µm, per les molècules grans.
La idoneïtat de la fibra en funció del pes molecular de l’analit es pot veure a la
Fig. 35
.Fig. 35. Interval de pes molecular per recobriments de fibres SPME (Shirey 2010)
La mida i forma de la molècula també són importants.
La molècula de mida més petita d’una estructura hidrocarbonada d’un mateix pes molecular, tindrà una eficiència d’extracció similar a una de 30 unitats de massa inferior. Aquest valor és orientatiu i dependrà del grau de substitució.
Capítol 4. Fonaments de la determinació de fungicides en mostres aquoses
4.4.4. Efecte de la concentració de la mostra
En un estudi realitzat en mostres aquoses sobre extracció d’analits volàtils en diferents concentracions i amb diferents fibres (Shirey 2009), es van arribar a les següents conclusions:
- Les fibres que extreuen per adsorció tenen una capacitat limitada comparat amb les fibres absorbents de gruix similar. Caldrà determinar, doncs, el rang lineal per a cada analit.
- Les fibres adsorbents ofereixen millor resposta per nivells baixos de concentració, en relació a les fibres absorbents.
- Les fibres absorbents van resultar millor en mostres complexes amb concentracions diferents.
- En mostres amb múltiples analits pot haver competició pels espais d’una fibra adsorbent. Un component a alta concentració, o amb més afinitat, pot desplaçar un component en menor concentració, o de menor afinitat (Shirey 2010).