2.9: Extração sólido-líquido

1. Extração de Orgânicos Adsorbed do Solo

1. Coloque 20 g de solo em um prato Pyrex de boca larga limpo e seco em um forno de 50 °C e seque por um mínimo de 12h. Após a secagem, remova o solo do prato Pyrex e triture para um pó uniforme usando uma argamassa e pilão. Pese 5,00 g do solo e coloque-o em um frasco de fundo redondo limpo e seco (100 mL de tamanho). Ao frasco, adicione 15 mL de n-hexano. Coloque frasco em um banho ultrassônico, e sonicato por 60 minutos.

2. Separação do Extrato e do Solo

1. Prepare um funil Büchner com papel filtro analítico. Molhe o papel filtro com 1 mL de n-hexanes e comece a filtragem do vácuo. Despeje lentamente o conteúdo do frasco de fundo redondo sobre o papel do filtro. O frasco de Büchner agora contém o n-hexanos com os orgânicos extraídos do solo. O filtro retém os sólidos do solo despojados.

3. Limpeza e Pré-concentração

1. Se a solução n-hexano estiver turva, há água residual. Para secar a solução n-hexano, adicione uma pequena espátula de CaCl₂. Gire a solução e observe por um mínimo de 15 minutos. Se a solução ainda estiver nublada e/ou toda a CÍclica₂ estiver agrupada, ainda há água restante, e o passo 3.1 deve ser repetido. Se a solução for translúcida e a CaCl₂ fluir livremente, então não repita o passo 3.1. Uma vez alcançada uma solução clara, separe os hexanos do CaCl₂ usando filtragem de gravidade. Se a concentração do extrato for suficiente para detecção, os hexanos filtrados podem ser transferidos para um frasco limpo e seco para armazenamento e análise posterior. Se a concentração do extrato for baixa em relação ao limite de detecção, transfira os hexanos filtrados em um frasco de fundo redondo de três pescoços limpo e seco, de 100 mL de tamanho. Coloque uma rolha de borracha no pescoço central do frasco, e um septo de borracha sobre um dos outros pescoços. Deixe o terceiro pescoço aberto. Fure o septo de borracha e introduza um fluxo de nitrogênio através do frasco. O nitrogênio deve fluir no espaço acima da solução, não borbulhando através da solução. O extrato agora pode ser pré-concentrado fluindo nitrogênio para evaporar o excesso de solvente. A amostra está pronta para análise.

A extração é uma técnica de separação crucial em química orgânica, usada para separar componentes de uma mistura com base em suas solubilidades em duas fases diferentes que não se misturam.

As extrações são realizadas entre duas fases. No caso de uma extração líquido-líquido, o soluto dissolvido é transferido de uma fase líquida para outra. As extrações também são realizadas com uma fase líquida e sólida, chamada extração sólido-líquido, onde o soluto é transferido de uma fase sólida para uma fase líquida. Um exemplo simples de extração sólido-líquido é a preparação do café, que envolve a mistura de borra sólida de café com água. Os compostos de sabor do café são extraídos do pó para a água para formar o café. Este vídeo ilustrará os princípios da extração e demonstrará a extração sólido-líquido em laboratório por meio da remoção de resíduos organoclorados do solo.

A extração usa a propriedade de solubilidade para transferir um soluto de uma fase para outra. Para realizar uma extração, o soluto deve ter uma solubilidade maior na segunda fase do que no original. Em geral, os solutos muito apolares se particionam em uma fase orgânica, enquanto os solutos muito polares se dividem em uma fase aquosa. A escolha das fases dependerá do soluto de interesse.

As duas fases também devem ser imiscíveis. Soluções imiscíveis nunca se misturam e permanecem como fases separadas, como óleo e água. As soluções miscíveis são completamente homogêneas após a mistura.

Na extração líquido-líquido, um soluto é separado entre duas fases líquidas, tipicamente aquosa e orgânica. Isso geralmente é realizado em um funil separatório - equipado com uma torneira na parte inferior e uma rolha na parte superior.

No caso mais simples, três componentes estão envolvidos: o soluto, o líquido transportador e o solvente. A mistura inicial, contendo o soluto dissolvido no líquido transportador, é misturada com o solvente. Após a mistura, o soluto é transferido do líquido transportador para o solvente, desde que o soluto seja mais solúvel no solvente do que no líquido transportador, e desde que o líquido transportador e o solvente sejam imiscíveis. A solução mais densa se deposita no fundo.

O resultado é composto por duas fases: o refinado, que contém o líquido transportador, e o extracto, que contém o soluto e o solvente. Na realidade, é provável que haja resíduo de cada componente em ambas as fases. A extração sólido-líquido é semelhante à extração líquido-líquido, exceto que o soluto é disperso em uma matriz sólida - em vez de em um líquido transportador. A fase sólida, contendo o soluto, é dispersa no solvente e misturada. O soluto é extraído da fase sólida para o solvente, e a fase sólida é então removida por filtração. Agora que os princípios de extração foram delineados, a técnica de extração sólido-líquido será demonstrada realizando a extração em laboratório.

Neste experimento, amostras de solo foram coletadas de um local brownfield, semelhante a este em Sewickley, Pensilvânia. Brownfields, conforme definido pela EPA dos EUA, são bens imóveis, onde a expansão, redesenvolvimento ou reutilização podem ser complicados devido à presença potencial de contaminantes perigosos. O poluente de interesse neste caso é um organoclorado: o herbicida atrazina. Depois que uma amostra de solo for coletada do local de interesse, transfira-a para o laboratório.

Pese 10 g de terra em um prato de pirex limpo, seco e de boca larga. Leve o prato ao forno para secar por pelo menos 12 h. Depois de seco, triture o solo até obter um pó uniforme com um almofariz e pilão. Coloque 5 g de solo moído em um balão limpo e seco de 100 mL de fundo redondo. Adicionar 15 ml de hexano e tapar o balão com uma tampa frouxa. Coloque-o em um banho ultrassônico e sonice por 60 min.

Prepare um funil de Büchner com papel de filtro analítico. Quando a sonicação estiver concluída, molhe o papel com hexano e inicie a filtração a vácuo. Despeje lentamente a amostra sobre o papel de filtro. Enxaguar os sólidos residuais do balão com hexano e adicioná-los ao filtro. O solo descascado permanece no filtro, enquanto o hexano e os orgânicos extraídos se acumulam no frasco.

Se a solução de hexano estiver turva, há água residual. Para secar a solução, adicione uma pequena espátula de dessecante, como cloreto de cálcio. Agite a solução até que o dessecante se dissolva e observe a solução.

Se a solução ainda estiver turva ou se o cloreto de cálcio se agregou, ainda há água na solução. Repita o processo até que a solução esteja límpida e o dessecante flua livremente.

Em seguida, remova o cloreto de cálcio por filtração por gravidade.

Se a concentração do composto requerido for inferior ao limite de quantificação, deve ser concentrada. Transferir o extracto filtrado para um balão limpo e seco de fundo redondo de 3 pescoços. Pare o pescoço central e coloque um septo de borracha sobre um dos outros pescoços. O terceiro é deixado em aberto.

Perfure o septo e conecte a tubulação a uma linha de nitrogênio. Comece a fluir nitrogênio através do frasco. O gás deve estar fluindo no headspace acima da solução e não borbulhando através dele. O gás que flui evapora o excesso de solvente. Deixe o gás fluir até que haja cerca de 50% de redução de volume.

Uma vez extraídos e concentrados os componentes orgânicos do solo, eles podem ser analisados por cromatografia gasosa.

A concentração de atrazina pode ser calculada usando concentrações padrão de atrazina. Nesse caso, a concentração aproximada de atrazina no local brownfield estudado foi de 2 mg de atrazina por 1 kg de solo.

A extração sólido-líquido é usada em uma ampla gama de campos.

Esta técnica pode ser usada para entender a transferência de bifenilos policlorados, ou PCBs, de peixes. Os PCBs são hidrocarbonetos clorados artificiais que foram proibidos pela EPA. Os PCBs não se decompõem facilmente no meio ambiente e tendem a se acumular nos peixes.

Neste experimento, presas contendo PCBs foram alimentadas com peixes predadores. Os peixes predadores foram então coletados e sacrificados. O tecido do peixe foi moído em preparação para a extração.

O PCB no tecido do peixe foi extraído para uma fase orgânica usando um extrator Soxhlet. A configuração do extrator Soxhlet, composta por um frasco de fundo redondo, condensador e o aparelho Soxhlet, é freqüentemente usada para extrair solutos pouco solúveis em solventes. A extração de Soxhlet permite que uma pequena quantidade de solvente seja usada com uma grande amostra sólida. O extrato foi então testado quanto ao conteúdo de PCB usando espectrometria de massa.

A matéria vegetal seca, chamada lignocelulose, é a matéria-prima mais abundante pesquisada para combustíveis bioderivados. No entanto, os carboidratos usados como combustível ficam presos dentro da matriz vegetal rígida, chamada lignina.

Quando os carboidratos são removidos, a matriz de lignina é normalmente descartada como resíduo. No entanto, neste experimento, a lignina residual foi examinada como fonte de combustível. A extração sólido-líquido foi utilizada para separar os componentes de carboidratos da lignocelulose, deixando a lignina para trás. A lignina foi então usada para outros experimentos de fermentação.

A extração sólido-líquido também pode ser usada para medir o teor de cera nas cascas das frutas. Neste experimento, foi analisado o teor de cera da casca do tomateiro.

A desparafinação exaustiva das cascas de tomate secas foi concluída com um aparelho Sohxlet, a fim de remover totalmente o teor de cera nas cascas. As cascas de tomate com cera removida foram então analisadas por espectroscopia de ressonância magnética nuclear. Isso ajudou a elucidar a composição e degradação de frutas nativas e modificadas.

Você acabou de assistir à introdução de JoVE à extração sólido-líquido. Agora você deve ter uma melhor compreensão da extração de solutos entre as fases sólida e líquida.

Obrigado por assistir!