Estrazione e preparazione del campione in chimica analitica

In chimica analitica si dice che “un’analisi vale quanto la sua preparazione del campione”. Prima di poter misurare qualcosa con la cromatografia o la spettroscopia, l’analita va spesso separato dalla matrice, purificato e concentrato. L’estrazione è il cuore di questa fase: la tecnica con cui si trasferisce la sostanza di interesse da un mezzo a un altro, lasciando indietro ciò che disturba la misura.

Vediamo il principio della ripartizione tra due fasi, l’estrazione liquido-liquido e quella in fase solida, le tecniche per i campioni solidi, e i concetti di recupero ed effetto matrice che decidono la qualità del risultato finale.

Perché la preparazione del campione conta

Un campione reale — un alimento, un’acqua di scarico, un fango, una crema — non si può quasi mai iniettare tal quale nello strumento: contiene grassi, sali, proteine, particolato che intaserebbero le colonne, sporcherebbero i rivelatori e nasconderebbero l’analita. La preparazione del campione serve a tre scopi: isolare l’analita, eliminare gli interferenti e spesso concentrarlo, perché in molti casi è presente in tracce.

Il principio: la ripartizione tra due fasi

Quando si agita un campione acquoso con un solvente organico immiscibile, l’analita si distribuisce tra le due fasi fino a un equilibrio descritto dal coefficiente di ripartizione:

K_D = [analita]_org[analita]_acq

Se K_D è alto, una sola estrazione basta a trasferire quasi tutto l’analita nel solvente; se è basso, conviene ripetere l’operazione più volte con piccole porzioni di solvente.

Estrazione liquido-liquido (LLE)

È la tecnica classica: campione acquoso e solvente organico si agitano in un imbuto separatore, si lasciano separare le due fasi e si raccoglie quella che contiene l’analita. Semplice ed efficace, ha però due limiti: usa volumi importanti di solvente e può formare emulsioni difficili da rompere.

Estrazioni multiple: meglio poche e ripetute

Un risultato pratico importante: a parità di solvente totale, conviene fare più estrazioni con piccole porzioni piuttosto che una sola con tutto il volume. La frazione di analita che resta nella fase acquosa diminuisce a ogni estrazione, quindi due o tre passaggi recuperano molto più di un singolo passaggio. È un principio che guida la pratica quotidiana in laboratorio.

Estrazione in fase solida (SPE)

L’estrazione in fase solida ha in gran parte sostituito la LLE nei laboratori moderni. Il campione liquido passa attraverso una cartuccia riempita di un materiale adsorbente (simile a una fase di HPLC): l’analita viene trattenuto, gli interferenti lavati via, e infine l’analita si recupera con un piccolo volume di solvente. Vantaggi: poco solvente, niente emulsioni, ottima pulizia del campione e possibilità di concentrare molto l’analita. È oggi lo standard per acque, fluidi biologici e matrici complesse.

I campioni solidi: Soxhlet, fluidi supercritici e altro

Per estrarre analiti da matrici solide (suoli, alimenti, polimeri) esistono tecniche dedicate:

Recupero ed effetto matrice

Due parametri misurano la qualità di un’estrazione. Il recupero è la percentuale di analita che si ritrova alla fine rispetto a quello realmente presente: un recupero basso o variabile rende il dato inaffidabile. L’effetto matrice è l’influenza degli altri componenti del campione sulla misura. Si controllano entrambi con prove di arricchimento (spike) a concentrazione nota e con standard interni, che compensano le perdite durante la preparazione.

Conservazione e stabilità del campione

La preparazione non finisce con l’estrazione: il campione e l’estratto vanno conservati in modo da non alterare l’analita prima della misura. Temperatura, luce, contatto con l’aria e materiale del contenitore possono degradare o far evaporare la sostanza, o introdurre contaminazioni. Per questo i metodi specificano condizioni e tempi massimi di conservazione (ad esempio refrigerazione, contenitori scuri, acidificazione per i metalli). Trascurare questa fase vanifica anche l’estrazione più curata: l’analita misurato non sarebbe più rappresentativo di quello presente al campionamento.

Estrazione e conformità

Quasi ogni analisi di conformità su matrici reali — pesticidi negli alimenti, metalli o solventi nelle acque, contaminanti nei prodotti — passa da un’estrazione. Recupero e ripetibilità di questa fase determinano se i dati che finiscono nei certificati e nelle dichiarazioni di conformità sono difendibili. I solventi usati restano rifiuti chimici da gestire, ed è uno dei motivi per cui le tecniche a basso consumo di solvente (SPE, microonde, supercritica) si sono diffuse.

Per conoscere di quali elementi e fatto un composto si usa l’ analisi elementare per combustione.

Domande frequenti

Perché la preparazione del campione è così importante?

Perché un campione reale non si può quasi mai analizzare tal quale: contiene interferenti che danneggiano lo strumento e nascondono l’analita. Inoltre è la fase dove si introducono più errori, quindi una buona preparazione è decisiva per l’affidabilità del risultato.

Meglio una estrazione abbondante o più estrazioni piccole?

Più estrazioni con piccole porzioni di solvente: a parità di solvente totale recuperano più analita di una singola estrazione con tutto il volume, perché la frazione residua si riduce a ogni passaggio.

Che differenza c’è tra LLE e SPE?

La LLE (liquido-liquido) ripartisce l’analita tra due solventi immiscibili; la SPE (fase solida) lo trattiene su una cartuccia adsorbente. La SPE usa molto meno solvente, evita le emulsioni e pulisce meglio il campione: per questo è oggi la più usata.

Che cos’è il recupero?

È la percentuale di analita che si ritrova al termine della preparazione rispetto a quanto era realmente presente nel campione. Un recupero alto e costante è indispensabile per una quantificazione affidabile; si verifica con prove di arricchimento a concentrazione nota.

Che cos’è l’effetto matrice?

È l’influenza degli altri componenti del campione sul segnale dell’analita: può sopprimerlo o esaltarlo, falsando la misura. Si gestisce con standard interni, taratura nella matrice o metodo delle aggiunte standard.