Preparo de Amostras para Análise de Compostos Orgânicos

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Elaborado por eminentes especialistas e pesquisadores da área, Preparo de Amostras para Análise de Compostos Orgânicos foi concebido com o intuito de se tornar referência nos meios acadêmico e profissional, dada a carência de bibliografia específica para o setor. Esse esforço conjunto reuniu 55 docentes das mais importantes instituições de ensino do país – de todas as regiões – e também de Portugal. Constituída por 25 capítulos, divididos em seis Partes, a obra aborda essencialmente as técnicas de preparo de amostras para a determinação de compostos orgânicos, como a cromatografia e a eletroforese capilar, contemplando um rico conteúdo para as áreas alimentícia, ambiental, clínica, biológica e mesmo forense. Exatamente por essa razão, o livro pode ser utilizado na esfera acadêmica – nos cursos de graduação e de pós que abordem o assunto, como Química, Biotecnologia, Farmácia, Ecologia, Ciências Biológicas e nas Engenharias Química, de Petróleo, de Alimentos e de Materiais – e também no mercado industrial. A obra traz, ainda, material suplementar restrito a docentes que pode ser acessado, mediante cadastro, no site da LTC Editora – GEN | Grupo Editorial Nacional.

25 capítulos

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Capítulo 1 - Introdução ao Preparo de Amostras

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1

Introdução ao preparo de amostras

Keyller Bastos Borges, Arnaldo César Pereira e Valdir Mano

1.1 Introdução

O objetivo de um procedimento analítico é obter informações sobre alguma substância ou analito que se encontra na forma sólida, líquida, gasosa ou em algumas de suas misturas. Diferentes procedimentos podem ser adotados, como: i. verificar a formação de um produto químico ou a composição física; ii. estudar as propriedades estruturais ou superficiais; ou ainda iii. estudar a concentração de analitos em material biológico e formulações farmacêuticas, entre outras.

Analitos são os solutos de interesse presentes nas mais diversas matrizes, por exemplo: água, ar, solos, alimentos, fluidos biológicos etc. Dessa maneira, o preparo de amostras é um processo que requer a purificação de forma a torná-la mais apropriada para a realização da análise química. Esse procedimento é necessário quando não é possível analisar a amostra diretamente ou quando essa análise gera resultados insatisfatórios.

 

Capítulo 2 - Princípios básicos do preparo de amostras

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Princípios básicos do preparo de amostras

2

Clebio Soares Nascimento Junior e Keyller Bastos Borges

2.1 Introdução

O papel do preparo de amostras é realizar procedimentos de limpeza (clean-up) de amostras muito complexas

(sujas), além de deixar os analitos a um nível de concentração adequado para sua determinação. O isolamento e a determinação dos compostos orgânicos presentes em matrizes complexas, especialmente em baixas concentrações, apresentam um desafio analítico bastante significativo. Os objetivos do método analítico vão indicar quanto esforço será necessário no preparo das amostras.

Dessa forma, é necessário ter conhecimento dos fundamentos envolvidos nas técnicas de extração para podermos aproveitar melhor a escolha da técnica.

2.2 Princípios fundamentais da extração

Para o entendimento de qualquer técnica de extração é necessário inicialmente discutir alguns princípios básicos e fundamentais que governam os procedimentos de extração analítica. Em todas as técnicas, a fase de extração está, normalmente, em contato com uma matriz de amostra, e analitos são transportados entre as fases. Nesse sentido, o conhecimento das propriedades químicas de um analito, bem como das propriedades da fase ou do ambiente químico em que o analito esteja presente, é de suma importância para o sucesso de uma extração. Além disso, deve-se levar em consideração no procedimento de extração, as propriedades dos gases, dos líquidos, dos fluidos supercríticos e dos extratores sólidos que eventualmente venham a ser usados para fins de separação.

 

Capítulo 3 - Precipitação de proteínas e hidrólise de conjugados

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Precipitação de proteínas e hidrólise de conjugados

3

Isarita Martins

3.1 Precipitação de proteínas

A precipitação de proteínas é uma técnica de tratamento prévio de tecidos e plasma. É aplicável antes das tradicionais extrações líquido-líquido e em fase sólida e/ou quando se busca um método rápido, simples e de baixo custo. Dependendo da concentração do analito e/ou da técnica de detecção, o sobrenadante pode ser diretamente analisado uma vez que, nesse caso, somente uma etapa adicional de centrifugação pode ser requerida e suficiente.1,2 Foi um dos primeiros processos introduzidos para liberar analitos ligados, os quais podem ficar na forma livre no sobrenadante. Na maioria das vezes, o sobrenadante passa por uma etapa de extração. Todavia, existem métodos, nos quais somente a precipitação

é suficiente e o sobrenadante é diretamente analisado.2

É uma etapa que visa desnaturar as proteínas, destruindo a sua habilidade de ligação com o analito.1 No entanto, na maioria das vezes, a seletividade é considerada baixa e o extrato não é puro e límpido, pois uma série de compostos não precipitados e interferentes, tais como algumas globulinas, podem estar contidas no sobrenadante e atingir o sistema de separação/detecção. Ainda, pode induzir a coprecipitação do analito ou a supressão iônica, na espectrometria de massas, o que também afeta a recuperação do método.3,4 O efeito de ionização em liquid chromatography-mass spectrometry/mass spectrometry (LC-MS/MS), considerado um dos fatores que mais influencia para a inexatidão de um método, deve ser considerado quando é feita a injeção direta da solução, após a precipitação das proteínas.1

 

Capítulo 4 - Planejamento de experimentos aplicado ao preparo de amostras

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4

Planejamento de experimentos aplicado ao preparo de amostras

Marcone Augusto Leal de Oliveira, Brenda Lee Simas Porto,

Fernando Antonio Simas Vaz e Renata Takabayashi Sato

4.1 Otimização univariada versus otimização multivariada

Em todas as áreas da Química, é costumeiro realizar a otimização de processos em geral, principalmente quando esses são inéditos ou precisam ser adaptados à realidade de um laboratório, por exemplo. Raramente, um processo dispensa essa etapa como parte de seu desenvolvimento.

Pelo contrário, uma etapa de otimização pode ser considerada uma das mais cruciais de uma metodologia, pois pode garantir resultados melhores e mais confiáveis.

Otimização significa o procedimento pelo qual se busca um resultado ótimo (não necessariamente o maior valor possível), seja ele um rendimento de reação, a magnitude de um sinal analítico, o tempo gasto e o custo de uma análise, dentre outros, diante das possibilidades oferecidas pelo sistema a ser otimizado. Isso é frequentemente feito (o que nem sempre é o correto) de duas formas: tentativa e erro: um método mais arcaico, em que diferentes condições experimentais são testadas, sem necessariamente uma lógica ou critério, até que um experimento tenha êxito; ou univariada, quando cada parâmetro (fator ou variável) do sistema é investigado

 

Capítulo 5 - Extração líquido-líquido

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5

Extração líquido-líquido

Thiago Barth, Leandro Augusto Calixto, Valquíria Aparecida Polisel Jabor e

Keyller Bastos Borges

5.1 Introdução

Embora o desenvolvimento da instrumentação analítica tenha possibilitado avanços em muitos aspectos da Química Analítica, em muitos casos as amostras não podem ser analisadas na sua forma original. Essas podem conter espécies interferentes, serem incompatíveis com os equipamentos analíticos, e a instrumentação disponível pode não apresentar sensibilidade analítica suficiente para a determinação de traços. Para contornar tais problemas são empregados procedimentos de preparo da amostra, os quais incluem várias etapas: coleta, armazenagem, solubilização, extração, pré-concentração, isolamento dos compostos de interesse e análise qualitativa e quantitativa.1

A extração líquido-líquido (LLE), também conhecida como extração por solvente orgânico ou partição, é uma técnica amplamente empregada no preparo de amostras líquidas ou amostras solúveis. A LLE possui a vantagem de combinar várias etapas que envolvem o preparo de amostras em uma única etapa. Dentre as vantagens, destaca-se a simplicidade, o baixo custo e a possibilidade de utilizar grande variedade de solventes, puros e disponíveis comercialmente, os quais fornecem uma ampla faixa de solubilidade e seletividade.2

 

Capítulo 6 - Extração por headspace

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Extração por headspace

Antônio Felipe Felicioni Oliveira e Álvaro José dos Santos Neto

6.1 Introdução

O termo headspace (HS) refere-se ao espaço de ar confinado sobre uma amostra, em um frasco fechado. As extrações baseadas em headspace podem ser exploradas por uma série de técnicas analíticas. Em comum, no modo headspace, essas técnicas envolvem a extração, coleta e análise dos componentes voláteis de uma amostra. Por lidar com analitos voláteis, as análises em HS são geralmente acopladas à cromatografia em fase gasosa (gas chromatography – GC), como forma de separação e detecção dos constituintes voláteis da amostra.

O emprego do termo “análise do headspace” surgiu no início dos anos 1960 para designar a análise de substâncias com aroma ou odor a partir de alimentos, porém a

HS ganhou gradativamente outras aplicações.

Diversas matrizes são adequadas ao tratamento por

HS. Fluidos biológicos são facilmente analisados, incluindo sangue total, onde se pode, por exemplo, detectar etanol em amostras de motoristas embriagados. Solventes são analisados também em tintas ou polímeros; bem como aromas em diversos tipos de matrizes como plantas, alimentos e bebidas, apenas para citar algumas das muitas aplicações.

 

Capítulo 7 - Filtração e diálise

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Filtração e diálise

7

Vanessa Bergamin Boralli Marques

7.1 Introdução

A separação por membranas é utilizada em inúmeros processos industriais, em diferentes áreas, como química, petroquímica, ambiental, farmacêutica, tratamento de águas, entre muitas outras. As suas aplicações incluem desde a hemodiálise, osmose inversa para remoção do sal da água do mar, ultrafiltração para concentrar as proteínas presentes em diversos alimentos (como queijo, leite etc.) e microfiltração para esterilizar produtos médicos e farmacêuticos, cerveja, vinho e outros tipos de bebidas. O baixo custo associado a este tipo de separação, assim como seu baixo consumo de energia, implicam no elevado número de aplicações para separações com membranas.1

O processo de diálise foi referido pela primeira vez em 1881 por Graham, que utilizava papel de pergaminho como membrana. As suas experiências basearam-se nas observações efetuadas pelo professor W.G. Schmidt, que demonstrou que as membranas animais eram menos permeáveis a soluções coloidais do que a açúcar ou sal.

 

Capítulo 8 - Princípios da extração em fase sólida

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Princípios da extração em fase sólida

Isabel Cristina Sales Fontes Jardim

8.1 Introdução

Embora os métodos e a instrumentação analítica tenham desfrutado grandes avanços tecnológicos nas últimas décadas, o preparo de amostra ainda permanece como uma das partes mais importantes de um protocolo analítico, sendo essencial para obtenção de resultados exatos e confiáveis. Isso ocorre devido aos fatores relacionados com a complexidade da amostra, como o seu caráter ácido, neutro ou básico; o número elevado de componentes; as estruturas químicas semelhantes; a presença de isômeros; o vasto intervalo de polaridade, altamente lipofílico até polar, e a extensa gama de concentração de analitos, que tornam difícil a eliminação de compostos indesejados presentes na matriz, os denominados interferentes. Logo, os tempos de retenção de diversos constituintes serão muito semelhantes entre si, independentemente da fase estacionária empregada, o que resultará em coeluições, as quais são, muitas vezes, impossíveis de serem detectadas e identificadas.

 

Capítulo 9 - Dispersão da matriz em fase sólida

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Dispersão da matriz em fase sólida

Haroldo Silveira Dórea

9.1 Introdução

Técnicas de preparo de amostras para análise de compostos orgânicos em matrizes líquidas proliferaram a partir da década de 1980 e tiveram um acentuado desenvolvimento na década seguinte, com tendência acentuada para a miniaturização. No entanto, para amostras sólidas e semissólidas, matrizes de elevada complexidade, a extração por Soxhlet continuava dominando os laboratórios de rotina. Foi nesse contexto que pesquisas foram intensificadas para o desenvolvimento de novos métodos analíticos voltados para amostras de alimentos, biológicas e ambientais, com o objetivo de determinar resíduos de contaminantes ou compostos orgânicos de interesse. Extração com líquido pressurizado (pressurized liquid extraction

– PLE), extração com fluido supercrítico (supercritical fluid extraction – SFE), extração assistida por ultrassom (ultrasonic-assisted extraction – USE) e extração assistida por microondas (microwave assisted extraction – ASE) foram algumas das novas técnicas surgidas nessas últimas décadas.

 

Capítulo 10 - Preparo de amostras empregando polímeros de impressão molecular

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Preparo de amostras empregando polímeros de impressão molecular

Mariane Gonçalves Santos e Eduardo Costa Figueiredo

10.1 Introdução

Os sistemas naturais de reconhecimento molecular, há muitos anos, têm despertado o interesse de diversos pesquisadores que buscam entender a essência da seletividade atribuída principalmente às interações do tipo antígeno-anticorpo. Ideias revolucionárias como as teorias de formação dos anticorpos de Paul Ehrlich1 e

Linus Pauling2 permitiram que a criação de materiais sintéticos dotados de capacidade de reconhecimento molecular deixasse de ser um anseio até então inatingível para se tornar uma realidade que hoje é extremamente

útil em diversas áreas do conhecimento.

Considerado o marco inicial da impressão molecular, o trabalho de Polyakov, publicado em 1931, relatou que a presença de aditivos durante a síntese de um polímero de sílica influenciava diretamente em sua seletividade.3

Em outras palavras, esses aditivos podem ser considerados modelos capazes de afetar a superfície do polímero resultando em distintas capacidades adsortivas para moléculas de diferentes pesos moleculares. Em 1949,

 

Capítulo 11 - Preparo de amostras empregando meios de acesso restrito (RAM)

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Preparo de amostras empregando meios de acesso restrito (RAM)

11

Álvaro José dos Santos Neto, Bianca Rebelo Lopes e Quezia Bezerra Cass

11.1 Introdução

Um dos desafios do preparo de amostras é conferir seletividade à análise, ante a complexidade de algumas matrizes. Nesse contexto, em última instância, desejase um método em que se possa proceder com a análise processando-se diretamente a amostra bruta ou nativa.

No âmbito da cromatografia líquida, por meio do uso das fases denominadas meios de acesso restrito, essa demanda pode ser atendida, em sua plenitude ou com um mínimo de pré-tratamento da amostra. Essas fases, do inglês restricted access media – RAM, surgiram originalmente para permitir a injeção direta de fluidos biológicos no sistema cromatográfico (LC), porém mostraram-se compatíveis com outros tipos de amostras (por exemplo, alimentos e ambientais).

Os sorventes RAM são materiais biocompatíveis que permitem a injeção direta de amostras, pois excluem os componentes de alta massa molecular da matriz enquanto retém e separam as pequenas moléculas por meio de interações hidrofóbicas, hidrofílicas, iônicas, de afinidade ou de impressão molecular. Esses sorventes

 

Capítulo 12 - Microextração em gota única: imersão direta, headspace e microextração líquido- líquido-líquido

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12

Microextração em gota

única: imersão direta, headspace e microextração líquido-líquido-líquido

Fernando José Malagueño de Santana e Igor Rafael dos Santos Magalhães

12.1 Introdução

Uma das primeiras tentativas de solvent microextraction

(SME) com solvente exposto em química analítica foi descrita por Liu & Dasgupta em meados dos anos 1990.1 Nesse trabalho, os autores desenvolveram um método de SME empregando uma gota líquida como interface na amostragem de gases para a análise de substâncias como a amônia e o dióxido de enxofre em amostras de ar atmosférico. Uma das extremidades de um tubo capilar de sílica foi usada para suportar uma gota aquosa (~5 µL) e esta, por sua vez, foi usada para coletar os analitos gasosos, seguido de uma análise espectrofotométrica automatizada.

No ano seguinte, Liu & Dasgupta introduziram um sistema de detecção e extração líquido-líquido automatizado usando microlitros (1,3 µL) de uma única gota de clorofórmio, mantida na ponta de um tubo de aço inoxidável, para a extração do dodecil sulfato de sódio

 

Capítulo 13 - Microextração em gota diretamente suspensa e microextração em gota sólida

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Microextração em gota diretamente suspensa e microextração em gota sólida

13

Igor Rafael dos Santos Magalhães e Fernando José Malagueño de Santana

13.1 Introdução

De maneira geral, os compostos orgânicos presentes nas diferentes amostras de interesse analítico (por exemplo, ambientais, alimentícias, biológicas, dentre outras) não podem ser determinados diretamente sem a realização do processo denominado preparo de amostras. Dentre as diferentes etapas do processo analítico, o preparo das amostras é considerado um passo crucial para a determinação dos analitos com exatidão e precisão necessárias, especialmente tratando-se de amostras complexas, as quais contêm inúmeros interferentes.1 De forma simples, o preparo das amostras objetiva isolar o composto de interesse das outras substâncias que podem prejudicar a análise, pré-concentrar o extrato para a obtenção de melhores limites de detecção e/ou quantificação e adequar a amostra para a injeção no sistema analítico.

 

Capítulo 14 - Microextração líquido-líquido dispersiva

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Microextração líquido-líquido dispersiva

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Renato Zanella, Martha B. Adaime, Manoel L. Martins, Osmar D. Prestes e

Ednei G. Primel

14.1 Introdução

O preparo de amostra é uma das etapas críticas do processo analítico e diferentes técnicas têm sido propostas em substituição às técnicas clássicas de extração que demandam mais tempo para execução, grandes volumes de solventes orgânicos, além de envolver várias etapas que estão associadas com perdas de analito e ocorrência de contaminação.1 Dessa forma, métodos baseados em microextração vêm sendo desenvolvidos como alternativas para o preparo de amostras.

A microextração líquido-líquido dispersiva (dispersive liquid-liquid microextraction - DLLME) foi proposta em 2006 por Rezaee et al.2 baseada em um sistema ternário de solventes, de forma semelhante ao que ocorre na extração líquido-líquido homogênea (homogeneous liquid-liquid extraction – HLLE) e na extração em ponto de nuvem (cloud point extraction – CPE).3 A DLLME é uma alternativa interessante para o preparo de amostra visando a determinação de compostos orgânicos em diferentes matrizes.

 

Capítulo 15 - Microextração em fase líquida com fibras ocas

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Microextração em fase líquida com fibras ocas

15

Eduardo Carasek da Rocha

15.1 Introdução

A microextração em fase líquida (liquid-phase microextraction – LPME) foi introduzida em 19961 e trata da miniaturização da tradicional técnica de extração líquido-líquido

(liquid-liquid extraction – LLE). Em LPME, os analitos são extraídos da amostra aquosa (denominada fase doadora) para uma pequena quantidade de solvente imiscível em água (denominado fase ou solução receptora ou extratora), sendo o volume da fase receptora da ordem de microlitros.

Devido à elevada razão entre os volumes de fase doadora (mL) e fase receptora (µL), altos fatores de enriquecimento são obtidos em LPME. A extração por imersão direta da fase receptora na fase doadora (direct immersion –

DI) ou o posicionamento da fase receptora no headspace da fase doadora (HS) são os principais modos de extração em LPME. A configuração mais simples em LPME pode ser representada por uma gotícula de solvente orgânico suspensa na extremidade de uma agulha de uma microsseringa, a qual é exposta a uma amostra aquosa nos modos de extração DI ou HS.2 Nesta configuração a LPME

 

Capítulo 16 - Microextração em fase sólida: princípios, métodos, sorventes e acoplamento com a cromatografia gasosa

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Microextração em fase sólida: princípios, métodos, sorventes e acoplamento com a cromatografia gasosa

Fabio Augusto, Bruna Regina de Toledo Sampaio, Fabiana de Alves Lima Ribeiro,

Helga Gabriela Aleme, Leandro Wang Hantao, Mayra Fontes Furlan Noroska,

Gabriela Salazar Mogollon, Paloma Santana Prata, Paula Feliciano de Lima e

Soraia Cristina Gonzaga Neves Braga

16.1 Introdução

A viabilidade de um método analítico é determinada pela qualidade de suas etapas: i. amostragem, ii. preparo da amostra, iii. identificação, iv. quantificação, v. avaliação estatística e vi. tomada de decisão.

É incomum se analisar quimicamente matrizes na forma bruta, pois elas costumam ter e gerar interferentes que são incompatíveis com os equipamentos analíticos.

Para contornar tais adversidades são empregados procedimentos de preparo da amostra, com os quais se procura isolar e concentrar as espécies de interesse em níveis adequados e obter um nível de limpeza da amostra que não comprometa a sua análise química bem como seu equipamento. Portanto, o preparo da amostra também inclui a sua compatibilização com a técnica que fornecerá os dados químicos.

 

Capítulo 17 - Microextração sortiva em barra de agitação

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Microextração sortiva em barra de agitação

17

José Manuel F. Nogueira

17.1 Introdução

Face à grande complexidade que muitas amostras evidenciam, torna-se, na maioria dos casos, difícil ou mesmo impraticável efetuar a análise direta dos seus constituintes orgânicos, quer com recurso a técnicas cromatográficas quer mesmo hifenadas. Neste contexto, as técnicas de preparo ou preparação de amostras desempenham um papel decisivo e relevante criando condições de seletividade e exequibilidade únicas, capazes de exaltar todo o potencial da instrumentação analítica.

Em qualquer esquema analítico, a etapa de extração ou enriquecimento dos analitos da matriz original, prévia à análise cromatográfica, fundamentalmente com recurso às técnicas convencionais de extração líquido-líquido ou por solventes, é por regra um dos principais passos a contemplar, tendo como primordial objetivo a concentração e transferência dos solutos com interesse da matriz original numa forma mais adequada para introdução nos sistemas analíticos. Nessa perspectiva, e uma vez que a química verde tenha se tornado um novo paradigma desde o início da década de 1990, as técnicas de preparo de amostras direcionaram-se para a simplificação, miniaturização e fácil manipulação dos dispositivos analíticos, exigindo pequena quantidade de volume de amostra e redução drástica ou completa eliminação de solventes orgânicos tóxicos.

 

Capítulo 18 - Microextração em sorvente empacotado (MEPS)

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Microextração em sorvente empacotado (MEPS)

Maria Eugênia Costa Queiroz

18.1 Introdução1,20

Todas as etapas de um método analítico, iniciando pela amostragem (coleta de uma fração representativa da amostra), preparo da amostra, separação, detecção, validação analítica e, por fim, a interpretação dos dados é fundamental para assegurar a exatidão, precisão e sensibilidade analítica das análises de espécies químicas presentes em amostras complexas. Dentre essas etapas, as mais suscetíveis a erros são aquelas que a intervenção humana é direta, tais como: a coleta, o armazenamento e o preparo da amostra.

O preparo da amostra tem sido requerido para aumentar a seletividade e sensibilidade analítica, por meio da remoção dos interferentes da amostra e concentração dos solutos (quase sempre presentes em níveis de traços), em fase líquida ou sólida.

Em razão da complexidade da maioria das amostras, em sistemas cromatográficos, estas não podem ser introduzidas diretamente no seu estado in natura, pois apresentam interferentes que podem suprimir a ionização dos solutos durante o processo de ionização nas análises por cromatografia líquida com detector de espectrometria de massas (LC-MS), coeluir com os solutos durante a separação cromatográfica ou adsorver de forma irreversível junto à coluna analítica, modificando a retenção dos solutos, causando a morte da coluna e, consequentemente aumento dos custos das análises.

 

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