Métodos de Extracción Química: Fundamentos, Ventajas y Aplicaciones en Preparación de Muestras

Ventajas de las Técnicas de Preparación de Muestras

• Preconcentrar los analitos, lo que mejora el Límite de Detección (LOD).
• Reducir el riesgo de pérdida de analito y de contaminación.
• Mejorar la selectividad (reducen interferencias).
• Conservar las muestras y analitos en formas más estables.
• Cambiar el medio para que sea compatible con el utilizado en el cromatógrafo.
• Derivatizar para aumentar la retención.

Extracción Líquido-Líquido (L-L)

Propiedades Deseadas del Disolvente

• Polaridad adecuada según los analitos que se quieran extraer.
• Inmiscible con el agua y densidad muy distinta.
• Baja viscosidad (facilidad de manejo).
• Volatilidad suficiente para preconcentrar los analitos con facilidad.
• Grupos funcionales poco reactivos (para que no reaccione con el analito).
• Bajo precio.
• Transparencia en el UV.

Clasificación de Disolventes (de menor a mayor polaridad)

1. Hidrocarburos: Heptano, iso-hexano y ciclohexano.
2. Hidrocarburos halogenados: CH₂Cl₂ (diclorometano), CHCl₃ (cloroformo).
3. Hidrocarburos oxigenados: Metil-isobutil-cetona, acetato de etilo, di-isopropil éter.

Métodos de Extracción Avanzada

Extracción Soxhlet

Inconveniente: Es lenta y poco adecuada para tratar muestras pequeñas (sólidas y semisólidas).

Extracción con Agua Subcrítica (SWE) vs. Extracción Líquida Presurizada (PLE)

La SWE utiliza agua como disolvente en condiciones subcríticas, a diferencia de la PLE que puede usar otros disolventes.

Ventajas de SWE respecto a PLE (Extracción Líquida Presurizada)

• El agua es más barata.
• Se puede mezclar con pequeñas cantidades de disolventes miscibles para modular la selectividad de la extracción.
• A medida que aumenta la temperatura (T), la polaridad del H₂O disminuye, lo que permite realizar una extracción secuencial programando la T.

Inconvenientes de SWE

• Se suelen utilizar temperaturas mayores (hasta 300 ºC) que en PLE (hasta 200 ºC).
• En PLE se puede variar más la selectividad dependiendo del disolvente orgánico utilizado.
• SWE requiere una segunda bomba que mezcle el agua con un disolvente orgánico a la salida de la celda de extracción para evitar la precipitación de solutos poco polares.

Nota: A medida que la celda se enfría, se forma una fase acuosa (con compuestos polares) y una fase orgánica (apolar).

Extracción con Fluidos Supercríticos (SFE)

Los fluidos supercríticos (FSC) poseen simultáneamente propiedades de líquido y de gas. Sus densidades son similares a las de los líquidos, pero su viscosidad es muy baja. Poseen un alto poder penetrante y difusibilidad en el interior de las muestras (alto poder disolvente).

Dióxido de Carbono (CO₂) como FSC

La gran ventaja del CO₂ es su baja temperatura crítica (31 ºC) y su relativamente baja presión crítica (7,3 MPa), lo que simplifica la instrumentación.

Inconvenientes del CO₂ Supercrítico

• Disuelve mal solutos muy polares. Se le pueden añadir pequeñas cantidades de otros compuestos (como metanol) para aumentar ligeramente su polaridad (modificadores).

Otros Fluidos Supercríticos

• El agua supercrítica es demasiado corrosiva, su Temperatura Crítica (Tc) es demasiado alta y no disuelve solutos apolares.
• El NH₃ (amoniaco) reacciona con muchos analitos.
• El metanol es tóxico y los hidrocarburos son inflamables.
• Para extraer compuestos muy poco polares se utiliza Argón (Ar).

Ventajas Generales de SFE

• Permite alcanzar altos factores de preconcentración en una sola etapa.
• Es rápida, cuantitativa y reproducible.

Desventajas de SFE

El mayor inconveniente en comparación con PLE es el mayor precio de los extractores.

Extracción en Fase Sólida (SPE)

La SPE consiste en la retención de analitos de una muestra líquida sobre la superficie de un sólido o fase enlazada (fase estacionaria). El componente o componentes retenidos quedan preconcentrados sobre el sólido y, a la vez, separados del resto de componentes de la muestra.

Al cambiar el medio (eluyente), los componentes retenidos se solubilizan de nuevo, obteniéndose una disolución concentrada (eluato). Los cartuchos de extracción y las columnas de Cromatografía Líquida (LC) suelen tener la misma composición.

Diferencias entre SPE y Cromatografía Líquida (LC)

1. En SPE, la muestra se separa en dos fracciones (analito y resto), mientras que en LC se separa en múltiples componentes.
2. La SPE se utiliza en la preparación de muestras para preconcentrar y aplicar luego otra técnica más potente (como LC). En LC, se acopla un detector para identificar y cuantificar los analitos.
3. En SPE, las partículas son mucho mayores, lo que resulta en menor eficacia.
4. En SPE, aplicar vacío es suficiente para el proceso.

Etapas de la Extracción en Fase Sólida

1. Acondicionamiento: El relleno y la muestra deben estar en un medio que asegure la retención (controlar pH, fuerza iónica, polaridad).
2. Retención: Para que se alcance, se pasa la muestra por el cartucho a una velocidad baja.
3. Lavado: Se utilizan pequeñas porciones de tampón de acondicionado para eluir los restos de muestra que hayan quedado en el cartucho.
4. Elución de los Analitos: Se cambia la composición del eluyente para liberar los analitos.