Técnicas de Extracción y Preconcentración de Analitos: Eliminación de Interferencias

TÉCNICAS DE EXTRACCIÓN Y/O PRECONCENTRACIÓN DE ANALITOS. ELIMINACIÓN DE INTERFERENCIAS

EXTRACCIÓN LÍQ-LÍQ

El principio en el que se basa esta técnica es en la diferencia de solubilidad de un soluto entre dos fases líquidas inmiscibles:

• Fase acuosa: Suele contener el analito cargado, por lo que es muy importante controlar el pH.
• Fase orgánica: Fase extractante en la que se puede adicionar:
  • Agente extractivo: Sustancia disuelta en fase orgánica responsable de transferir el soluto a extraer de la fase acuosa a la orgánica, mediante una reacción con este.
  • Modificador: Sustancia disuelta que mejora la extracción, aumenta la solubilidad en la fase orgánica del componente a extraer… pero no reacciona con el componente a extraer.
• Extracto: Fase que contiene el analito después de terminada la extracción.

TIPOS DE EXTRACCIÓN LÍQ-LÍQ

• Simple: Cuando la extracción es muy favorable y sirve para separar una especie con un coeficiente de distribución D muy favorable de otras con D próximo a 0.
• Continua:
  • Repetitiva: Varias simples empleando nuevos volúmenes de fase extractante. El equilibrio se alcanza varias veces.
  • Por recirculación: Flujo continuo de disolvente orgánico que atraviesa la mezcla que se quiere separar. Dependiendo de la densidad de la fase acuosa y la orgánica, en ocasiones será la fase acuosa la que quede por debajo y en otras ocasiones la orgánica, de forma que se utilizará un sistema u otro para realizar la extracción.
• En contracorriente: Los disolventes se mueven de forma contraria y se usan tubos de extracción Craig y se usa para relaciones de distribución del mismo orden.
• Ext. líq-líq automatizada: Determinación de cafeína en preparados de ác. acetil salicílico: a pH básico el ácido queda cargado negativamente, quedando en la fase acuosa y la cafeína neutra, quedando en la fase orgánica. A pH ácido, la cafeína quedará cargada positivamente sobre la fase acuosa, y el ácido de forma neutra, quedando sobre la fase orgánica.

EXTRACCIÓN LIQ-SOL (EXT. EN FASE SÓLIDA)

Se basa en la diferente afinidad de los analitos por la muestra o por una fase sólida (sorbente) que puede ser de diferente naturaleza (polar, apolar, intercambiador iónico…)

Se lleva a cabo para muestras que presentan gran cantidad de interferencias o que necesitan límites de detección muy bajos.

a) Ext. de analitos en muestras líquidas: La muestra pasa a través de un lecho de fase sólida que retiene los analitos y, posteriormente, algunos interferentes. Estos se eliminan del lecho y después se eluyen los analitos con un pequeño volumen de disolvente para concentrar la muestra, aumentando los límites de detección.

b) Purificación de muestras líquidas (eliminación de interferencias): La muestra pasa a través de un lecho de fase sólida que retiene las interferencias mientras que los analitos eluyen.

TIPOS DE SORBENTES:

• Sorbentes apolares: C18, C8, C2, fenil y ciclohexil unido covalentemente a los silanoles de la superficie. Para compuestos orgánicos en muestras líquidas polares. Se eluye con un disolvente orgánico (MeOH, AcCN, EtAc…)
• Sorbentes polares: Gel de sílice (SiO₂ · H₂O), la alúmina (Al₂O₃ · H₂O) Para extraer compuestos polares o purificar extractos orgánicos -> adsorben H₂O del medio-> calentar antes de usar.
• Sorbentes de intercambio iónico: Para preconcentrar compuestos orgánicos iónicos o fácilmente ionizables.
  • I. aniónicos: Fenoles, ác. carboxílicos, ác. ftálicos… (pH básico o superior a su pKa)
  • I. catiónicos: Anilinas, N-heterociclos (pH ácido o inferior a su pKa)
• Sorbentes de exclusión: Permiten la separación de moléculas en función de su tamaño molecular. Son geles (bio-gelp)
• Sorbentes de afinidad: Permiten extraer específicamente un compuesto o familia de compuestos de estructura similar.

MICROEXTRACCIÓN EN FASE SÓLIDA

Se basa en la extracción de los analitos de la matriz de la muestra mediante una fibra de sílice fundida que está recubierta de un sorbente, seguida de la desorción de los analitos mediante temperatura o un disolvente orgánico.

El principio en el que se basa la SPME es la partición de los analitos entre la matriz de la muestra y el recubrimiento de fibra. Así, el transporte de los analitos desde la matriz de la muestra hasta la fibra comienza cuando la fibra entra en contacto con la muestra y la extracción se considera completa cuando la concentración del analito ha alcanzado el equilibrio de distribución entre la muestra y la fibra.

Existen dos modos de extracción posibles en SPME: directa o en espacio de cabeza.

Desorción:

1. Directa: En el mínimo volumen de un disolvente adecuado con calentamiento suave.

2. Térmica: Volatilización por calentamiento e introducción directa en el inyector de un CG.

Aplicaciones de SPME:

Pesticidas en agua y suelos; fenoles en agua; PAHs en agua y suelos; cafeína en café y té; drogas en agua.

EXTRACCIÓN CON FLUIDOS SUPERCRÍTICOS

1. Etapa de presurización: Se eleva la presión del gas a utilizar como solvente a un valor P1 por encima de su presión crítica, Pc; esta operación se realiza por medio de un compresor o bomba.

2. Etapa de ajuste de temperatura: Se remueve o adiciona energía térmica, ya sea con un intercambiador de calor, baños térmicos o resistencias eléctricas, para llevar el solvente comprimido a la temperatura de extracción requerida, estado que está por encima de su temperatura crítica.

3. Etapa de extracción: Se conduce el FSC al extractor donde se encuentra la muestra o materia prima que contiene el soluto de interés en la celda de extracción.

4. Etapa de separación: El FSC se descomprime a una presión P2 inferior a la presión crítica pasando esta fase de gas, saliendo al exterior mediante un restrictor o capilar fino que despresuriza el sistema, junto con los componentes extraídos, que pueden ser recogidos de diferentes formas.

SISTEMAS DE RECOGIDA DE COMPONENTES EXTRAÍDOS CON FSC:

• FUERA DE LÍNEA:

  a) Burbujeo directo: sobre un disolvente a la salida del sistema.

  b) Recogida sobre adsorbente por el cual los componentes extraídos tengan mucha afinidad.

  c) Atrapamiento criogénico sobre un sólido inerte, bajando la temperatura bruscamente de forma que al enfriarse, los componentes extraídos son retenidos.

• EN LÍNEA: Con sistemas de detección o separación: (UV-Vis; MS; FIA; cromatografía, etc...)

El más usado es el superfluido de CO₂, para favorecer su extracción:

• Aumentar el poder disolvente del CO₂ mediante el aumento de temperatura a presión constante o viceversa.
• Añadir un modificador para aumentar la polaridad de este, como pueden ser la acetona o el etanol.

Aplicaciones:

(HPAs, PCBs, dioxinas, furanos, fenoles…) en suelos, sedimentos, aire, cenizas… Alimentos; biomedicina (anfetaminas, colesterol, vitaminas) en plasma, suero, fármacos, antioxidantes, iones metálicos en polímeros, cosméticos.

EXTRACCIÓN LÍQ-GAS o SOL-GAS (EN FASE GASEOSA)

• Ext. en espacio de cabeza estática: En ella se realiza la transferencia de los analitos desde la matriz de la muestra, líquida o sólida, a la fase gaseosa o espacio de cabeza hasta que se alcanza el equilibrio. Posteriormente, un volumen pequeño y bien definido del gas que se encuentra en el espacio de cabeza es inyectado, de modo manual o automático, en un cromatógrafo de gases para su análisis. -> Baja sensibilidad
• Ext. en espacio de cabeza dinámica: Consta de dos etapas: En una primera etapa el gas portador pasa a través de la muestra para purgar los compuestos orgánicos volátiles de la misma. Estos compuestos son recogidos cuantitativamente usando una trampa de material sorbente o una trampa fría. La segunda etapa consiste en la desorción térmica de los analitos retenidos en la trampa y su posterior introducción en el sistema en el que están separados y cuantificados.

Los analitos volátiles no alcanzan el equilibrio entre la fase gas y la matriz debido a que están siendo eliminados de la muestra continuamente.

EXTRACCIÓN SÓL-LÍQ O LIXIVIACIÓN

Lixiviación: separación de analitos de una muestra sólida con una fase líquida a la que se transfieren los analitos. Se utiliza para extraer especies iónicas inorgánicas y orgánicas (sólidas), utilizando como extractantes disoluciones acuosas de ácidos y especies orgánicas de diferentes polaridades utilizando disolventes orgánicos.

Este proceso es muy lento, por lo que debe ser acelerado, mediante el aumento de temperatura o presión.

• Aumento de Tª: favorece la solubilidad y la difusividad de los analitos en el disolvente. Esto se consigue mediante un sistema de calefacción o mediante microondas.
• Aumento de la presión: favorece la penetrabilidad del disolvente en las partículas de la muestra y mejora el transporte de los analitos desde la muestra sólida al disolvente líquido. Esto se consigue mediante un sistema cerrado o ultrasonidos.

· Ext. mixta. Continua o discontinua.

INTERCAMBIADOR IÓNICO:

Es un sólido poroso que tiene la propiedad de fijar iones contenidos en una disolución que lo baña, intercambiándolos por otros de las mismas cargas que forman parte de la estructura del cambiador.

El intercambio iónico se puede llevar a cabo de forma estática o dinámica:

1. Conversión de la resina en forma adecuada: Fijación de ion metálico. Aniónica o catiónica según la naturaleza de los analitos que se encuentran en la muestra.

2. Lavado con agua destilada para eliminar iones no retenidos por la resina.

3. Proceso de intercambio: Se añade la muestra, y los iones contenidos en esta se intercambian por los cationes o aniones que forman parte del intercambiador iónico. Un ion se retendrá mejor en la resina cuanto mayor sea su carga y tamaño.

4. Elución de los iones de analito de la muestra retenidos en la resina. En el caso de ser cationes, se utiliza un ácido fuerte para eluir, y en el caso de ser aniones una disolución de, Na₂SO₄.

APLICACIONES:

Para preconcentración de trazas; purificación de disolventes y reactivos; separación de interferencias.