Conclusions

En la actualidad las técnicas analíticas instrumentales proporcionan una muy buena sensibilidad y selectividad, pero todavía no permiten analizar directamente muestras complejas (biológicas, ambientales, alimentarias...). Por tanto, es necesario llevar a cabo un tratamiento previo de la muestra, que puede incluir la extracción, concentración, fraccionamiento y/o aislamiento del analito o analitos. Esta etapa o etapas de tratamiento de muestra tienen un gran impacto tanto en la calidad (en cuanto a exactitud y precisión) del análisis como en su tiempo, ya que más del 80% del tiempo de análisis se dedica a las etapas de muestreo y tratamiento. Por este motivo es importante que la preparación de muestra sea eficiente, lo que idealmente implica una mínima pérdida de muestra (y por tanto una buena recuperación de los analitos), una eliminación lo más completa posible de los interferentes, un coste bajo y que el tratamiento sea rápido, cómodo y fácil de combinar con los sistemas que se usarán posteriormente en la determinación. Frente a las técnicas de tratamiento de muestra clásicas, que generalmente conllevan múltiples (y tediosas) etapas, mucho tiempo y un gran consumo de disolventes, las tendencias en los últimos tiempos se dirigen a la miniaturización, la reducción del uso de disolventes y la automatización. De esas tendencias surgen las llamadas técnicas de microextracción, frente a la extracción líquido-líquido y la extracción en fase sólida (SPE, Solid Phase Extraction) “clásica” [Kataoka et al., 2009].

En concreto, la microextracción en fase sólida (SPME, Solid Phase MicroExtraction) es una técnica de tratamiento de muestra miniaturizada en la que se utiliza un dispositivo de microextracción con una fase adsorbente (o absorbente). Cuando se pone en contacto con la muestra, quedan retenidos en esa fase los analitos, que posteriormente se desorberán para analizarlos [Bagheri et al., 2004]. Existen dos mecanismos de extracción, con distinto fundamento, en función del coeficiente de difusión de los analitos en la fase: la absorción (los analitos con difusión rápida en la fase migran al interior de la misma en la extracción en un proceso no competitivo) y la adsorción (los analitos, de difusión lenta, se quedan en la superficie de la fase en un proceso competitivo, dado que los sitios disponibles son limitados) [Cháfer Pericás, 2006].

La SPME consta de 2 etapas fundamentales: la extracción, en la que los analitos se adsorben sobre la fase sólida (o se absorben, según el caso), y la desorción, en la que se

Capítulo 1. Introducción

19 liberan. Hay dos tipos de desorción, la desorción térmica, empleada sobre todo cuando se acopla la SPME a cromatografía de gases (GC, Gas Chromatography) y la desorción con disolventes, que es la más utilizada en el acoplamiento con cromatografía de líquidos de alta resolución (HPLC, High Performance Liquid Chromatography). La desorción puede llevarse a cabo tanto on-line como off-line, teniendo muchas más ventajas la desorción on-line, en la que se transfiere la totalidad de los analitos extraídos al sistema cromatográfico, obteniendo mejor sensibilidad, reproducibilidad y exactitud, reduciendo el número de etapas y acortando el tiempo de análisis. Además de estas dos etapas principales, existen hasta tres etapas opcionales más. En primer lugar, en función del tipo de fase puede ser necesario acondicionarla antes de la extracción para activar los grupos que van a interaccionar con los analitos. El acondicionamiento va seguido muchas veces de un lavado, para eliminar impurezas en la fase que puedan desorberse posteriormente junto a los analitos, y así evitar efectos memoria. Entre las etapas de extracción y desorción puede hacerse una etapa de limpieza, que elimine impurezas que también se hayan extraído o restos de algún reactivo empleado. La última etapa opcional, que también se ubicaría antes de la desorción, sería un secado, en el que se pasa una corriente de gas inerte (generalmente N2) por la fase para secarla. Esta etapa se suele usar en

SPME-GC, para eliminar restos de las matrices acuosas que no pueden entrar en el sistema cromatográfico [Bagheri et al., 2004; Gupta et al., 2008; Pan et al., 2013].

La SPME es una técnica de extracción no exhaustiva, en la que se produce un equilibrio entre la fase sólida y la muestra, y el analito se reparte entre ambas fases. La cantidad de analito retenida es proporcional a su concentración en la muestra, aunque no se extrae en su totalidad, sino que queda parte en la muestra tras la extracción. Los rendimientos o recuperaciones absolutas de la extracción suelen ser bajos, pero dado que ésta es reproducible y que se usan volúmenes muy pequeños de disolvente, se concentran mucho los analitos, dando lugar finalmente a buenos límites de detección y cuantificación [Kataoka et al., 2009]. Respecto a las ventajas que presenta la microextracción en fase sólida, la cantidad de disolventes orgánicos usada es mínima (o incluso inexistente), lo que reduce los costes del análisis y la cantidad de residuos generados, así como el contacto del analista con disolventes que muchas veces son tóxicos. Además, los analitos se concentran al trabajar con volúmenes tan pequeños, permitiendo alcanzar buenos límites de detección y cuantificación incluso con pequeñas cantidades de muestra. La técnica también presenta buena selectividad (la afinidad de la fase utilizada marcará qué analitos se extraen), es sencilla, fácil de automatizar y relativamente rápida. En general también permite reducir el número de etapas del análisis, pudiéndose acoplar on-line en muchos casos con los equipos usados en la determinación. Reducir el número de etapas tiene múltiples ventajas, reduciendo las posibilidades de error, el tiempo de análisis y su coste [Kataoka et al., 2009].

Dentro de la SPME, existen varias modalidades según el dispositivo, y se dividen en dos grandes grupos. En uno de ellos, la fase sólida recubre la superficie externa del dispositivo de extracción, como sucede en la SPME en fibra, en la extracción por sorción sobre barra agitadora (SBSE, Stir-Bar Sorptive Extraction), en la que la fase sólida recubre una barra agitadora, o en la microextracción en capa fina (TFME, Thin-Film

Capítulo 1. Introducción

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MicroExtraction), donde el dispositivo es una película o membrana de fase sólida. En estos casos, considerados técnicas estáticas, la difusión de los analitos a la fase se facilita mediante agitación. En el otro grupo (considerado de técnicas dinámicas), la fase sólida recubre el interior del dispositivo, y la difusión de los analitos se produce al pasar la muestra a través del mismo. Esto es lo que sucede en la microextracción en fase sólida in-tube (IT-SPME, donde el dispositivo es un capilar), SPME in-tip (una punta de pipeta) o SPME en jeringa (la aguja de una microjeringa) [Kabir et al., 2013; Kataoka, 2011; Torres- Padrón et al., 2014]. En la trampa tubular abierta (OTT, Open-Tubular Trapping), otra técnica de microextracción capilar, la ejecución es similar a IT-SPME (los analitos también quedan retenidos al pasar la muestra a través de un capilar recubierto internamente con la fase sólida). Sin embargo, en OTT, que se acopla con GC, se produce la extracción completa del analito o analitos, a diferencia de la IT-SPME que es una técnica de extracción no exhaustiva [Kataoka et al., 2009].

La modalidad más común de SPME es la SPME en fibra, en la que la fase sólida recubre una fibra que puede sustituir a la aguja de una jeringa de inyección de cromatografía de gases, permitiendo utilizar los inyectores convencionales para el acoplamiento SPME-GC [Saito et al., 2003, Lord, 2007]. Por el contrario, el acoplamiento SPME-HPLC es más complejo, con unos tiempos de desorción largos que se unen a otros problemas como la escasa variedad de fibras de SPME válidas para aplicaciones en cromatografía de líquidos o la dificultad de automatización. La desorción off-line o el uso de una interfase con cámara de desorción son posibilidades poco utilizadas debido a la lentitud y baja eficiencia de la desorción de los analitos desde la fibra hasta un disolvente [Lord, 2007]. Por este motivo, el acoplamiento de SPME con HPLC (de gran interés para el análisis de compuestos no aptos para GC), se suele llevar a cabo en la modalidad in- tube (IT-SPME). Cuando la muestra (generalmente líquida, aunque podría ser gaseosa) pasa a través del capilar, los analitos quedan retenidos, y la desorción se lleva a cabo pasando un disolvente a través de capilar, obteniéndose una desorción mucho más rápida y eficiente que con la fibra. Además, la IT-SPME presenta algunas ventajas más sobre la SPME en fibra en el acoplamiento con HPLC. Así, en el capilar se puede incluir una cantidad de fase sólida mayor que en la fibra, permitiendo alcanzar límites más bajos. Tampoco están presentes en la modalidad in-tube los problemas de fragilidad y sangrado de la fibra que ocurren en la desorción con disolventes.

El acoplamiento on-line es mucho más sencillo y permite la automatización. La principal limitación de la IT-SPME es la necesidad de introducir muestras que no contengan partículas, para evitar la obturación del capilar, lo que en ocasiones implica una operación previa de filtración o centrifugación [Lord, 2007; Kataoka et al., 2009], aunque esta etapa es habitual en cualquier muestra y/o extracto antes de su introducción en el cromatógrafo. Existen varias modalidades y configuraciones en IT-SPME, así como diferentes tipos de capilares. En el capítulo 3 se discutirán de forma exhaustiva todas esas posibilidades, así como su estado actual y sus fortalezas y debilidades, junto con otras cuestiones relacionadas con la técnica como los parámetros más importantes en la optimización y las aplicaciones en que se ha utilizado en los últimos años.

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