La extracción en fase sólida ( SPE ) [1] es una técnica extractiva sólido-líquido, mediante la cual los compuestos que se encuentran disueltos o suspendidos en una mezcla líquida se separan, aíslan o purifican, de otros compuestos en esta mezcla, de acuerdo con sus propiedades físicas y químicas. Los laboratorios analíticos utilizan la extracción en fase sólida para concentrar y purificar muestras para su análisis. La extracción en fase sólida se puede utilizar para aislar analitos de interés de una amplia variedad de matrices, incluyendo orina, sangre, agua, bebidas, suelo y tejido animal. [2] [3] [4]
La SPE utiliza la afinidad de los solutos, disueltos o suspendidos en un líquido (conocido como la fase móvil ), con un empaque sólido dentro de una pequeña columna, a través de la cual pasa la muestra (conocido como la fase estacionaria ), para separar una mezcla en componentes deseados y no deseados. El resultado es que los analitos deseados de interés o las impurezas no deseadas en la muestra se retienen en la fase estacionaria. La porción que pasa a través de la fase estacionaria se recoge o se descarta, dependiendo de si contiene los analitos deseados o las impurezas no deseadas. Si la porción retenida en la fase estacionaria incluye los analitos deseados, se pueden retirar de la fase estacionaria para su recolección en un paso adicional, en el que la fase estacionaria se enjuaga con un eluyente apropiado . [5]
Es posible que se produzca una recuperación incompleta de los analitos mediante SPE debido a una extracción o elución incompleta. En el caso de una extracción incompleta, los analitos no tienen suficiente afinidad por la fase estacionaria y parte de ellos permanecerán en el permeado. En una elución incompleta, parte de los analitos permanecen en el sorbente debido a que el eluyente utilizado no tiene una afinidad lo suficientemente fuerte. [6]
Muchos de los adsorbentes/materiales son los mismos que en los métodos cromatográficos, pero la SPE es distintiva, con objetivos separados de la cromatografía y por eso tiene un nicho único en la ciencia química moderna.
La SPE es, de hecho, un método de cromatografía , en el sentido de tener una fase móvil, que transporta mezclas a través de una fase estacionaria, empaquetada dentro de una columna. El proceso cromatográfico se aprovecha para crear una técnica de extracción sólido-líquido, que permite la separación de una mezcla de componentes aprovechando las grandes diferencias entre la fase sólida y líquida K eq , o constante de equilibrio , para cada componente de la mezcla. Las consideraciones químicas para la selección de fases estacionarias y móviles son similares a las de la cromatografía en columna líquida y muchos de los adsorbentes/materiales utilizados son los mismos. Sin embargo, la teoría, los procedimientos y los objetivos son diferentes y, como técnica de extracción, tiene un nicho único en la ciencia química moderna.
Una extracción en fase sólida típica implica cinco pasos básicos. Primero, el cartucho se equilibra con un disolvente no polar o ligeramente polar, que humedece la superficie y penetra en la fase ligada. Luego, el agua, o un tampón de la misma composición que la muestra, se lava típicamente a través de la columna para humedecer la superficie de sílice. Luego, la muestra se agrega al cartucho. A medida que la muestra pasa a través de la fase estacionaria, los analitos polares en la muestra interactuarán y se mantendrán en el sorbente polar mientras el disolvente y otras impurezas no polares pasan a través del cartucho. Después de cargar la muestra, el cartucho se lava con un disolvente no polar para eliminar más impurezas. Luego, el analito se eluye con un disolvente polar o un tampón del pH apropiado.
La fase sólida suele estar formada por una fase estacionaria de sílices polares con enlaces funcionales y cadenas cortas de carbono. Esta fase estacionaria adsorberá moléculas polares que pueden recogerse con un disolvente más polar. [4]
La SPE en fase reversa separa los analitos en función de su polaridad. La fase estacionaria de un cartucho de SPE en fase reversa se derivatiza con cadenas de hidrocarburos, que retienen compuestos de polaridad media a baja debido al efecto hidrofóbico. El analito se puede eluir lavando el cartucho con un disolvente no polar, lo que altera la interacción del analito y la fase estacionaria. [4]
Se suele utilizar una fase estacionaria de silicio con cadenas de carbono. Al depender principalmente de interacciones hidrofóbicas no polares, solo los compuestos no polares o muy débilmente polares se adsorberán a la superficie. [4]
Los sorbentes de intercambio iónico separan los analitos en función de las interacciones electrostáticas entre el analito de interés y los grupos con carga positiva o negativa en la fase estacionaria. Para que se produzca el intercambio iónico, tanto la fase estacionaria como la muestra deben estar a un pH en el que ambas estén cargadas.
Los sorbentes de intercambio aniónico se derivatizan con grupos funcionales cargados positivamente que interactúan y retienen aniones cargados negativamente, como los ácidos. Los sorbentes de intercambio aniónico fuerte contienen grupos de amonio cuaternario que tienen una carga positiva permanente en soluciones acuosas, y los sorbentes de intercambio aniónico débil utilizan grupos de amina que se cargan cuando el pH está por debajo de aproximadamente 9. Los sorbentes de intercambio aniónico fuerte son útiles porque cualquier impureza fuertemente ácida en la muestra se unirá al sorbente y, por lo general, no se eluirá con el analito de interés; para recuperar un ácido fuerte, se debe utilizar un cartucho de intercambio aniónico débil. Para eluir el analito del sorbente fuerte o débil, la fase estacionaria se lava con un solvente que neutraliza la carga del analito, la fase estacionaria o ambos. Una vez que se neutraliza la carga, la interacción electrostática entre el analito y la fase estacionaria ya no existe y el analito se eluirá del cartucho. [4]
Los sorbentes de intercambio catiónico se derivatizan con grupos funcionales que interactúan y retienen cationes cargados positivamente, como las bases. Los sorbentes de intercambio catiónico fuerte contienen grupos de ácido sulfónico alifático que siempre están cargados negativamente en solución acuosa, y los sorbentes de intercambio catiónico débil contienen ácidos carboxílicos alifáticos, que se cargan cuando el pH es superior a aproximadamente 5. Los sorbentes de intercambio catiónico fuerte son útiles porque cualquier impureza fuertemente básica en la muestra se unirá al sorbente y, por lo general, no se eluirá con el analito de interés; para recuperar una base fuerte se debe utilizar un cartucho de intercambio catiónico débil. Para eluir el analito del sorbente fuerte o débil, la fase estacionaria se lava con un solvente que neutraliza la interacción iónica entre el analito y la fase estacionaria. [4]
La fase estacionaria se presenta en forma de un cartucho empaquetado con forma de jeringa, una placa de 96 pocillos , un disco plano de 47 o 90 mm o un dispositivo de microextracción por sorbente empaquetado ( MEPS ), un método de SPE que utiliza un material sorbente empaquetado en una jeringa de manipulación de líquidos . [7] [8] Estos se pueden montar en su tipo específico de colector de extracción. El colector permite procesar múltiples muestras manteniendo varios medios de SPE en su lugar y permitiendo que un número igual de muestras pase a través de ellos simultáneamente. En un colector de SPE de cartucho estándar se pueden montar hasta 24 cartuchos en paralelo, mientras que un colector de SPE de disco típico puede acomodar 6 discos. La mayoría de los colectores de SPE están equipados con un puerto de vacío, donde se puede aplicar vacío para acelerar el proceso de extracción tirando de la muestra líquida a través de la fase estacionaria. Los analitos se recogen en tubos de muestra dentro o debajo del colector después de que pasan a través de la fase estacionaria.
Los cartuchos y discos de extracción en fase sólida se pueden adquirir con varias fases estacionarias, cada una de las cuales separa los analitos en función de diferentes propiedades químicas. La base de la mayoría de las fases estacionarias es sílice que se ha unido a un grupo funcional específico. Algunos de estos grupos funcionales incluyen cadenas hidrofóbicas de alquilo o arilo de longitud variable (para la fase inversa), grupos de amonio cuaternario o amino (para el intercambio aniónico) y grupos de ácido sulfónico alifático o carboxilo (para el intercambio catiónico). [4]
La microextracción en fase sólida (SPME), es una técnica de extracción en fase sólida que implica el uso de una fibra recubierta con una fase de extracción, que puede ser un líquido ( polímero ) o un sólido ( sorbente ), que extrae diferentes tipos de analitos (incluidos tanto volátiles como no volátiles) de diferentes tipos de medios, que pueden estar en fase líquida o gaseosa. [9] La cantidad de analito extraído por la fibra es proporcional a su concentración en la muestra siempre que se alcance el equilibrio o, en caso de preequilibrio de corto tiempo, con ayuda de convección o agitación.