La extracción en fase sólida ( SPE ) [1] es una técnica de extracción sólido-líquido, mediante la cual los compuestos que se disuelven o suspenden en una mezcla líquida se separan, aíslan o purifican de otros compuestos de esta mezcla, según sus propiedades físicas y químicas. propiedades. Los laboratorios analíticos utilizan 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, incluidas orina, sangre, agua, bebidas, suelo y tejido animal. [2] [3] [4]
SPE utiliza la afinidad de los solutos, disueltos o suspendidos en un líquido (conocido como fase móvil ), con un empaque sólido dentro de una pequeña columna, a través de la cual pasa la muestra (conocida como fase estacionaria ), para separar una mezcla en la forma deseada. y componentes no deseados. El resultado es que los analitos de interés deseados o las impurezas no deseadas en la muestra se retienen en la fase estacionaria. La porción que pasa por la fase estacionaria se recoge o se descarta, dependiendo de si contiene los analitos deseados o impurezas no deseadas. Si la porción retenida en la fase estacionaria incluye los analitos deseados, entonces pueden retirarse 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 tener una recuperación incompleta de los analitos mediante SPE causada por 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 porque el eluyente utilizado no tiene una afinidad suficientemente fuerte. [6]
Muchos de los adsorbentes/materiales son los mismos que en los métodos cromatográficos, pero el SPE es distintivo, tiene objetivos separados de la cromatografía y, por lo tanto, 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 Keq , 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 extractiva, tiene un nicho único en la ciencia química moderna.
Una extracción típica en fase sólida 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 unida. Luego, normalmente se lava agua, o un tampón de la misma composición que la muestra, a través de la columna para humedecer la superficie de sílice. Luego se agrega la muestra al cartucho. A medida que la muestra pasa por la fase estacionaria, los analitos polares de la muestra interactuarán y se retendrán en el sorbente polar mientras el disolvente y otras impurezas no polares pasan a través del cartucho. Una vez cargada 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.
Una fase estacionaria de sílices polares unidas funcionalmente con cadenas cortas de carbonos con frecuencia constituye la fase sólida. Esta fase estacionaria adsorberá moléculas polares que pueden recolectarse con un solvente más polar. [4]
La SPE de fase reversa separa los analitos según su polaridad. La fase estacionaria de un cartucho SPE de fase inversa 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 interrumpe la interacción del analito y la fase estacionaria. [4]
Generalmente se utiliza 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 en la superficie. [4]
Los sorbentes de intercambio iónico separan los analitos basándose en interacciones electrostáticas entre el analito de interés y los grupos cargados positiva o negativamente en la fase estacionaria. Para que se produzca el intercambio iónico, tanto la fase estacionaria como la muestra deben tener un pH en el que ambas estén cargadas.
Los sorbentes de intercambio aniónico se derivan con grupos funcionales cargados positivamente que interactúan y retienen aniones cargados negativamente, como los ácidos. Los sorbentes de intercambio aniónico fuertes contienen grupos de amonio cuaternario que tienen una carga positiva permanente en soluciones acuosas, y los sorbentes de intercambio aniónico débiles usan grupos amina que se cargan cuando el pH es inferior a aproximadamente 9. Los sorbentes de intercambio aniónico fuertes son útiles porque cualquier impureza fuertemente ácida en el la muestra se unirá al sorbente y normalmente no 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 disolvente que neutraliza la carga del analito, de la fase estacionaria o de ambos. Una vez neutralizada la carga, la interacción electrostática entre el analito y la fase estacionaria ya no existe y el analito eluirá del cartucho. [4]
Los sorbentes de intercambio catiónico se derivan con grupos funcionales que interactúan y retienen cationes cargados positivamente, como las bases. Los sorbentes de intercambio catiónico fuertes contienen grupos de ácido sulfónico alifático que siempre están cargados negativamente en solución acuosa, y los sorbentes de intercambio catiónico débiles contienen ácidos carboxílicos alifáticos, que se cargan cuando el pH es superior a aproximadamente 5. Los sorbentes de intercambio catiónico fuertes son útiles porque cualquier impureza fuertemente básica en la muestra se unirá al sorbente y normalmente no 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 disolvente que neutraliza la interacción iónica entre el analito y la fase estacionaria. [4]
La fase estacionaria viene en forma de un cartucho empaquetado en forma de jeringa, una placa de 96 pocillos , un disco plano de 47 o 90 mm o un dispositivo de microextracción mediante absorbente empaquetado ( MEPS ), un método SPE que utiliza un material absorbente empaquetado. en una jeringa para 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 SPE en su lugar y permitiendo que un número igual de muestras pase a través de ellos simultáneamente. En un colector SPE de cartucho estándar se pueden montar hasta 24 cartuchos en paralelo, mientras que un colector SPE de disco típico puede acomodar 6 discos. La mayoría de los colectores SPE están equipados con un puerto de vacío, donde se puede aplicar vacío para acelerar el proceso de extracción arrastrando la muestra líquida a través de la fase estacionaria. Los analitos se recogen en tubos de muestra dentro o debajo del colector después de pasar por 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 la sílice unida a un grupo funcional específico. Algunos de estos grupos funcionales incluyen cadenas hidrófobas de alquilo o arilo de longitud variable (para fase reversa), grupos de amonio o amino cuaternarios (para intercambio aniónico) y grupos carboxilo o de ácido sulfónico alifático (para 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 extractora, que puede ser líquida ( polímero ) o sólida ( sorbente ), que extrae diferentes tipos de analitos (incluyendo 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 breve, con ayuda de convección o agitación.