Extracción en fase sólida

La extracción en fase sólida ( SPE ) ^{[ 1 ]} es una técnica de extracción sólido-líquido mediante la cual los compuestos disueltos o suspendidos en una mezcla líquida se separan, aíslan o purifican de otros compuestos presentes en dicha mezcla, según sus propiedades físicas y químicas. Los laboratorios analíticos utilizan la extracción en fase sólida para concentrar y purificar muestras para su análisis. Esta técnica permite aislar analitos de interés de una amplia variedad de matrices, como 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 fase móvil ), por un relleno sólido dentro de una pequeña columna, a través de la cual pasa la muestra (conocida como fase estacionaria ), para separar una mezcla en componentes deseados y no deseados. Como resultado, los analitos de interés o las impurezas no deseadas de la muestra quedan retenidos en la fase estacionaria. La porción que pasa a través de la fase estacionaria se recoge o se desecha, dependiendo de si contiene los analitos deseados o las impurezas no deseadas. Si la porción retenida en la fase estacionaria incluye los analitos deseados, estos pueden eliminarse de la fase estacionaria para su recolección en un paso adicional, en el que la fase estacionaria se enjuaga con un eluyente adecuado . ^{[ 5 ]}

Es posible que la recuperación de los analitos mediante SPE sea incompleta debido a una extracción o elución incompleta. En caso de extracción incompleta, los analitos no tienen suficiente afinidad por la fase estacionaria y parte de ellos permanece en el permeado. En una elución incompleta, parte de los analitos permanece en el adsorbente porque el eluyente utilizado no tiene la afinidad suficiente. ^{[ 6 ]}

Muchos de los adsorbentes/materiales son los mismos que en los métodos cromatográficos, pero la SPE es distintiva, con objetivos diferentes a los 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 que utiliza una fase móvil que transporta las mezclas a través de una fase estacionaria empaquetada en una columna. El proceso cromatográfico se aprovecha para crear una técnica de extracción sólido-líquido, que permite la separación de una mezcla de componentes mediante la utilización de grandes diferencias entre la constante de equilibrio ( _Keq) de la fase sólida y la líquida para cada componente de la mezcla. Las consideraciones químicas para la selección de las fases estacionaria y móvil son similares a las de la cromatografía líquida en columna, 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, ocupa un lugar único en la química moderna.

Una extracción en fase sólida típica consta de 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 estacionaria. A continuación, se hace pasar agua, o un tampón de la misma composición que la muestra, a través de la columna para humedecer la superficie de sílice. Posteriormente, se añade la muestra al cartucho. A medida que la muestra pasa por la fase estacionaria, los analitos polares presentes en ella interactúan y se retienen en el adsorbente polar, mientras que el disolvente y otras impurezas no polares atraviesan el cartucho. Una vez cargada la muestra, el cartucho se lava con un disolvente no polar para eliminar las impurezas restantes. Finalmente, el analito se eluye con un disolvente polar o un tampón del pH adecuado.

Una fase estacionaria de sílices polares con enlaces funcionales y cadenas cortas de carbono suele constituir la fase sólida. Esta fase estacionaria adsorbe moléculas polares que pueden ser recogidas con un disolvente más polar. ^{[ 4 ]}

La SPE de fase inversa separa los analitos según su polaridad. La fase estacionaria de un cartucho de SPE de fase inversa está derivatizada 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 entre el analito y la fase estacionaria. ^{[ 4 ]}

Se suele utilizar una fase estacionaria de silicio con cadenas de carbono. Al basarse principalmente en interacciones hidrofóbicas no polares, solo los compuestos no polares o muy débilmente polares se adsorberán a la superficie. ^{[ 4 ]}

Los adsorbentes de intercambio iónico separan los analitos basándose en las 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.

La fase estacionaria se presenta en forma de cartucho con forma de jeringa, placa de 96 pocillos , disco plano de 47 o 90 mm, o dispositivo de microextracción por sorbente empaquetado ( MEPS ), un método SPE que utiliza un material sorbente 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 al sostener varios medios SPE en su lugar y permitir 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 alojar 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 al aspirar 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 según sus diferentes propiedades químicas. La base de la mayoría de las fases estacionarias es sílice unida a un grupo funcional específico. Algunos de estos grupos funcionales incluyen cadenas hidrofóbicas de alquilo o arilo de longitud variable (para fase inversa), grupos de amonio cuaternario o amino (para intercambio aniónico) y grupos de ácido sulfónico alifático o carboxilo (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 (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 un preequilibrio de corta duración, con la ayuda de convección o agitación.

• EM Thurman, MS Mills, Extracción en fase sólida: Principios y práctica, Wiley-Interscience, 1998, ISBN 978-0-471-61422-7
• Nigel JK Simpson, Extracción en fase sólida: principios, técnicas y aplicaciones, CRC, 2000, ISBN 978-0-8247-0021-8
• James S. Fritz, Extracción analítica en fase sólida, Wiley-VCH, 1999, ISBN 978-0-471-24667-1