Tema 18: PREPARACION DE MUESTRAS PARA LA DETERMINACION DE COMPUESTOS ORGANICOS EN MUESTRAS MEDIOAMBIENTALES

Question 1

Etapas en el análisis de compuestos orgánicos.

Answer 1

• Extracción: separación de los compuestos de interés.
• Clean-up: separación de los compuestos de interés y los coextraídos.
• Concentración: aumentar la concentración de los compuestos de interés (tras reducción del disolvente del extracto.
• Análisis instrumental: uso de técnicas sensible para realizar la medida analítica.
• Muy importante la volatilidad del compuesto de interés y el tipo de matriz de la muestra.

Question 2

Extracción: Aguas

Answer 2

• Espacio en cabeza
• Purga-trampa
• Sistemas automatizados e integrados en los sistemas cromatográficos. Se aplican para el tratamiento de muestras en la determinación de compuestos orgánicos volátiles (VOCs).

Question 3

Método estático de espacio en cabeza (headspace)

Answer 3

• Colocar muestra en recipiente cerrado y temperatura cte. hasta equilibrio de fase gas/líquido
• Se recogen los compuestos de interés en fase gaseosa con una jeringa
• Se produce la inyección cromatográfica para su análisis.
• Operación es simple.
• No es un método adecuado para compuestos polares (alcoholes y ácidos carboxílicos) -> se retienen en la fase acuosa.

Question 4

Método Dinámico Espacio en Cabeza

Answer 4

• Variante del método estático.

- Se introduce un gas inerte como helio o nitrógeno en en el espacio de aire de la muestra, para remover los volátiles.

Question 5

Método purga y trampa (PT).

Answer 5

• Modificación del método dinámico espacio en cabeza.
• Gas inerte burbujea sobre la misma superficie de la muestra acuosa.
• Compuestos volátiles son depositados y retenidos en una trampa con material absorbente (perlas de polímero poroso, carbón activo, gel de sílice, etc.).
• Material absorbente es calentado produciendo la desorción de los compuestos (sustancia se libera desde la superficie acuosa hacia el gas).
• El gas pasa a través de la propia muestra.
• En este método prácticamente toda la fracción volátil llega al cromatógrafo (más que en el método headspace).

Question 6

Empleo de disolventes.

Answer 6

• Para el análisis de muestras acuosas en la determinación de compuestos semivolátiles.
• Se emplea en:
  · Extracción líquido-líquido
  · Extracción en fase sólida (SPE).

Question 7

Extracción líquido-líquido.

Answer 7

• Se añaden disolventes no polares, que sean inmiscibles con el agua y que tengan mayor solubilidad con los compuestos de interés que el agua.
• Tipos de disolventes volátiles utilizados:
  · Hexano: adecuado para la extracción de compuestos no polares del tipo hidrocarburos alifáticos.
  · Benceno: extracción de compuestos aromáticos.
  · Eter o acetato de etilo: para compuestos relativamente polares que contienen oxígeno en su molécula.
  · Diclorometano: para compuesto no polares.
• Para compuestos relativamente solubles en agua se añaden sales que incrementen la eficacia de la extracción.
• Para evitar problemas de formación de emulsiones:
  · Añadir pequeñas cantidades de etanol
  · Agitar en baño de ultrasonidos
  · Añadir sulfato sódico anhidro.
• Métodos basados en la minimización de los volúmenes implicados (< 10 mL):
  · Adición de sulfato de magnesio
  · Micro-extracción dispersiva

Question 8

Extracción en fase sólida.

Answer 8

• Se hace pasar el volumen de la muestra acuosa a través de pequeños cartuchos que contienen material absorbente para la retención selectiva de los compuestos de interés.
• Elución desde dicho material absorbente con un disolvente (lavar con disolvente).
• Procedimiento rápido.
• Adsorbentes más comunes: gel de sílice, resinas del tipo poliestireno, poliacrilato y carbón activo.
• Desventaja: falta de reproducibilidad (intervienen factores como la velocidad de elución).

Question 9

Sin empleo de disolventes.

Answer 9

• Micro-extracción en fase sólida (SMPE):
  · Fibra de tipo aguja (recubierta químicamente con un material adsorbente tipo sílice) se sumerge en muestra líquida.
  · Se produce adsorción o retención de los compuestos (se pueden extraer).
  · Desorción se produce tras el calentamiento en el inyector del cromatógrafo y el arrastre por la fase móvil del gas portador.

Question 10

Sedimentos y suelo: Purga y Trampa.

Answer 10

Mismo procedimiento que la purga trampa anterior (extracción de muestras acuosas).

Question 11

Sedimentos y suelos: Empleo de disolventes.

Answer 11

• Extracción Soxhlet (sucesivos y continuos lavados con disolvente orgánico)
• Extracción mediante agitación (muestra sólida en contacto con disolvente se agita, agitación mecánica o magnética).
• Extracción por ultrasonidos (US).
• Extracción asistida por microondas (MC).
• Extracción acelerada con disolventes (se produce a elevadas temperaturas y presiones).
• Extracción por fluidos supercríticos (SFE) (gases como CO2 y N2O son fluidos bajo condiciones concretas de presión y temperatura -> densidades similares a fluidos pero con menor viscosidad)

Question 12

Muestras de aire.

Answer 12

• Muestras en fase particulada (sólida):
  · Se usan membranas de filtro para la retención de partículas en el aire.
• Muestras en fase gaseosa:
  · Más compleja (naturaleza volátil de los compuestos).
  · Muestro con cánister: almacenamiento de un volumen de aire en botellas de acero inoxidable (cánister). Recomenddo para compuestos orgánicos volátiles apolares.
  · Adsorbentes sólidos: muestra gaseosa atraviesa un tubo empaquetado con adsorbente. Delución posterior o desorción térmica.
  · Atrapamiento líquido mediante borboteadores: muestra gaseosa se hace burbujear a través de una disolución adecuada.

Question 13

Etapa de purificación o clean-up.

Answer 13

• Etapa adicional necesaria para retirar sustancias interferentes presentes en el extracto a analizar.
• Cromatografía de adsorción en columna: columna de vidrio rellenada con material adsorbente (fase estacionaria), el extracto a purificar y los disolventes (fase móvil). Los disolventes de elución arrastran por gravedad el extracto a lo largo de la columna.
• Cromatografía de partición: cromatografía en fase inversa. Adsorbente es polar y los disolventes son más polares.
• Cromatografía por gel de permeación: las moléculas se separan por tamaño.
• Cromatografía de intercambio iónico; separación de compuestos con grupos funcionales iónicos.
• Partición ácida-alcalina: separación de componentes ácidos, neutros y básicos mediante ajuste del pH de las muestras acuosas.
• Clean-up de azufre: se añade cobre al extracto a tratar y se agita -> precipitación de sulfuro de cobre.
• Descomposición alcalina: extraer compuestos estables en medios alcalinos.

Question 14

Cromatografía.

Answer 14

• Método físico de separación.
• Sirve para separar los componentes de la mezcla y para medir la proporción de los componentes de la mezcla.
• Separación de la mezcla en fase móvil y estacionaria.
• La fase estacionaria consta, según el procedimiento, de materia sólida o un líquido, y la fase móvil de un líquido o gas.

- Tipos: 
· Cromatografía en papel
· Cromatografía en capa fina (similar a en papel)
· Cromatografía en columna
· Cromatografía de gases