Innovaciones en sistemas de toma de muestras ambientales que empleen nuevas fases sorbentes para la preconcentración de contaminantes

Resumen

1. Introducción o motivación de la tesis El análisis de muestras ambientales (agua, aire y suelo) es un desafío debido a su heterogeneidad tanto espacial, como temporal. A esto hay que sumar los elevados volúmenes dónde se pueden encontrar gran cantidad de analitos a concentraciones bajas [1,2]. Además de la problemática asociada a la etapa de la toma de muestra es necesario tener en cuenta el transporte de la muestra hasta el laboratorio para su análisis final, durante el que normalmente se producen pérdidas o degradación de los analitos [3]. Por ello es importante el diseño de nuevos dispositivos de muestreo que integren la preconcentración de los analitos [4]. Al quedar retenidos sobre un soporte, se incrementa su estabilidad durante la etapa de transporte. Se reducen además los costes asociados ya que no es necesario trasladar recipientes conteniendo elevados volúmenes de muestra. Estos nuevos dispositivos se basan en diferentes técnicas de microextracción, y especialmente en la microextracción en fase sólida en cualquiera de sus modalidades [5]. De todas ellas, la más extendida es la microextracción en película delgada (TFME) [6], técnica que se soporta en el empleo de una fase sorbente plana en la que se retienen los analitos. Dentro de este campo se han propuesto muchos avances centrados en el desarrollo de nuevos materiales sorbentes planos. Para ello, existen muchas posibilidades entre las que pueden destacar el empleo de Fabric Phases (FPs) [7] y las membranas con base papel [8,9]. 2.Contenido de la investigación La investigación desarrollada en la presente Tesis Doctoral se ha centrado en el diseño de nuevos dispositivos que integran la etapa de muestreo y extracción de contaminantes presentes en muestras ambientales (agua y aire). Teniendo en cuenta los dos compartimentos ambientales estudiados, se han desarrollado dos alternativas para la determinación de contaminantes emergentes [10], en ambos compartimentos. Para la extracción de contaminantes emergentes en muestras de agua se ha desarrollado una unidad de extracción magnética, cuyo componente central es un imán circular horadado. A través de la cavidad del imán se hace pasar un tornillo, el cual, se emplea para unir la unidad de extracción a un taladro de batería, que proporcionará agitación a la unidad de extracción. En una primera aproximación, se empleó para la extracción de benzofenonas, empleando como fase sorbente soportada sobre el imán una membrana de nailon-6 comercial. El segundo desarrollo de esta unidad de extracción mejoró la agitación. Para ello, se le añadió un aspa de mayor tamaño. Además, y con el fin de eliminar los problemas relacionados con la difusión de los analitos, se preparó una membrana de papel magnética con nailon-6 como fase extractante. En este caso, el nuevo desarrollo se empleó para la extracción de conservantes (parabenos y triclosán), demostrando el potencial de las membranas de papel modificado. Finalmente, en esta línea se preparó otra membrana magnética, que empleaba como fase sorbente partículas Hydrophilic-Lypophilic Balance (HLB) uno de los materiales más empleados en los procesos de análisis ambiental. Además, la preparación de esta membrana empleando como soporte una cinta magnética comercial autoadhesiva mejoró el diseño del dispositivo de muestreo. Para la mejora del dispositivo se modificó el sistema de agitación empleando en este caso un pequeño motor eléctrico, en lugar del taladro de batería, reduciendo así el coste del muestreador 80 veces. Esta aproximación fue empleada para la determinación de herbicidas en muestras de agua de arroyo y pozo, demostrando así el potencial de un dispositivo basado en tecnologías asequibles en procesos de análisis. Por otro lado, para el análisis de muestras de aire se diseñó un dispositivo de muestreo basado en el empleo de un ventilador de ordenador. El ventilador se empleó como núcleo del dispositivo de muestreo sirviendo como sistema de aspiración de la muestra. En esta aproximación se colocó la fase sorbente, en este caso FPs, sobre las aspas del ventilador. Por tanto, al ponerlo en marcha, y pasar la muestra entraba en contacto con la fase sorbente y los analitos se retenían sobre la misma. El dispositivo se empleó para la determinación de disolventes orgánicos volátiles presentes en ambientes de trabajo. Además, se demostró su potencial para la extracción de compuestos semivolatiles presentes en muestras sólidas, siendo posible determinar el perfil de volátiles de muestras naturales como agujas de pino y cáscaras de naranja. 3.Conclusión En la presente Tesis Doctoral se ha abordado el diseño de nuevos sistemas de tratamiento de muestra que integren las etapas de muestreo y extracción en muestras ambientales. Estos dispositivos se basan en el empleo de la extracción en membrana agitada [11] como técnica de extracción. En su desarrollo se han empleado diferentes membranas poliméricas, tanto comerciales, como modificadas. El acoplamiento de estos materiales, junto con el empleo de los nuevos dispositivos, ha demostrado que logra soslayar la problemática intrínseca del muestreo ambiental. Además, si a esto se le une el empleo de la espectrometría de masas en tándem en la etapa de detección se consigue determinar los contaminantes propuestos a bajas concentraciones con una selectividad adecuada. Finalmente cabe destacar que todas las propuestas desarrolladas permiten la aplicación on-site, lo que elimina la etapa del transporte de la muestra. Además, los dispositivos desarrollados son de fácil aplicación, seguros para el operador, y baratos, consiguiéndose información analítica de calidad (tanto cuantitativa como cualitativa). Todo ello en línea con los principios de la Química Analítica Blanca, lo que permite considerar a estos dispositivos como una alternativa competitiva en el ámbito del análisis ambiental. 4. Bibliografía [1] Compr. Anal. Chem. 32 (1999) 59–117. [2] M.R. Ras, F. Borrull, R.M. Marcé, TrAC Trends Anal. Chem. 28 (2009) 347–361. [3] J. Pawliszyn, TrAC Trends Anal. Chem. 25 (2006) 633–634. [4] M.C. Alcudia-León, R. Lucena, S. Cárdenas, M. Valcárcel, A. Kabir, K.G. Furton, J. Chromatogr. A 1488 (2017) 17–25. [5] H. Piri-Moghadam, F. Ahmadi, J. Pawliszyn, TrAC Trends Anal. Chem. 85 (2016) 133–143. [6] I. Bruheim, X. Liu, J. Pawliszyn, Anal. Chem. 75 (2003) 1002–1010. [7] A. Kabir, K.G. Furton, Fabric Phase Sorptive Extractors (FPSE), 2014. [8] J. Chen, R.J. Hurtubise, Talanta 45 (1998) 1081–1087. [9] M.C. Díaz-Liñán, R. Lucena, S. Cárdenas, A.I. López-Lorente, J. Chromatogr. A 1651 (2021) 462297. [10] S. Sauvé, M. Desrosiers, Chem. Cent. J. 8 (2014) 15. [11] M.C. Alcudia-León, R. Lucena, S. Cárdenas, M. Valcárcel, Anal. Chem. 81 (2009) 8957–8961.