Guía de iniciación a SPE

¿Qué es la extracción en fase sólida (SPE)?

Que el término extracción en fase sólida (SPE) no lleve a confusión. Un dispositivo de SPE típico tiene 50 veces más poder de separación que una simple extracción líquido-líquido. En realidad, una SPE es cromatografía líquido-sólido en columna. Dado que la SPE es una cromatografía líquida (LC), su práctica se rige por los principios de la LC. Se introduce una muestra en una columna o en un cartucho que contenga un lecho de partículas adecuadas, o de otra forma, de material de relleno cromatográfico (fase estacionaria). El eluyente (fase móvil) fluye a través del lecho. Al elegir una combinación adecuada de fase móvil y fase estacionaria, los componentes de la muestra pueden atravesar directamente el lecho de la columna o pueden retenerse selectivamente.

Cada uno de los compuestos individuales de la muestra suele desplazarse a diferentes velocidades por el dispositivo. El uso de un eluyente más débil hace que se muevan lentamente o se retengan con fuerza. Un eluyente más fuerte acelera su paso a través del lecho y eluye los analitos en un volumen más concentrado. La elución de un dispositivo de SPE se suele realizar aumentando la fuerza de la fase móvil en una serie de pasos discretos, en lugar de continuos, durante los cuales los analitos o las interferencias seleccionados se retienen por completo o se eluyen rápidamente; esta variación de elución en gradiente se denomina gradiente escalonado.

Lo más frecuente es que la SPE se practique mediante dispositivos de cartucho o columna en miniatura. Aquí se muestra un ejemplo. Se carga una mezcla de tres colorantes en el cartucho en un eluyente débil, lo que provoca una fuerte retención de la muestra en una banda estrecha que será de color negro en la entrada de la columna. Los siguientes pasos de gradiente, cada uno con un eluyente progresivamente más fuerte, se utilizan para eluir los colorantes de manera individual (amarillo, rojo y después azul).

Los cartuchos de SPE típicos son dispositivos de baja presión fabricados con plástico resistente a los eluyentes o rellenos de vidrio con partículas ≥30 µm de diámetro. Se pueden lograr flujos adecuados gracias a la gravedad o con la ayuda de vacío o presión positiva baja. (Esto último requiere poner un tapón en la entrada abierta de una columna o utilizar un dispositivo sellado con conectores de entrada y salida]

Importancia de la preparación de muestras

En las últimas dos décadas, importantes avances en la instrumentación analítica y los sistemas de gestión de la información de laboratorio han desplazado las tareas predominantes del analista de las mediciones de los ensayos a la preparación de las muestras y el procesamiento de datos. A medida que se han intensificado los requisitos de mayor sensibilidad, selectividad, exactitud, precisión y número de muestras a procesar, los correspondientes aumentos en la velocidad y la sofisticación del análisis y la recogida de datos han superado las mejoras en las numerosas técnicas tradicionales de recogida y preparación de muestras. Según algunas estimaciones, entre el 75 % y el 80 % de la actividad laboral y los costes operativos de un laboratorio analítico actual se emplean en el procesamiento y la preparación de muestras para su introducción o inyección en un dispositivo de medición o separación analítica. Claramente, los esfuerzos dirigidos y los productos diseñados para optimizar los protocolos de preparación de muestras son esenciales para el progreso futuro de la ciencia analítica.

Objetivos de la preparación de muestras

El éxito en la preparación de muestras para la mayoría de las técnicas analíticas (HPLC, GC, espectrofotometría, RIA, etc.) cumple un triple objetivo; en concreto, proporcionar los componentes de la muestra de interés:

• En solución
• Sin elementos de la matriz que interfieran
• En una concentración adecuada para la detección o la medición

Para cumplir con estos objetivos, se prepara una muestra o una parte representativa de la misma (no siempre es fácil de obtener) mediante métodos tradicionales de disolución, homogeneización, extracción (fase líquida o sólida), filtración, concentración, evaporación, separación, derivatización química, estandarización (interna o externa), etc.

Por lo general, estos métodos se utilizan en combinaciones de varios pasos, que conforman un protocolo de preparación de muestras. Cuantos menos pasos y métodos se utilicen en un protocolo determinado, más simple, más cómodo, más rentable será y menos tiempo requerirá. Los protocolos más simples se prestan más fácilmente a la automatización y también comportan una mayor exactitud, fiabilidad, reproducibilidad y seguridad.

Innovación en los métodos de preparación de muestras

Hay muchas formas de combinar herramientas y técnicas estándares para lograr los objetivos de la preparación de muestras. Sin embargo, es mejor buscar medios innovadores para optimizar los protocolos de preparación de muestras:

• Combinar las funciones de varios pasos, si es posible, en una sola operación;
• Eliminar las transferencias y manipulaciones de muestras innecesarias;
• Reducir la escala tanto como sea posible (ahorrando tiempo, mano de obra y costes);
• Utilizar nuevas herramientas de forma creativa.

Ventajas de los cartuchos de extracción en fase sólida (SPE)

En comparación con otros procesos de preparación de muestras, la extracción en fase sólida con cartuchos de SPE ofrece:

Conseguir los objetivos de preparación de muestras con la extracción en fase sólida (SPE)

• Para eliminar los componentes de la muestra que se eluyen después de los analitos de interés o que se adsorben fuertemente:
  • Utilizar la extracción en fase sólida con una química de superficie del sorbente que sea la misma que la de la columna de HPLC analítica.
  • Adaptar los pasos de gradiente para eluir los analitos de forma selectiva.
• Para eliminar los componentes de la muestra que coeluyen con un analito de interés:
  • Utilizar la extracción en fase sólida con una química de la superficie del sorbente o un modo de separación diferente al de la columna analítica.
  • Adaptar los pasos de gradiente para eluir los analitos de forma selectiva.
• Para enriquecer los componentes de la muestra presentes en concentraciones bajas:
  • Adaptar los pasos de gradiente para eluir los analitos de forma selectiva.
  • Utilizar volúmenes de muestra "grandes" en eluyente que favorezca la adsorción.
  • Utilizar un volumen de recogida "pequeño" en eluyente que favorezca la desorción.
  • Utilizar una química de sorbente adaptada al analito, independientemente de la de la columna analítica.
  • Elegir con cuidado la composición química de la columna de extracción en fase sólida para que no sea necesario preparar más muestras.
• Para eliminar las sales de las muestras:
  • En primer lugar, adsorber los analitos en el sorbente de fase reversa mientras la sal pasa a través sin quedar retenida.
  • A continuación, después de utilizar agua para eliminar la sal residual, desorber los analitos utilizando un eluyente orgánico miscible en agua.
• Para intercambiar los eluyentes:
  • Adsorber la muestra por completo en un sorbente de alta capacidad de retención y eliminar el eluyente original con uno más débil.
  • Eluir el analito con el eluyente deseado.
• Para fraccionar clases de compuestos:
  • Utilizar una secuencia de gradiente escalonado para dividir una muestra en función de su hidrofobicidad, polaridad o carga en fracciones que contengan grupos de analitos que compartan propiedades comunes.
• Para derivatizar analitos utilizando reactivos en fase sólida:
  • Adsorber un reactivo de derivatización en la superficie del sorbente; a continuación, recoger la muestra (normalmente un gas) en condiciones que favorezcan la adsorción completa del analito; esperar a que se produzca la reacción y después eluir selectivamente el derivado.