Dispositivo miniaturizado de extracción mejorado.

Se ha desarrollado un dispositivo miniaturizado mejorado que permite la extracción con líquidos a altas presiones y temperatura controlada de especies químicas de distinta naturaleza de muestras semi-sólidas o sólidas empaquetadas en una celda cerrada,

superando algunas limitaciones relacionadas con la inercia térmica del sistema. El dispositivo incorpora una resistencia insertada en un tubo de acero y un motor que guía aire a través del tubo para el calentamiento de la cámara donde se colocan las celdas de extracción. Tanto las resistencias como el motor pueden encenderse y apagarse independientemente.

El dispositivo mejorado permite acortar el tiempo necesario para realizar la extracción con líquidos de especies químicas de distinta naturaleza de muestras semi-sólidas o sólidas, lo que constituye una avance muy útil para la resolución de diversos problemas dentro del campo de la preparación de muestra en Química Analítica.

Dispositivo miniaturizado de extracción mejorado.

Objeto de la invención

La presente invención se encuadra en el campo técnico de pretratamiento de muestra para el análisis de especies químicas en matrices complejas.

Se ha mejorado un dispositivo miniaturizado que permite la extracción con disolventes a altas presiones y temperaturas de matrices sólidas y semi-sólidas, reduciendo tanto el tiempo requerido para la extracción a altas temperaturas como el de espera entre muestras. El empleo de este nuevo dispositivo permite una reducción significativa del tiempo global de preparación de muestra respecto a los habitualmente involucrados por otras técnicas de extracción convencionales. El sistema puede ser acoplado con facilidad a distintos tipos de sistemas cromatográficos de purificación y/o separación y con ciertos detectores.

Estado de la técnica

La extracción con líquidos a presión (PLE) es una técnica de preparación de muestra de reciente introducción (B.E. Richter, J.L. Ezzell, D. Félix, K.A. Roberts, D.W. Later, Am. Lab. 27 (1995) 24). Sin embargo, esta técnica ha experimentado un gran desarrollo en los últimos años por representar una alternativa sencilla, rápida y que implica un menor consumo de disolventes y adsorbentes que las técnicas convencionales empleadas para la extracción de compuestos no volátiles o de volatilidad moderada de muestras semi-sólidas y sólidas. Los diferentes campos de aplicación y las distintas aproximaciones analíticas ensayadas hasta la fecha han sido resumidos y discutidos en distintas revisiones, como J.L. Luque-García, M.D. Luque de Castro, Trends Anal. Chem. 23 (2004); 102-108., L. Ramos, E.M. Kristenson, U.A.Th. Brinkman. J. Chromatography A, 975 (2002) 3-29.

Hasta la fecha, se han comercializado tres sistemas de PLE. El primero se comercializa desde 1995 (patentes US 5,843,311, US 5, 647,976, US 5,660,727, US 5,785,856). Existen dos modelos de este PLE. El primero alcanza temperaturas de hasta 200ºC y presiones de hasta 21 MPa en celdas de extracción de 1, 5, 11, 22 ó 33 ml. Permite el análisis consecutivo de hasta 24 muestras cuyos extractos se recogen en 26 viales de 40 ó 60 ml. Recientemente, se ha introducido una variante, con características similares, pero para el análisis de una única muestra (la celda puede ser de 10, 34, 66 ó 100 ml y el vial para el extracto es de 250 ml). El segundo modelo es para muestras de mayor tamaño, alcanza temperaturas similares pero presiones inferiores (hasta 10 MPa) en celdas de 34, 66 ó 100 ml, y permite el procesado consecutivo de hasta 12 muestras recogiendo los extractos en viales de 250 ml.

El número de sistemas de PLE disponibles en el mercado es limitado y ninguno de ellos resulta adecuado para el tratamiento de muestras de pequeño tamaño. Por sus características y falta de flexibilidad de sus diseños, ninguno permite tampoco su acoplamiento en línea ni con otra de las celdas para el tratamiento consecutivo de la muestra ni con un sistema cromatográfico de purificación y/o separación-detección. Asimismo, tampoco permiten trabajar con celdas de distinto tamaño de forma simultánea o secuencial, como lo hace el nuevo dispositivo al que se refiere esta memoria descriptiva.

El primer ejemplo previo de sistema miniaturizado de PLE fue desarrollado por uno de los inventores de esta patente (L. Ramos, J.J. Vreuls, U.A.Th. Brinkman. J. Chromatography A, 891 (2000) 275-286). Este primer sistema miniaturizado de PLE ha sido empleado con éxito para la extracción de trazas de microcontaminantes ambientales, como hidrocarburos aromáticos policíclicos (L. Ramos, J.J. Vreuls, U.A.Th. Brinkman. J. Chromatography A, 891 (2000) 275-286) y cloroanilinas (E.M. Kristenson, S. Angioi, R.J.J. Vreuls, M.C. Gennaro, U.A.Th. Brinkman, J. Chromatogr. A, 2004), de suelos y sedimentos. El sistema permite la extracción reproducible de los analitos endógenos de interés con volúmenes mínimos de disolventes orgánicos (unos 100 μl) y con un ahorro significativo de tiempo respecto a los procedimientos convencionales de tratamiento de muestra (unos 20 min vs varias horas). Su uso combinado con un sistema de análisis instrumental sensible y selectivo permite la determinación inequívoca de los compuestos estudiados sin tratamiento adicional de los extractos, lo que, combinado con el reducido volumen de disolvente empleado, hace factible el acoplamiento directo entre el sistema de PLE y el de separación-detección elegido. Sin embargo, por su diseño, el tamaño de la celda a emplear queda limitado a 10 mm × 9 mm de diámetro exterior (o.d.), siendo el diámetro interno el único parámetro que puede ser modificado (en el intervalo 2-4 mm). El calentamiento se lleva a cabo con una resistencia enrollada en torno a un anillo metálico en cuyo interior se sitúa a celda y el aislamiento con un anillo cerámico que rodea a la resistencia.

Recientemente se ha descrito un sistema miniaturizado de PLE, recogido en la patente española ES2276592, que consiste en un horno termostatizado de dimensiones reducidas en el que se pueden montar varias celdas de extracción cuyos extremos se conectan a sendas válvulas equipadas con un serpentín como sistema de enfriamiento. Las celdas consisten en tubos de acero inoxidable de tamaño variable (en principio, 10-150 mm de longitud; 2-11 mm de i.d.; y 4.6-15 mm de o.d.). Una bomba de cromatografía líquida (LC) permite bombear y presurizar el disolvente en la celda y las respectivas válvulas de inyección (de seis vías), conectadas a la entrada y la salida de la celda de extracción. El dispositivo permite el control preciso del volumen de extractante y de la presión aplicados a cada celda, lo que posibilita el empleo de celdas de pequeño tamaño y la extracción de muestras de 20-50 mg con gasto mínimo de disolvente y reactivos.

Este sistema presenta una importante limitación relacionada con la inercia térmica de la plancha de aluminio que se emplea para calentar, debido al elevado tiempo que requiere el sistema para llegar a la temperatura máxima de trabajo (ca. 20 min) y para conseguir el completo enfriamiento de la celda de extracción y la muestra después del proceso extracción (ca. 15 min).

Descripción de la invención

El equipo PLE diseñado incorpora al sistema descrito en el dispositivo original (ES2276592), unas resistencias de montaje circular con una potencia máxima de 1800 W, insertados en un tubo de acero. Detrás se encuentra un motor que guía un caudal de aire regulable entre ca. 250 - 500 L/min a través del tubo para el calentamiento de la cámara donde se colocan las celdas de extracción. Tanto las resistencias como el motor pueden encenderse y apagarse independientemente. Este dispositivo substituye al de tres resistencias eléctricas de tipo cartucho de 140 W, insertadas en la plancha de aluminio, que fue empleado para el calentamiento en el sistema original La cámara lleva insertado un termopar tipo "J" para la monitorización y regulación constante de la temperatura a través de un regulador electrónico digital que trabaja con un algoritmo PID (Osaka OK48/482). El conjunto se encuentra en un horno aislado del resto de los componentes del sistema e incluido en una caja metálica de 53 × 35 × 18 cm en cuyo frontal se insertan el controlador y las válvulas (Figura 1), dando lugar a un equipo compac- to.

Con esta configuración se puede regular la temperatura de la celda de extracción entre 25 y 200ºC y reducir el tiempo que requiere el sistema para llegar a la temperatura máxima de trabajo. Para el enfriamiento del dispositivo se apagan las resistencias mientras el motor sigue en marcha, de forma que se alcanza la temperatura inicial de operación del dispositivo (normalmente la temperatura ambiente) de una forma mucho más rápida, reduciéndose de esta forma el tiempo necesario para operar entre dos muestras en una celda.

Por lo demás, el sistema consiste en una serie de celdas de extracción insertadas en un horno equipado con un sistema de control y regulación de temperatura, una bomba de cromatografía líquida (LC) para bombear y presurizar el disolvente en la celda y las respectivas válvulas de inyección (de seis vías), conectadas a la entrada y la salida de la celda de extracción. Mientras que la temperatura elevada acelera la cinética del proceso de extracción, la alta presión mantiene el disolvente en estado líquido a las altas temperaturas empleadas y favorece su penetración en la matriz, lo que resulta en un método de extracción eficaz, rápido y con menor consumo de disolventes, que permite obtener extractos más concentrados...

1. Dispositivo miniaturizado de PLE para extracción con líquidos en celda cerrada y a temperaturas y presiones elevadas de muestras semi-sólidas y sólidas, que consta de al menos una celda de extracción, un horno equipado con sistema de regulación de temperatura, una bomba de cromatografía líquida y válvulas de inyección conectadas a la entrada y salida de las celdas de extracción, caracterizado porque el sistema de regulación de temperatura comprende:

2. Dispositivo miniaturizado de PLE para extracción con líquidos en celda cerrada y a temperaturas y presiones elevadas según la reivindicación 1, caracterizado porque la potencia de la resistencia es regulable hasta un valor máximo de 1800 W.

3. Dispositivo miniaturizado de PLE para extracción con líquidos en celda cerrada y a temperaturas y presiones elevadas según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque el motor que guía el caudal de aire tiene una capacidad de flujo entre 250 y 500 L/min.

4. Dispositivo miniaturizado de PLE para extracción con líquidos en celda cerrada y a temperaturas y presiones elevadas según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque incorpora al menos un serpentín para el enfriamiento de la muestra.

5. Dispositivo miniaturizado de PLE para extracción con líquidos en celda cerrada y a temperaturas y presiones elevadas según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque las válvulas de inyección son de seis vías.

6. Dispositivo miniaturizado de PLE para extracción con líquidos en celda cerrada y a temperaturas y presiones elevadas según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque el volumen de las celdas de extracción se encuentra entre 0.05 y 30 ml.

7. Dispositivo miniaturizado de PLE para extracción con líquidos en celda cerrada y a temperaturas y presiones elevadas según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque las dimensiones de las celdas de extracción se encuentran entre 10 y 150 mm de longitud, 2 y 11 mm de diámetro interno y 4.6 y 15 mm de diámetro externo.

8. Dispositivo miniaturizado de PLE para extracción con líquidos en celda cerrada y a temperaturas y presiones elevadas según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque las celdas de extracción se pueden acoplar en línea.

9. Dispositivo miniaturizado de PLE para extracción con líquidos en celda cerrada y a temperaturas y presiones elevadas según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque el intervalo de presión de trabajo en cada celda de extracción es de 1 a 20 MPa.

10. Dispositivo miniaturizado de PLE para extracción con líquidos en celda cerrada y a temperaturas y presiones elevadas según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque el intervalo de temperatura de trabajo es de 25 a 200ºC.

11. Dispositivo miniaturizado de PLE para extracción con líquidos en celda cerrada y a temperaturas y presiones elevadas según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque se puede acoplar a un sistema cromatográfico de separación del analito.

12. Dispositivo miniaturizado de PLE para extracción con líquidos en celda cerrada y a temperaturas y presiones elevadas según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque se puede acoplar a un sistema de detección del analito.