Procedimiento para la migración electrocinética a través de membranas líquidas.

Sistema que comprende

una primera solución de donante hidrófilo,

que tiene un pH predeterminado, que comprende al menos un compuestoorgánico ionizado o parcialmente ionizado

y una segunda solución de aceptor hidrófilo que tiene un pH predeterminado;

una membrana líquida cuyo espesor está en el intervalo de 0,01 a 1000 μm, que comprende un disolvente orgánicoinmovilizado, la cual membrana se pone en contacto fluido tanto con dicha solución de donante como con dicha soluciónde aceptor de forma que separa dicha solución de donante y dicha solución de aceptor, y a través del cual disolventeorgánico puede pasar una corriente y dicho al menos un compuesto orgánico ionizado;

un primer electrodo que se ha de poner en contacto con la solución de donante;

un segundo electrodo que se ha de poner en contacto con la solución de aceptor;

y una fuente de voltaje para aplicar un voltaje sobre dichos electrodos.

Procedimiento para la migración electrocinética a través de membranas líquidas

Campo de la invención.

La presente invención se refiere a nuevos procedimientos para el aislamiento, la purificación, la concentración y/o el enriquecimiento de un compuesto orgánico o bioquímico por medio de migración electrocinética, así como a un dispositivo para ser usado en dicho procedimiento.

Fundamento de la invención.

La química orgánica y la bioquímica analíticas se enfrentan con el problema de proporcionar un compuesto que ha de ser detectado en una solución que es adecuada para la detección por uno o más de los métodos conocidos comúnmente. Un problema puede ser que el compuesto aparece en una mezcla compleja a partir de la cual debe ser aislado. Otro problema puede ser que el compuesto puede estar presente en una concentración muy baja. Un problema más puede ser que la muestra que incluye el compuesto que se ha de detectar es muy pequeña.

Por tanto, se han desarrollado muchos métodos diferentes para separar, aislar, concentrar y purificar compuestos orgánicos. Estos son procedimientos bien conocidos por los profesionales expertos en la técnica, y ejemplos de ellos son la extracción en dos fases (por ejemplo, fase acuosa-fase orgánica) , y extracciones en 3 fases (por ejemplo, fase acuosafase orgánica-fase acuosa) .

Por el documento WO0033050 se conocen métodos y aparatos para la microextracción en 2 fases líquidas y en 3 fases líquidas para obtener un enriquecimiento elevado de un analito en la solución de aceptor. Sin embargo, el procedimiento de microextracción se basa en la difusión del analito y este es un proceso lento. Además, la concentración final de analito que puede alcanzarse depende de las condiciones de equilibrio para cada uno de dos sistemas de 2 fases, y puede tener como resultado rendimientos muy bajos, si es que hay alguno.

Aun cuando los procedimientos antes mencionados han sido automatizados, todavía requieren mucho tiempo y generan una gran cantidad de residuos de disolventes orgánicos.

Para mejorar el tiempo necesario para este tipo de procedimientos de aislamiento, ha constituido un desarrollo adicional la introducción de la migración electrocinética. Es bien sabido que las sustancias químicas y bioquímicas ionizadas migran en solución bajo la aplicación de una diferencia de potencial eléctrico. Este tipo de transporte, que se denomina migración electrocinética, es la base para la electroforesis y se utiliza también ampliamente con fines de aislamiento, tanto en aplicaciones industriales (purificación) como en el campo de la química analítica (preparación de una muestra) .

Con frecuencia, el aislamiento basado en la migración electrocinética se lleva a cabo en un sistema acuoso de una fase. Un ejemplo importante de esto es la electrodiálisis, en la que las sustancias químicas ionizadas son transferidas desde un compartimento del donador acuoso, a través de los poros de una membrana de intercambio iónico llena con el mismo medio acuoso, y en un compartimento aceptor acuoso. En la electrodiálisis, la selectividad de la migración, que es responsable de aislamiento, se consigue por la presencia de pequeños poros en la membrana polimérica, que impiden que las moléculas más grandes entren en el compartimento aceptor. La electrodiálisis es un importante procedimiento industrial de purificación y de desalinización, y también se ha descrito como una técnica de preparación de muestras en química analítica (1-4) . Sin embargo, las membranas de intercambio iónico utilizadas en los procedimientos de electrodiálisis se contaminan fácilmente y deben ser reemplazadas con frecuencia.

La migración electrocinética se ha realizado también (23-24) en un dializador de 5 compartimentos con dos electrodos de platino y una membrana de intercambio aniónico rígida, donde se demostró que los iones níquel podían atravesar dos barreras de dos fases. El trabajo publicado se ha enfocado sobre la teoría de la migración fundamental de los iones níquel en un sistema con membranas de disolvente orgánico relativamente gruesas (≈ 0, 2 cm) .

Existe la necesidad de procedimientos nuevos mejorados y de dispositivos para el aislamiento, la purificación, el enriquecimiento y/o la concentración de un compuesto orgánico a partir de una solución, en los que el compuesto orgánico está presente en una mezcla compleja o en bajas concentraciones. Existe además la necesidad de nuevos procedimientos que den un elevado rendimiento del compuesto orgánico requerido. También existe la necesidad de nuevos procedimientos que hagan posible conseguir una elevada pureza, y, finalmente, pero de forma no menos importante, está la necesidad de nuevos procedimientos por los cuales la etapa de aislamiento o purificación tiene lugar mucho más rápidamente. También, existe la necesidad de nuevos procedimientos en los que se haya resuelto el problema medioambiental de la gran cantidad de disolventes orgánicos residuales.

Sumario de la invención.

Estos problemas se resuelven por medio de la presente invención a través de los procedimientos y dispositivos según esta invención, como se define en las reivindicaciones anexas.

Así, de acuerdo con la presente invención, se proporciona un dispositivo, que comprende una primera solución de donante hidrófilo, que tiene un pH preestabecido, que comprende al menos un compuesto orgánico ionizado o parcialmente ionizado

y una segunda solución de aceptor hidrófilo que tiene un pH predeterminado; una membrana líquida que comprende un disolvente orgánico inmovilizado, la cual membrana se pone en contacto fluido tanto con dicha solución de donante como con dicha solución de aceptor, de forma que separa dicha solución de

donante y dicha solución de aceptor, y a través del cual disolvente orgánico puede pasar una corriente y dicho al menos un compuesto orgánico ionizado; un primer electrodo que se ha de poner en contacto con la solución de donante; un segundo electrodo que se ha de poner en contacto con la solución de aceptor; y una fuente de voltaje para aplicar un voltaje sobre dichos electrodos. La invención proporciona además un procedimiento para la migración electrocinética de un compuesto orgánico en un

sistema de 3 fases, que comprende las etapas de

proporcionar una primera solución de donante hidrófilo que comprende al menos un compuesto orgánico que ha de ser transferido desde dicha solución de donante a una solución de aceptor; ajustar opcionalmente el pH de dicha solución de donante a un nivel en el que dicho compuesto orgánico se ioniza, bien

sea positivamente o bien negativamente; proporcionar una segunda solución de aceptor hidrófilo; ajustar opcionalmente el pH de dicha solución de aceptor en un nivel en el que dicho compuesto se ioniza, para ser

transferido de la solución de donante a la solución de aceptor;

proporcionar una membrana líquida que comprende un disolvente orgánico inmovilizado, que es sustancialmente inmiscible con el agua, a través de la cual puede pasar una corriente y dicho al menos un compuesto orgánico ionizado; y poner dicha membrana en contacto fluido con dicha solución de donante y dicha solución de aceptor, de forma que

separe dicha solución de donante y dicha solución de aceptor;

proporcionar un primer electrodo que se pone en contacto fluido con la solución de donante y un segundo electrodo que se pone en contacto fluido con la solución de aceptor; aplicar un voltaje sobre dichos electrodos para promover la migración de dicho compuesto orgánico desde la solución de

donante a través de la membrana líquida a la solución de aceptor.

La invención proporciona además un procedimiento para la concentración y/o el enriquecimiento de al menos un compuesto orgánico, que comprende las etapas de proporcionar una primera solución de donante hidrófilo que comprende al menos un compuesto orgánico que ha de ser

transferido desde dicha solución de donante a una solución de aceptor;

ajustar opcionalmente el pH de dicha solución de donante a un nivel en el que dicho compuesto orgánico se ioniza, bien sea positivamente o bien negativamente; proporcionar una segunda solución de aceptor hidrófilo; ajustar opcionalmente el... [Seguir leyendo]

Sistema que comprende

una primera solución de donante hidrófilo, que tiene un pH predeterminado, que comprende al menos un compuesto orgánico ionizado o parcialmente ionizado y una segunda solución de aceptor hidrófilo que tiene un pH predeterminado; una membrana líquida cuyo espesor está en el intervalo de 0, 01 a 1000 μm, que comprende un disolvente orgánico

inmovilizado, la cual membrana se pone en contacto fluido tanto con dicha solución de donante como con dicha solución de aceptor de forma que separa dicha solución de donante y dicha solución de aceptor, y a través del cual disolvente orgánico puede pasar una corriente y dicho al menos un compuesto orgánico ionizado;

un primer electrodo que se ha de poner en contacto con la solución de donante; un segundo electrodo que se ha de poner en contacto con la solución de aceptor; y una fuente de voltaje para aplicar un voltaje sobre dichos electrodos.

2. Sistema según la reivindicación 1ª, en el que dicho disolvente orgánico es diferente del disolvente presente en dicha solución de donante y/o de aceptor.

3. Sistema según cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en el que el disolvente orgánico de la membrana líquida es inmiscible con el disolvente de dichas soluciones de donante y/o de aceptor.

4. Sistema según cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en el que el espesor de la membrana está en el intervalo de 1 a 500 μm.

5. Sistema según cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en el que el espesor de la membrana está en el intervalo de 1 a 300 μm.

6. Sistema según las reivindicaciones 1ª a 3ª, en el que el espesor de la membrana está en el intervalo de 0, 01 a 10 μm, o de 0, 05 a 1, 0 μm.

7. Sistema según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que se añade al disolvente orgánico un aditivo mejorador de la conductividad.

8. Sistema según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que la membrana es una fibra hueca microporosa.

9. Sistema según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que la membrana está formada por una película polimérica hinchada con dicho disolvente orgánico.

10. Sistema según la reivindicación 1ª, en el que dicho compuesto orgánico pertenece a un grupo que comprende productos farmacéuticos, fármacos, sustancias biológicas, contaminantes orgánicos, aditivos alimentarios, colores y venenos, y metabolitos de los mismos.

11. Sistema según la reivindicación 1ª, en el que dicho compuesto orgánico se elige entre el grupo que consiste en compuestos hidrosolubles y liposolubles, y ligeramente hidrosolubles.

12. Sistema según la reivindicación 9ª, en el que la sustancia biológica se elige entre el grupo consistente en DNA, proteínas, péptidos, aminoácidos, hidratos de carbono, lípidos, polisacáridos, ácidos grasos y fosfolípidos.

13. Sistema según la reivindicación 1ª, en el que la solución de donante es una solución sustancialmente acuosa.

14. Sistema según la reivindicación 12ª, en el que la solución de donante tiene una adición de un disolvente orgánico miscible con el agua en el intervalo de 0, 1 a 50% en peso, especialmente de 1 a 20%, o de 2 a 10 o 0, 1 a 0, 5%.

15. Sistema según la reivindicación 1ª, en el que la solución de donante es una solución sustancialmente no acuosa que comprende un disolvente orgánico hidrófilo.

16. Sistema según la reivindicación 14ª, en el que la solución de donante tiene una adición de una solución acuosa

o agua en el intervalo de 0, 1 a 50% en peso, especialmente de 1 a 20%, o de 2 a 10 o 0, 1 a 0, 5%.

17. Sistema según la reivindicación 1ª, en el que la solución de donante es una mezcla de una solución acuosa y una solución hidrófila no acuosa.

18. Sistema según la reivindicación 16ª, en el que la mezcla está en la relación de solución acuosa a solución orgánica hidrófila en el intervalo de 2:1 a 1:2, especialmente 1:1.

19. Sistema según la reivindicación 1ª, en el que la solución de aceptor es una solución sustancialmente acuosa.

20. Sistema según la reivindicación 18ª, en el que la solución de aceptor tiene una adición de un disolvente orgánico miscible con el agua en el intervalo de 0, 1 a 50% en peso, especialmente de 1 a 20%, o de 2 a 10 o de 0, 1 a 0, 5%.

21. Sistema según la reivindicación 1ª, en el que la solución de aceptor es una solución sustancialmente no acuosa que comprende un disolvente orgánico hidrófilo.

22. Sistema según la reivindicación 20ª, en el que la solución de aceptor tiene una adición de una solución acuosa

o agua en el intervalo de 0, 1 a 50% en peso, especialmente de 1 a 20%, o 2 a 10 o de 0, 1 a 0, 5%.

23. Sistema según la reivindicación 1ª, en el que la solución de aceptor es mezcla de una solución acuosa y una solución hidrófila no acuosa.

24. Sistema según la reivindicación 22ª, en el que la mezcla está en la relación de solución acuosa : solución orgánica hidrófila en el intervalo de 2:1 a 1:2, especialmente de 1:1.

25. Sistema según la reivindicación 1ª, en el que la solución de donante está comprendida en un primer compartimento y la solución de aceptor está comprendida en un segundo compartimento y los dos compartimentos tienen volúmenes relativos en el intervalo de compartimento de donante : compartimento de aceptor de 10.000:1 a 1:100, más preferentemente de 100:1 a 1:1.

26. Sistema según la reivindicación 1ª, en el que la solución de donante está comprendida en un primer compartimento y la solución de aceptor está comprendida en un segundo compartimento y los dos compartimentos tienen volúmenes relativos de 1:2 a 2:1, o de 1:1.

27. Sistema según la reivindicación 1ª, en el que la primera y la segunda soluciones se ponen en compartimentos en los que al menos uno de dichos compartimentos es desplazable en relación con el otro compartimento y/o con la membrana líquida.

28. Sistema según la reivindicación 1ª, que comprende además medios para agitar al menos una de dichas soluciones.

29. Sistema según la reivindicación 1ª, en el que la membrana líquida es una membrana líquida desechable.

30. Sistema según la reivindicación 1ª, en el que la membrana líquida es una membrana líquida reutilizable.

31. Procedimiento para la migración electrocinética de un compuesto orgánico en un sistema de 3 fases, que comprende las etapas de:

proporcionar una primera solución de donante hidrófilo que comprende al menos un compuesto orgánico que ha de ser transferido desde dicha solución de donante a una solución de aceptor;

estando el pH de dicha solución de donante en un nivel en el que dicho compuesto orgánico es ionizado bien sea positivamente o bien negativamente, si es necesario, mediante el ajuste del pH;

proporcionar una segunda solución de aceptor hidrófilo;

estando el pH de dicha solución de aceptor en un nivel en el que dicho compuesto que ha de ser transferido desde la solución de donante a la solución de aceptor es ionizado, si es necesario, mediante el ajuste del pH;

proporcionar una membrana líquida cuyo espesor está en el intervalo de 0, 01 a 1000 μm que comprende un disolvente orgánico inmovilizado, que es sustancialmente inmiscible con el agua, a través de la cual puede pasar una corriente y dicho al menos un compuesto orgánico ionizado:

y poner dicha membrana en contacto fluido con dicha solución de donante y dicha solución de aceptor, de forma que separa dicha solución de donante y dicha solución de aceptor;

proporcionar un primer electrodo que se ha de poner en contacto fluido con la solución de donante y un segundo electrodo que se ha de poner en contacto fluido con la solución de aceptor;

aplicar un voltaje sobre dichos electrodos para promover la migración de dicho compuesto orgánico desde la solución de donante, a través de la membrana líquida, a la solución de aceptor.

32. Procedimiento según la reivindicación 31ª, en el que dicho disolvente orgánico es distinto del disolvente en dicha solución de donante y/o de aceptor.

33. Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones 31ª y 32ª, en el que el disolvente orgánico de la membrana líquida es inmiscible con el disolvente de dichas soluciones de donante y/o de aceptor.

34. Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones 31ª a 33ª, en el que el voltaje está en el intervalo de 0, 01 V a 30.000 V; más preferentemente de 0, 1 V a10.000 V, incluso más preferentemente de 1 V a 1000 V, aún más preferentemente de 1 a 500V; de forma especialmente preferida de 1V a 300V.

35. Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones 31ª a 34ª, en el que se aplica un voltaje de CC.

36. Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones 31ª a 35ª, en el que se aplica un voltaje pulsante.

37. Procedimiento según la reivindicación 31ª, en el que la solución de donante se prepara a partir de una muestra biológica tal como sangre, suero, orina, saliva, esputo, semen, lisado de células, fluidos celulares, leche materna o líquido cefalorraquídeo.

38. Procedimiento según la reivindicación 31ª, en el que la solución de donante se prepara a partir de una muestra acuosa, tal como agua de beber, aguas residuales, una solución de un proceso de preparación orgánico o industrial, un proceso bioquímico o un proceso de fermentación.

39. Procedimiento según la reivindicación 31ª, en el que se prepara una solución de donante ajustando el pH de una solución de donante para transferir un compuesto orgánico desde un estado neutro a un estado iónico ionizado.

40. Procedimiento según la reivindicación 39ª, en el que se prepara una solución de donante transfiriendo un compuesto orgánico a su contrapartida aniónica ajustando el pH en un intervalo de 8 a 14.

41. Procedimiento según la reivindicación 39ª, en el que se prepara una solución de donante transfiriendo un compuesto orgánico a su contrapartida catiónica ajustando el pH en un intervalo de 1 a 6.

42. Procedimiento según la reivindicación 31ª, en el que se prepara una solución de aceptor ajustando el pH en un intervalo de 8 a 14 con el fin de aceptar un compuesto orgánico aniónico.

43. Procedimiento según la reivindicación 31ª, en el que se prepara una solución de aceptor ajustando el pH en un intervalo de 1 a 6 con el fin de aceptar un compuesto orgánico catiónico.

44. Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones 31ª a 43ª, para el aislamiento selectivo de al menos un compuesto orgánico procedente de una solución de donante preparada a partir de una muestra.

45. Procedimiento según la reivindicación 31ª, para aumentar la concentración de al menos un compuesto orgánico en dicha solución de aceptor, en comparación con la concentración de dicho compuesto en la solución de donante, en el que dicho aumento de la concentración se consigue proporcionando un compartimiento para la solución de aceptor, que es relativamente más pequeño que el compartimiento de la solución de donante.

46. Procedimiento según la reivindicación 31ª, en el que la solución de aceptor se utiliza para la detección cuantitativa y/o cualitativa del compuesto orgánico, opcionalmente después de ajustar el pH de la solución en un nivel en el que dicho al menos un compuesto orgánico es transferido a un estado no ionizado y/o de transferir dicho compuesto orgánico a uno o varios disolventes orgánicos.

47. Procedimiento según la reivindicación 31ª para la concentración y/o el enriquecimiento de al menos un compuesto orgánico.

48. Procedimiento según la reivindicación 47ª, en el que la primera solución se alimenta de una manera continua o intermitente pasada dicha membrana fluida.

49. Procedimiento según la reivindicación 47ª, en el que la segunda solución se alimenta de manera continua o intermitente pasada la membrana fluida.

50. Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones 47ª a 49ª, en el que el procedimiento se lleva a cabo como un procedimiento industrial a gran escala.

51. Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones anteriores 47ª a 50ª, en el que el procedimiento se lleva a cabo en un sistema que comprende múltiples dispositivos según la reivindicación 1ª.

52. Procedimiento según la reivindicación 31ª, para preparar una muestra para análisis.

53. Procedimiento según la reivindicación 52ª, en el que el procedimiento se lleva a cabo en un sistema según la reivindicación 1ª incorporado en un dispositivo analítico de micro-chip.

54. Procedimiento según la reivindicación 31ª para la purificación de una muestra.

55. Proceso para la purificación de una muestra según la reivindicación 54ª, en el que dicho al menos un compues

to orgánico se detecta después ajustar opcionalmente el pH de la solución de aceptor y/o transfiriendo el compuesto 15 orgánico a un disolvente orgánico, mediante un sistema detector adecuado.

56. Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones 31ª a 54ª, en el que dicho al menos un compuesto orgánico después de la transferencia a la solución de aceptor se somete a un ensayo para la actividad bioquímica.

57. Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones 31ª a 54ª, en el que dicho al menos un compuesto

orgánico después de la transferencia a la solución de aceptor se somete a una o varias etapas de reacción más, para la 20 modificación química de dicho al menos un compuesto orgánico.

58. Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones anteriores 31ª a 54ª, en el que dicho procedimiento comprende una etapa adicional de agitación de por lo menos una de dichas soluciones de donante o de aceptor.