Dispositivo y método de microextracción en fase sólida en tubo magnética.

La presente invención se refiere a una nueva variante de un dispositivo convencional para llevar a cabo la microextracción en fase sólida en tubo (IT-SPME),

en base a fuerzas magnéticas, y que se ha denominado microextracción en fase sólida en tubo magnética (Magnetic-IT-SPME) para la extracción y preconcentración en línea de analitos (compuestos orgánicos) . La presente invención se ha desarrollado en base a los principios de la microfluídica con el objetivo de mejorar la eficiencia en la extracción de los sistemas de microextracción convencionales. Dicho dispositivo comprende nanopartículas magnéticas soportadas en una matriz en la superficie interna de una columna capilar, obteniéndose una fase adsorbente magnética. La columna se inserta en un generador de campos magnéticos. La aplicación de un campo magnético controlado resulta en eficiencias en la extracción cuantitativas y soluciona uno de los principales inconvenientes de los sistemas IT-SPME, que es las bajas eficiencias en la extracción (10-30%).

DISPOSITIVO Y MÉTODO DE MICROEXTRACCIÓN EN FASE SÓLIDA EN TUBO MAGNÉTICA SECTOR DE LA TÉCNICA

La invención que aquí se presenta es susceptible de aplicarse para el análisis químico en todos a llos sectores donde se requiera elevada sensibil' ad en la determinación de diferentes analitos, part' ularmente de

especies químicas orgánicas: sector medioa iental, sector

farmacéutico, sector alimentario.

ESTADO DE LA TÉCNICA

Hoy en día, el magnetismo es uno de los retos más

interesantes en la química analítica. Los ientes avances

en el desarrollo de nanopartícul magnéticas,

(nano) materiales magnéticos híbrido y composites

magnéticos, han inducido un increment significativo en el número de metodologías analíticas, que aprovechan el magnetismo para mejorar las características de las metodologías existentes. Las fuerzas magnéticas ofrecen ventajas en aplicaciones analíticas debido a que las variables químicas (pH, concentración, cargas superficiales, entre otros) no se ven afectadas por el campo magnético. Además, permiten el control del movimiento de flujo en microsistemas, una ventaja importante en separaciones cromatográficas y sistemas de microfluídica [1].

Las principales aplicaciones de fuerzas magnética en química analítica se centran especialmente en el desarrollo de sensores [2 ] y biosensores [3 ], procesos de remediación/purificación [4], técnicas de separación [5], pretratamiento de muestra [6] y tecnología microfluídica para desarrollar sistemas miniaturizados de análisis total

[7]. Recientemente, se han publicado diversas revisiones bibliográficas de las principales aplicaciones de sólidos magnéticos y magnetismo en el movimiento de fluidos [8].

En 1997, Eisert y Pawliszyn acoplaron la microextracción en fase sólida a un sistema de cromatografía

líquida de alta resolución (HPLC) para desarrollar la

microextracción en fase sólida en tubo (IT-SPME) [9]. En

esta técnica, la inyección y desorción de los analitos se

lleva cabo de forma automática, permitiendo una disminución en los tiempos de análisis y una mejora en la precisión. El principal inconveniente de la IT-SPME son las bajas eficiencias en la extracción debido a los grandes volúmenes de autoelución y las pequeñas cantidades de fase adsorbente. Se han realizado muchos esfuerzos para desarrollar nuevas fases adsorbentes que mejoren la eficiencia en la extracción. Con el fin de mejorar ese parámetro, se ha descrito el empleo de polipirrolina y polímeros de impronta molecular (MIPs) como recubrimientos de capilares. Además, se han descrito columnas capilares monolíticas como alternativa para IT-SPME.

Actualmente, la baja eficiencia de los sistemas IT-SPME es una característica aceptada y se consideran adecuadas eficiencias de extracción entre 14%-30%. Estudios recientes apuntan a la necesidad de desarrollar nuevas técnicas o mejorar las existentes para preconcentrar analitos en sistemas de microfluidos.

Con objeto de solucionar estas desventajas en el campo, en la presente invención se describe un nuevo dispositivo y un procedimiento de microextracción en fase sólida en tubo (IT-SPME) basado en fuerzas magnéticas, que mejora la eficiencia en la extracción de los actuales sistemas mediante el empleo de nanopartículas magnéticas (MNPs) en la fase adsorbente de un capilar y la aplicación de un campo magnético externo. El desarrollo de este nuevo sistema de IT-SPME, que llamaremos Magnetic-IT-SPME, mejora la IT-SPME ya que permite llevar a cabo la etapa de extracción y preconcentración de forma automática y cuantitativa, sin pérdidas de analitos en las muestras (valores de retención y extracción próximos al 100%) . De este modo se resuelve el problema en el análisis de contaminantes o sustancias perjudiciales para la salud o el medio ambiente, ya que en estos casos es necesaria la extracción cuantitativa, que se consigue con el nuevo sistema. Mediante el empleo de esta estrategia se consigue una extracción y retención cuantitativa de los analitos presentes en las muestras, ya que no se producen pérdidas, con un procedimiento completamente automatizado y de elevada sensibilidad.

DESCRIPCIÓN DE LA INVENCIÓN Descripción breve de la invención La presente invención se refiere a una nueva estrategia para la mejora de la microextracción en fase sólida en tubo (IT-SPME) basándose en fuerzas magnéticas, mediante un dispositivo (Magnetic-IT-SPME) que comprende al menos una columna capilar (denominada abreviadamente como capilar) recubierta internamente por nanopartículas magnéticas incorporadas a una matriz, y al menos un generador de campos magnéticos diseñado especialmente para albergar un capilar y que permite controlar la adsorción y la desorción mediante el campo magnético aplicado. Mediante esta estrategia se puede realizar si se prefiere la determinación de los compuestos adsorbidos de manera automática, acoplando el dispositivo formado por el generador de campo que alberga la columna capilar con un sistema de separación (cromatografía líquida de alta resolución, cromatografía líquida capilar, micro-cromatografía líquida de alta resolución, electroforesis capilar) y/o detección (UV-Vis, fluorescencia, espectrometría de masas y detección electroquímica)

En su forma esencial, el dispositivo de microextracción en fase sólida en tubo comprende:

uno o más generadores de campos magnéticos diseñados para albergar en su interior una columna capilar a la que se inyecta una muestra que contiene al menos un analito, estando la pared interior de la columna capilar recubierta con nanopartículas magnéticas soportadas en una matriz.

Se entiende de esta descripción que el sistema diseñado comprende por lo menos un generador de campos magnéticos, aunque pueden ser más de uno, y comprende además una columna capilar por cada uno de los generadores del sistema.

Otro objeto de la presente invención lo constituye un método de microextracción en fase sólida en tubo mediante el dispositivo descrito anteriormente, que comprende:

inyectar la muestra a analizar que contiene al menos un analito en la columna capilar cuya pared interior

está recubierta con nanopartículas magnéticas soportadas en una matriz; y

generar un campo magnético en el al menos un generador de campos magnéticos que aloja la columna capilar.

Tanto el dispositivo como el procedimiento descrito, así como sus ventajas en el campo de la extracción y preconcentración de analitos se fundamentan en el fenómeno de las repulsiones diamagnéticas en esos sistemas. Esta teoría se basa en las diferencias en la susceptibilidad magnética entre los analitos y el medio en el cual están inmersos. Bajo estas condiciones, las fuerzas diamagnéticas pueden emplearse en dirigir y atrapar analitos en función de su naturaleza magnética. Concretamente, en el caso de compuestos diamagnéticos inmersos en un medio paramagnético, los analitos se concentran en las áreas en las cuales el campo magnético sea mínimo. Teniendo en cuenta sus dimensiones, un sistema IT-SPME puede considerarse un sistema microfluídico y por tanto, se pueden aprovechar las fuerzas magnéticas para mejorar las características de estos sistemas de preconcentración.

En el caso del método Magnetic-IT-SPME aquí descrito, los analitos se inyectan en una columna capilar magnetizada siguiendo un flujo hidrodinámico en la dirección x de modo

que quedan parcialmente adsorbidos en la superficie interna

del capilar. Al aplicar el campo magnético, se induj o la

aparición de una componente y en el movimiento debido a las

fuerzas de repulsión. Esto hace que los analitos se adsorban

s en las zonas de campo magnético mínimo que es la fase

adsorbente, aumentando así la eficiencia en la extracción

llegando a extracciones cuantitativas.

Las ventajas derivadas de este dispositivo Magnetic-IT

SPME frente a otros dispositivos convencionales IT-SPME y

10 del procedimiento de microextracción son fundamentalmente:

extracción y retención cuantitativa de la muestra

analizada, ya que no se producen pérdidas de

analitos en dicha muestra (valores de eficiencia

próximos a 100%) . Concretamente, la aplicación de

lS una campo magnético a la columna capilar previamente

rellenada con una matriz en la que se han

incorporado nanopartículas magnéticas permite

obtener recuperaciones de hasta el 70-100%;

método de análisis de muestras completamente

20 automatizado; y

elevada sensibilidad.

Descripción detallada de la invención

En el ámbito...

1. Un dispositivo de microextracción en fase sólida en tubo caracterizado por que comprende: al menos un generador de campos magnéticos diseñado para albergar en su interior una columna capilar en cuyo interior se inyecta una muestra que contiene al menos un analito, estando la pared interior de la columna capilar recubierta con nanopartículas magnéticas soportadas en una matriz.

2. Dispositivo según la reivindicación 1, donde el analito es un compuesto orgánico.

3. Dispositivo según una cualquiera de las reivindicaciones 1 ó 2, donde las nanopartículas magnéticas son seleccionadas dentro del grupo que consiste en óxidos, aleaciones de metales de transición y tierras raras y cualquier combinación de los mismos.

4. Dispositivo según la reivindicación anterior, donde las nanopartículas magnéticas son de Fe304.

5. Dispositivo según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4, donde las nanopartículas magnéticas tienen un tamaño medio comprendido entre 1 y 100 nm, incluidos ambos límites.

6. Dispositivo según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 5, donde el espesor de la capa de nanopartículas metálicas es tal que permite el relleno completo de la columna capilar.

7. Dispositivo según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 6, donde el generador de campos magnéticos es un electroimán.

B. Dispositivo según una cualquiera de la reivindicación 7, donde el electroimán es lineal o cuadrupolo.

9. Dispositivo según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 8, que comprende además un circuito desmagnetizante sinusoidal amortiguado para eliminar la remanencia del generador de campo magnético.

10. Dispositivo según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 9, donde la matriz es una matriz híbrida compuesta de Si02 y polietilenglicol.

11. Dispositivo según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 10, donde el generador de campos magnéticos es un electroimán, las nanopartículas magnéticas son de Fe304, y la matriz es de sílice y polietilenglicol.

12. Dispositivo según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, que está conectado a un sistema de separación seleccionado dentro del grupo comprendido por cromatografía líquida de alta resolución, cromatografía líquida capilar, micro-cromatografía líquida de alta resolución y electroforesis capilar; y/o a un sistema de detección seleccionado dentro del grupo comprendido por UV-Vis, fluorescencia, espectrometría de masas y detección electroquímica.

13. Un método de microextracción en fase sólida en tubo mediante el dispositivo descrito en una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, que comprende:

inyectar la muestra a analizar que contiene al menos un analito en la columna capilar; y generar un campo magnético en el al menos un generador de campos magnéticos donde se aloja la columna capilar.

14. Método según la reivindicación anterior, en el que tras generar el campo magnético se invierte la polaridad de dicho campo magnético para desorber los analitos.

15. Método según la reivindicación 14, donde la intensidad del campo magnético se mantiene constante al invertir la polaridad.

16. Uso de un dispositivo como el descrito en una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 12 para análisis de muestras mediante procesos de microextracción en fase sólida en tubo.

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2 3 4 5 6 7 8 9 10

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Figura 1

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Figura 4

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Figura 5

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Figura 6

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