Técnicas de microextracción con nanomateriales aplicadas a la determinación de especies inorgánicas con espectrometría de absorción atómica

Resumen

En esta Memoria se aborda la microextracción en fase sólida dispersiva (DSPME) acoplada a Espectrometría de Absorción Atómica con Calentamiento Electrotérmico (ETAAS) para la determinación y especiación de algunos elementos metálicos y arsénico en bebidas y alimentos. Se han estudiado tres tipos de materiales con tamaño de partícula en la escala nanomérica: óxido de grafeno (GO), microcelulosa cristalina (MCC) y ferrita. Con estos adsorbentes se ponen a punto seis procedimientos analíticos para la especiación y determinación de distintas especies que tienen en común el empleo de un protocolo sencillo y asequible a la mayoría de los laboratorios. Cuando el material adsorbente manifiesta propiedades magnéticas, como es el caso de la ferrita, la separación del mismo tras la adsorción se realiza con la ayuda del campo magnético generado por un imán de neodimio. En el caso del empleo de GO y MCC se recurre a la retención del material sólido por las micelas obtenidas cuando se añade un tensioactivo (Triton X-45 o similar) a la suspensión y se calienta por encima de su temperatura crítica (microextracción en punto de nube, CPE). El coacervado (la fase rica en tensioactivo) se separa entonces por centrifugación Todos los procedimientos propuestos se han validado con ayuda de materiales de referencia similares a las muestras estudiadas. El tratamiento de óxido de grafeno en presencia de nitrato de plata con un reductor como citrato o borohidruro sódico conduce a la obtención de nanopartículas de Ag@rGO en las que el GO está parcialmente reducido. La microextracción en punto de nube en presencia de Ag@rGO permite la separación cuantitativa de pequeñas cantidades de cadmio y plomo, que quedan concentradas en el coacervado formado. Trabajando en las condiciones recomendadas, se encuentra un comportamiento lineal entre la señal analítica (el área de pico obtenida en la etapa de atomización del programa de calentamiento de ETAAS) y la concentración de cadmio y plomo en disolución en el intervalo de 0,006 - 0,1 y 0,1 - 2 µg L-1 respectivamente, con un factor de enriquecimiento de 105. El límite de detección es de 0,002 y 0,03 µg L-1 de cadmio y plomo, respectivamente. La microextracción en punto de nube en presencia de GO permite la separación cuantitativa de muy pequeñas cantidades de vanadio, que queda concentrado en el coacervado formado, lo que es la base para un nuevo y sensible procedimiento para la determinación de este metal. Las líneas de calibrado están en el intervalo 0,06-3,3 µg L-1 de vanadio con un límite de detección de 0,02 µg L-1. Se demuestra que es posible especiar el metal incluso a la baja concentración mencionada. Se optimiza un procedimiento para la determinación de Cr(III) y Cr(VI) basado en el empleo de celulosa microcristalina como adsorbente. La cinética de adsorción es muy rápida y el proceso cuantitativo. En este caso, las rectas de calibrado, referidas de nuevo a un volumen de muestra típico de 10 mL, están en el intervalo 0,02- 0.5 µg L-1 de cromo en la disolución acuosa original. También el procedimiento permite la especiación de cromo a bajos niveles de concentración. Mediante el empleo de nanopartículas de ferrita recién sintetizadas con un sencillo procedimiento se consigue la especiación de Ag(0) y Ag(I) en diversos tipos de muestras (aguas, lixiviados de materiales enriquecidos con estas especies y líquidos de lavado de vegetales comestibles¿) y la retención selectiva de Cr(VI) y Cr(III) a pH=7 lo que constituye la base de nuevos y sensibles procedimientos analíticos para estos metales. De particular interés es el empleo de la ferrita recién preparada para la especiación de varias formas de arsénico, en concreto As(III), As(V) y ácido monometil arsónico (MMA), a pH 8. Las nanopartículas se separan fácilmente de la disolución con ayuda de un imán potente y se pueden resuspender en un volumen pequeño (100 µL) o disolver antes de la medida final mediante ETAAS. Al igual que en los otros procedimientos optimizados el volumen típico de muestra recomendado es de 10 mL con lo que se alcanzan factores de enriquecimiento próximos a 100 y, en consecuencia, excelente sensibilidad en la determinación analítica. Así, las especies de plata, cromo y arsénico pueden determinarse en los intervalos 0,01-0,3, 0,03-0,4 y 0,05 y 2 µg L-1, respectivamente Las investigaciones aquí resumidas confirman que la combinación de una técnica como ETAAS, presente en todos los laboratorios, con procesos de microextracción mediante reactivos sencillos permite determinar metales a muy baja concentración sin necesidad de recurrir a instrumentación más sofisticada y cara en adquisición y mantenimiento, como es la espectrometría de masas con plasma de acoplamiento inductivo.