Técnicas de microextracción acopladas a cromatografía de gases-espectrometría de masas mediante desorción térmica. Aplicaciones analíticas

Resumen

La preparación de la muestra es una de las etapas más complejas y costosas de todo método analítico. En los últimos años, gran parte de la investigación en Química Analítica se ha centrado en el desarrollo y puesta a punto de procedimientos que permitan la miniaturización de la etapa de preparación, con el objetivo fundamental de simplificarla. La miniaturización de la preparación de la muestra, y su consiguiente preconcentración, permiten aumentar la sensibilidad de la instrumentación comúnmente empleada en el laboratorio analítico. La miniaturización en la preparación de la muestra ha dado lugar al desarrollo de las técnicas de microextracción, que permiten la extracción y concentración de los compuestos de interés presentes en la muestra en un pequeño volumen de una fase extractante, que puede ser tanto de naturaleza líquida como sólida. Estas técnicas de microextracción pueden acoplarse a una amplia variedad de técnicas instrumentales, aunque la mayor parte de los métodos publicados hasta el momento han abordado su hibridación con técnicas de separación, como la cromatografía líquida (LC) o la cromatografía de gases (GC). En el caso de esta última, el acoplamiento con las técnicas de microextracción resulta más complejo, y por ello ha sido estudiado en mayor profundidad. Teniendo en cuenta la relevancia de GC como técnica analítica, y la importancia que las técnicas de microextracción tienen en la Química Analítica actual, resulta conveniente el desarrollo de investigaciones que profundicen en las posibilidades de este acoplamiento. Por ello, el objetivo fundamental de esta Tesis Doctoral ha sido el desarrollo de métodos analíticos que combinen diferentes técnicas de preparación de la muestra basadas en microextracción, con la determinación instrumental mediante separación por GC y detección por espectrometría de masas (MS). Para lograr este acoplamiento, se ha empleado un nuevo sistema de introducción de la muestra para GC, el inyector de desorción térmica (TD). Por sus características, este sistema, formado por la combinación de una unidad de desorción térmica (TDU) y un inyector de temperatura programada (PTV), ofrece la posibilidad de extender el rango de aplicación y simplificar el acoplamiento de las técnicas de microextracción con determinaciones analíticas basadas en GC-MS. A lo largo de esta Tesis Doctoral se han desarrollado diecinueve nuevos métodos analíticos. A fin de mostrar la aplicabilidad de las técnicas consideradas, así como reflejar la relevancia que las contribuciones de la Química Analítica pueden tener para nuestra sociedad contemporánea, se han abordado una amplia variedad de problemas analíticos, que incluyen la detección de compuestos de interés nutricional en alimentos, la presencia de contaminantes en muestras de origen medioambiental, o la detección de compuestos nocivos en envases plásticos. El trabajo desarrollado se ha estructurado en cuatro bloques fundamentales, según las características de la técnica de microextracción empleada: - Extracción por absorción sobre barras agitadoras (SBSE) - Extracción por absorción en espacio de cabeza (HSSE) - Microextracción en fase líquida (LPME) e introducción directa de muestra (DSI) - Microextracción usando líquidos iónicos (IL) e introducción directa de muestra (DSI) A lo largo de la presente Tesis Doctoral se han desarrollado diferentes métodos analíticos, basados todos ellos en la combinación de una etapa de preparación de muestra basada en técnicas de microextracción, y su posterior determinación instrumental por GC-MS. Este acoplamiento ha sido posible gracias al empleo del inyector de desorción térmica, que ha mostrado ser un sistema de alta versatilidad, que expande los límites de aplicación de las técnicas disponibles actualmente en Química Analítica. Sample preparation is one of the most complex and costly steps of any analytical method. In recent years, much analytical chemistry research has focused on the development of procedures that allow the miniaturization of sample preparation, with the aim of simplifying this step. Miniaturization of sample preparation and preconcentration of the analytes increases the sensitivity of the instrumentation commonly used in the analytical laboratory. Miniaturization in sample preparation has led to the development of microextraction techniques, which allow the extraction and concentration of the compounds of interest in the sample in a small volume of an extracting phase, which may be either a liquid or a solid. Microextraction techniques can be coupled to a wide variety of instrumental techniques. However, most of the published analytical methods have used them in combination with separation techniques, such as liquid chromatography (LC) or gas chromatography (GC). In this last case, coupling with microextraction techniques is more complex, and consequently, it has been much less studied. Taking into account the relevance of GC as an analytical technique, as well as the importance of microextraction techniques in current Analytical Chemistry, new research into this coupling and its possibilities are required. Therefore, the main aim of this Doctoral Thesis has been the development of new analytical methods that combine different sample preparation techniques based on microextraction and instrumental determination by GC - mass spectrometry (MS). A new sample introduction system for GC, the thermal desorption injector (TD) has been used to achieve this coupling. This system is composed of a Thermal Desorption Unit (TDU) and a Programmed Temperature Injector (PTV). Due to its advantageous characteristics, it simplifies the coupling of microextraction techniques with GC-MS. In this way, analytical methods with an extended range of application may be developed. Throughout this Doctoral Thesis nineteen new analytical methods have been developed. In order to show the applicability of the techniques considered, as well as reflect the relevance of the contributions of Analytical Chemistry to contemporary society, a wide variety of analytical problems has been addressed, including the detection of compounds of nutritional interest in food, the presence of contaminants in samples of environmental origin, or the detection of harmful compounds in plastic containers. The work developed is structured into four fundamental blocks, according to the characteristics of the microextraction technique used: - Stir bar sorptive extraction (SBSE) - Headspace sorptive extraction (HSSE) - Liquid phase microextraction (LPME) and direct sample introduction (DSI) - Microextraction using ionic liquid (IL) and direct sample introduction (DSI) Throughout the present Doctoral Thesis different analytical methods have been developed, applicable to a wide variety of problems of interest, all based on the combination of a sample preparation stage based on microextraction techniques, and subsequent instrumental determination by GC-MS. This coupling has been made possible by using a thermal desorption injector, which has shown itself to be a highly versatile system, extending the limits of application of the techniques currently used in Analytical Chemistry.