Sc v8n2

ISSN 1984-4433

www.scientiachromatographica.com

2016

Volume 8 | Número 2

SCIENTIA CHROMATOGRAPHICA

Publicação disponível na internet:

95 Determination off-line and on-line of methidathion trace in drinking water M. E. Hernández-Rojas, P. García-Camacho, S. Baéz-Pimiento, S. L. Castañon-Alonso

2016 | Volume 8 | Número 2

105 Optimización del tiempo de adsorción y desorción de la microextración en fase sólida en el espacio de cabeza de los compuestos volátiles en el café tostado y molido Aristofeles Ortiz, Néstor Miguel Riaño Herrera, Isabel del Socorro Bravo Realpe

115 Implementación de una extracción dinámica con disolvente asistida por sonicación (DSASE) en matrices de hoja de Erythroxylum coca para el posterior análisis de cocaína por cromatografía de gases con detector de ionización de llama (CG–FID) Ángela M. López, Eliana Alvarez, Carolina Cortés, Milton Rosero-Moreano, Gonzalo Taborda, William Garzón, Hernando Bernal, Leonardo Correa

121 Determinación de compuestos fenólicos mediante microextracción con solvent bar usando HPLC-UV en muestras de aguas residuales contaminadas con vinazas Wilson Alejandro Largo Taborda, Milton Hernando Rosero Moreano

129 Arcillas naturales funcionalizadas con líquidos iónicos para microextracción de Ocratoxina A por membrana hueca empacada Mónica Obando, Viviana Cardenas, Herley Casanova, Diego Montaño, Luis F. Giraldo, Wilson Cardona, Milton Rosero-Moreano

137 Basic principles and applications of liquid phase microextraction techniques Cristina Nerin

Rua Princesa Isabel, 265 - Jardim Paraíso São Carlos (SP) - CEP 13561-140 Fone/ Fax: (16) 3501-4140 | www.iicweb.org

2016 | Volume 8 | Número 2

Instituto Internacional de Cromatografia

Uma publicação do Instituto Internacional de Cromatografia www.iicweb.org

Scientia Chromatographica EDITOR-IN-CHIEF

FERNANDO MAURO LANÇAS Universidade de São Paulo Instituto de Química de São Carlos 13560-970 São Carlos (SP) - Brasil editor@scientiachromatographica.com EDITORES ASSOCIADOS

MARIA EUGÊNIA QUEIROZ

RENATO ZANELLA

preparo de amostras

preparo de amostras

JOSÉ MANUEL F. NOGUEIRA

ISABEL C. S. FONTES JARDIM

preparo de amostras

CORPO EDITORIAL CONSULTIVO

Daniel Armstrong – EUA Dietrich von Bauer – Chile Fábio Augusto – Brasil Fátima Dutra – Brasil Flávio Leite – Brasil Frank Svec – EUA Harold McNair – EUA Humberto Gómez – México Isabel Cristina Sales Fontes Jardim – Brasil Jailson B. de Andrade – Brasil Janusz Pawliszyn – Canadá Kiyoratsu Jinno – Japão Luigi Mondello – Itália Marcos Eberlin – Brasil Marina Tavares – Brasil Milos Novotny – EUA Milton Lee – EUA Norberto Peporine Lopes – Brasil Phillip Marriott – Austrália Pierina Bonato – Brasil Quézia Cass – Brasil Renato Zanella – Brasil

cromatografia líquida

ENDEREÇO DO PERIÓDICO

Scientia Chromatographica

ELENA STASHENKO

espectrometria de massas

FABIO AUGUSTO

cromatografia gasosa

ALEJANDRO CIFUENTES

Técnicas Eletroforéticas

ÁLVARO J. SANTOS NETO

troubleshooting

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Ficha catalográfica elaborada pela Seção de Aquisição e Tratamento da Informação do SBI/IQSC Scientia Chromatographica / Associação Internacional de Cromatografia. - vol.8 n.2 (abr./jun. 2016). São Carlos: Associação Internacional de Cromatografia, 2016.

Trimestral ISSN 1984-4433

CLÁUDIA ZINI

cromatografia gasosa

ELINA B. CARAMÃO

cromatografia gasosa

1. Cromatografia. 2. Lanças, Fernando Mauro, editor chefe.

CDD 543.8

ISSN 1984-4433

Periódico Trimestral do Instituto Internacional de Cromatografia

2014 2016 | Volume 68 | Número 12

Special issue of Scientia Chromatographica WARPA Colombia 2015

Uma publicação do Instituto Internacional de Cromatografia www.iicweb.org

Instituto Internacional de Cromatografia ISSN 1984-4433

Scientia Chromatographica 2016; 8(2):83 Instituto Internacional de Cromatografia ISSN 1984-4433

CONTENTS

Editorial..................................................................................................................................................................................................................85 Milton Rosero-Moreano

V WARPA COLOMBIA 2015 Meeting Report and Welcome VII WARPA PORTUGAL 2016.......................................................87 Milton Rosero-Moreano, Maria Eugenia Queiroz

PREPARO DE AMOSTRAS Determination off-line and on-line of methidathion trace in drinking water.........................................95 M. E. Hernández-Rojas, P. García-Camacho, S. Baéz-Pimiento, S. L. Castañon-Alonso

PREPARO DE AMOSTRAS Optimización del tiempo de adsorción y desorción de la microextración en fase sólida en el espacio de cabeza de los compuestos volátiles en el café tostado y molido....................................................... 105 Aristofeles Ortiz, Néstor Miguel Riaño Herrera, Isabel del Socorro Bravo Realpe

PREPARO DE AMOSTRAS Implementación de una extracción dinámica con disolvente asistida por sonicación (DSASE) en matrices de hoja de Erythroxylum coca para el posterior análisis de cocaína por cromatografía de gases con detector de ionización de llama (CG–FID)..................................................................................... 115 Ángela M. López, Eliana Alvarez, Carolina Cortés, Milton Rosero-Moreano, Gonzalo Taborda, William Garzón, Hernando Bernal, Leonardo Correa

PREPARO DE AMOSTRAS Determinación de compuestos fenólicos mediante microextracción con solvent bar usando HPLCUV en muestras de aguas residuales contaminadas con vinazas.............................................................. 121 Wilson Alejandro Largo Taborda, Milton Hernando Rosero Moreano

PREPARO DE AMOSTRAS Arcillas naturales funcionalizadas con líquidos iónicos para microextracción de Ocratoxina A por membrana hueca empacada...................................................................................................................................129 Mónica Obando, Viviana Cardenas, Herley Casanova, Diego Montaño, Luis F. Giraldo, Wilson Cardona, Milton Rosero-Moreano

PREPARO DE AMOSTRAS Basic principles and applications of liquid phase microextraction techniques....................................... 137 Cristina Nerin

Instituto Internacional de Cromatografia...............................................................................................................................................143 Normas para Publicação...............................................................................................................................................................................145

Scientia Chromatographica 2016; 8(2) 83

Scientia Chromatographica 2016; 8(2):85 Instituto Internacional de Cromatografia http://dx.doi.org/10.4322/sc.2016.018 ISSN 1984-4433

EDITORIAL

Presentation or miniEditorial Special issue of Scientia Chromatographica WARPA Colombia 2015

One of the most important steps in any analytical procedure is sample preparation. Most analyses are carried out on samples containing complex mixtures with very small amounts of the chemicals which need to be identified and/or quantified. At the same time, most sample matrices, such as foods or wastewater, are also very complex. Thus, a successful sample preparation method typically has three major objectives: (1) sample matrix simplification and/or replacement, (2) analyte enrichment, and (3) sample cleanup. In addition a continuous search for improved sample preparation procedures is required with the following goals: (1) reduction in the number of steps required for the procedure, (2) adaptability to field sampling, (3) automatization and (4) reduction or total elimination of solvents required for extraction in agreement with actual trends in analytical chemistry and taking into account the green chemistry ideology.

In this way, the solventless microextraction techniques have gain a lot of space because fully comply with the objectives and goals above established. Additionally meets in one step the main tasks of any sample preparation technique: extraction, clean up and enrichment.

Milton Rosero Moreano

Universidad de Caldas Guest Editor

Scientia Chromatographica 2016; 8(2) 85

Scientia Chromatographica 2015; 7(3):86-86 Instituto Internacional de Cromatografia http://dx.doi.org/10.4322/sc.2015.000 ISSN 1984-4433

86

CLASSIFICAÇÃO

Scientia Chromatographica 2015; 7(3)

Scientia Chromatographica 2016; 8(2):87-94 Instituto Internacional de Cromatografia http://dx.doi.org/10.4322/sc.2016.019 ISSN 1984-4433

MEETING REPORT

V WARPA COLOMBIA 2015 Meeting Report and Welcome VII WARPA PORTUGAL 2016

Milton Rosero-Moreano1 Maria Eugenia Queiroz2 Grupo de Investigación en Cromatografía y Técnicas Afines GICTA, Departamento de Química, Facultad de Ciencias Exactas y Naturales, Universidad de Caldas, P.O. 170004, Manizales, Colombia milton.rosero@ucaldas.edu.co 2 Universidade de São Paulo, Faculdade de Filosofía, Ciências e Letras de Ribeirão Preto, 14040-901, Ribeirao Preto (SP), Brasil mariaeqn@ffclrp.usp.br 1

Scientia Chromatographica 2016; 8(2)

Abstract: A little history

The WARPA (Workshop in Recent Advances on Sample Preparation) born as an initiative of Prof. Fernando Lanças and Prof. Maria Eugenia Queiroz, and has the objecive to meet teachers, researchers, bacheliors and masters´s students of high education institutions and private businesses from several areas of science for disscusing about recent advances of analytical techniques on sample preparation.

The first versión was helded in the Faculdade de Ciências Farmacêuticas de Ribeirão Preto da Universidade de São Paulo in Ribeirao Preto, Brasil in 2012, the second version helded in XIV COLACRO (Congresso Latino Americano de Cromatografia) in Campos do Jordão 2012, the third version helded in XV EXTECH (International Symposium on Extraction Technologies) in João Pessoa 2013, the fourth version helded in SIMCRO 2014 (Simpósio Brasileiro de Cromatografia) in Campos do Jordão 2014, the fifth version and for first time WARPA abandoned Brazilian land and sits in coffee lands of Colombia in Manizales in the Caldas University 2015, the sixth edition helded in Universidade Federal de São João del Rei in São João del-Rei 2015 and the seventh edition helded in XV COLACRO in Lisbon-Portugal in 2016.

Keywords: Meeting report, Colombia, Manizales, Universidad de Caldas.

87

Rosero-Moreano M; Queiroz ME

Introduction

Entre el 7 y 10 de septiembre de 2015, se realizó en la sala Carlos Humberto Gallego de la Universidad de Caldas, Manizales – Colombia, la edición V del Workshop in Recent Advances on Sample Preparation WARPA Colombia 2015. Asistieron 130 personas y es la primera vez que el evento abandona tierras brasileñas. El evento tuvo el soporte de: el Semillero de Investigación y Monitoreo de Tóxicos en el Ambiente SIMTA, el Grupo de Investigación de Cromatografía y Técnicas Afines GICTA, la Maestría en Química, el Departamento de Química, la Facultad de Ciencias Exactas y Naturales, las Vicerrectorías de Investigación y Postgrados, Académica y la de Proyección Universitaria de la Universidad de Caldas. Los comités organizador y científico estuvieron conformados por académicos de altas calidades de las universidades de Caldas - Colombia y Ribeirão Preto – Brasil.

V WARPA COLOMBIA 2015 Meeting Report

• Dr. (E) Fausto Prada Universidad Industrial de Santander (Colombia) • Dr. Milton Rosero Moreano Universidad de Caldas (Colombia) ii. 3 conferencias técnicas: de las empresas comerciales de instrumentos: PAF(USA), INNOVATEK (Colombia) y KHYMOS (México) representado a su marcas: SHIMADZU, THERMO Y AGILENT respectivamente.

• Dr. José Juarez Agilent Technologies (México) • Dr. Rodrigo Escobar Shimadzu (USA) • Dr. Julio César España Thermo Scientific (Colombia)

En Resumen Warpa Colombia 2015 tuvo: i. 11 conferencias plenarias: 7 conferencistas internacionales (Canadá, España, Portugal y Brasil) y 4 Nacionales (UdeA, UIS y Ucaldas).

• Dr. Janusz Pawlisyn Universidad de Waterloo (Canada) • Dra. Cristina Nerin Universidad de Zaragoza (España) • Dr. Eduardo Carasek Universidad Federal de Santa Catarina (Brasil)

Figura 1. Universidad de Caldas Sede Principal.

• Dr. Fabio Augusto Universidad de Campinas (Brasil) • Dr. José Manuel Nogueira Universidad de Lisboa (Portugal) • Dr. Juan Cacho Palomar Universidad de Zaragoza (España) • Dra. Maria Eugenia Queiroz Universidad de São Paulo (Brasil) • Dr. Julián Zapata Ochoa Universidad de Antioquia (Colombia) • Dra. (E) Lady Sierra Universidad Industrial de Santander (Colombia) 88

Figura 2. Muestra de danzas típicas de la región cafetera durante la muestra de café.

Scientia Chromatographica 2016; 8(2):87-94

Welcome VII WARPA PORTUGAL 2016

Rosero-Moreano M; Queiroz ME

iii. 2 Espacios institucionales para las Sociedades y Consejos Profesionales de Química: SOCOLQUIM (Sociedad Colombiana de Ciencias Químicas y CPQ (Consejo Profesional de Química). iv. 2 sesiones de póster: para presentación de trabajos por parte de los asistentes con una dotación de 500 mil para el mejor trabajo.

• Fueron exhibidos 32 trabajos en comunicación poster v. Las primeras Warpaolimpiadas: Una lúdica que mezcló conocimiento y diversión alrededor de este tema con interesantes premios para los equipos (5 personas) participantes.

Figura 3. Coctail de bienvenida con presencia de las autoridades universitarias.

Participaron 4 equipos de las siguientes universidades y empresas: • Universidad de Chile – equipo ganador • Universidad de Antioquia – segundo puesto • Universidad de Nariño – tercer puesto • Fiscalía General de la Nación – cuarto puesto

Figura 4. Visita por el paisaje cafetero a una finca tradicional cafetera.

vi. 6 prácticas de laboratorio flash de técnicas de microextracción: • SPME (microextracción en fase sólida), • HF-LPME-solvent bar (microextracción en fase líquida con membrana hueca como agitador de disolvente) • DXP (extracción con pipeta desechable) • DSASE (Extracción dinámica con disolvente asistida por sonicación) • RDSE (Extracción por desorción con discos rotatorios) • HF-LPME-solid bar (microextracción en fase líquida con membrana hueca empacada como agitador sólido) vii. Una interesante y entretenida agenda social: • 6 sep (domingo-tarde): cata de café (servicio de bus gratuito ida y vuelta punto de encuentro parque La Gotera Ucaldas 2 p.m. Regreso 8 p.m.)

Figura 5. I Jornada de SPME en la Universidad del Valle – Cali – Colombia.

• 7 sep (lunes-noche): Coctail de bienvenida para todos los participantes con presencia de las autoridades univesitarias, el rector Dr. Felipe César López y su esposa. Aquí se hizo el anuncio oficial de la creación de la Medalla Janusz Pawliszyn con que se distinguirá cada año al investigador con los mayores desarrollos en técnicas de extracción y análisis cromatográfico.

Scientia Chromatographica 2016; 8(2):87-94 89

Rosero-Moreano M; Queiroz ME

V WARPA COLOMBIA 2015 Meeting Report

Lunes, 7 de Septiembre Palabras de apertura V Warpa Colombia 2015

Figura 6. Acto de apertura del V Warpa Colombia 2015.

Figura 7. Imágenes de la sesión de posters en el V Warpa Colombia 2015.

• 8 sep (martes-noche): tour por Manizales de noche • 11 sep (viernes-todo el dia): visita al Nevado del Ruiz, Panaca o Parque del Café • 12 sep (sábado-todo el dia): visita al Paisaje cafetero: Chinchina-Salento-Pereira. viii. Una miniferia exposición de equipos e instrumental de laboratorio a cargo de PAF, INNOVATEK Y KHYMOS. ix. La primera Jornada de SPME (solid phase microextraction) con su inventor el prof. Dr. Janusz Pawliszyn, índice H-82 y uno de los Químicos Analíticos más influyentes en los tiempos actuales, en Cali – Colombia, en la Universidad del Valle Departamento de Química Auditorio de Postgrados - 14 de septiembre de 2015 jornada de la mañana.

90

La sesión de apertura fue realizada el día 7 de septiembre de 2015, lunes a las 8:30 a.m. en presencia de las autoridades universitarias, Dr. Andrés Felipe Betancur (Vicerrector de Proyección Univeritaria) y miembros del Comité organizador (Dr. Milton Rosero Moreano) y científico (Dra. Maria Eugenia Queiroz).

El Dr. Betancur agradeció a todos los participantes su presencia y a los fundadores del evento su posiblidad de realizarlo por primera vez en Colombia, al igual que las valiosas contribuciones que de este foro saldrán en aras de la conservación del medio ambiente uno de los postulados insignes en la misión de la Universidad. El professor Rosero-Moreano por su parte hizo un recorrido histórico del largo trayecto que le toco recorrer a él y su comité organizador para poder en este día acoger a tan ilustres visitantes y poder decir que Warpa Colombia es una realidad, agradeció a todos los patrocinadores y en especial a los estudiantes por su presencia de quien dijo y exalto que son la razón de ser de todas estas realizaciones.

En ese mismo acto la Dra. Queiroz agradeció a la Universidad y sus autoridades por la organización del evento, comentando que es la primera vez que el citado transpasa fronteras.

La conferencia de apertura estuvo a cargo del Dr. Janusz Pawliszyn sobre principios básicos y aplicaciones de la microextracción en fase sólida SPME. Seguida de la conferencia de los estudiantes de doctorado Lady Sierra y Fausto Prada de la Universidad Industrial de Santander – Colombia, sobre aplicaciones de la SPME en metabolómica de plantas y extracción por dispersion de la matriz en fase sólida MSPD en petroquímica.

Antes de finalizar la mañana la Empresa Innovatek representante de la marca THERMO SCIENTIFIC en el país mostró en su conferencia técnica algunas claves en la preparación de la muestra en el análisis de residuos usando QuEChErs. Scientia Chromatographica 2016; 8(2):87-94

Welcome VII WARPA PORTUGAL 2016

En horas de la tarde se hicieron dos prácticas de laboratorio flash: una sobre SPME aplicado a la extracción y análisis de volátiles de frutas tropicales (lulo) a cargo del estudiante de doctorado en Ciencias Agrarias Eduardo Corpas Iguarán y la otra sobre microextracción con membrana hueca en modo “solvent bar” HF-SBME para el análisis de compuestos trihalometanos en aguas de consumo, por parte de los estudiantes de maestría en Química Liliana Correa y Jhon Alexander Fiscal.

Para finalizar la primera extenuante jornada se desarrolló la primera sesión de posters, en total se recibieron 32 comunicaciones que fueron expuestas en el hall central de la Universidad.

Martes, 08 de septiembre

La segunda jornada se inició a las 8:00 a.m. con la conferencia del Dr. Eduardo Carasek, quien disertó sobre los principios básicos y aplicaciones de

Rosero-Moreano M; Queiroz ME

la microextracción dispersiva y la extracción con gota sencilla DLPME/SDME. La secundó la Dra. María Eugenia Queiroz, con la conferencia principios básicos y aplicaciones de la microextracción con jeringa empacada MEPS y la extracción con pipeta desechable DPX. En última instancia se presentó la Dra. Cristina Nerín con su conferencia sobre principios básicos y aplicaciones de la microextracción en fase líquida LPME. Para el cierre de la mañana la Empresa Khymos representante de la marca AGILENT TECHNOLOGIES en el país, aprovechó el Warpa e hizo su último lanzamiento: Mini-extracción de farmacéuticos en sangre con MiniQuechers y columnas Poroshell 120. La Sociedad Colombiana de Ciencias Químicas SOCOLQUIM y el Consejo Profesional de Química CPQ tuvieron su espacio institucional al cierre de la segunda jornada matutina en el evento, mostrando las ventajas de estar asociado y la protección que hace el gobierno colombiano del ejercicio profesional en química en el país.

Figura 8. Homenaje al Dr. Pawliszyn en la Universidad Autónoma de Manizales.

Scientia Chromatographica 2016; 8(2):87-94 91

Rosero-Moreano M; Queiroz ME

V WARPA COLOMBIA 2015 Meeting Report

Figura 9. Mesa redonda sobre tendencias presentes y futuras de la preparación de muestras.

En horas de la tarde de esta segunda jornada se hicieron dos prácticas de laboratorio flash: una sobre DPX aplicado a la extracción y análisis de ocratoxina A usando como sorbente arcillas modificadas con líquidos iónicos a cargo de la estudiante de maestría en Química Mónica Obando Ceballos y la otra sobre extracción por sorción con discos rotatorios RDSE, por parte de los estudiantes de doctorado en Química de la Universidad de Chile Luis Honda y Alejandro Cañas.

Para finalizar la segunda jornada se hizo un homenaje al Dr. Pawliszyn en la Universidad Autónoma de Manizales UAM por parte del Laboratorio de Salud Pública adscrito a la Dirección Territorial de Salud de Caldas como exaltación a la contribución que los inventos del Dr. Pawliszyn han hecho al mejoramiento de la salud pública, aquí el Dr. Janusz animo a los cientos de jóvenes universitarios participantes a encender sus ideas y no desfallecer en el logro de sus objetivos, finalizando su intervención con una de sus frases célebres: “La vida es un laboratorio, experimenten”.

Miércoles, 9 de septiembre

La tercera jornada del Taller sobre avances recientes en preparación de muestras Warpa Colombia 2015 comenzó con la conferencia del invitado Dr. José Nogueira sobre principios básicos y aplicaciones de la extracción adsortiva con barra agitadora SBSE. A segunda hora de la mañana tuvimos la conferencia del Emérito profesor catedrático de la Universidad de 92

Zaragoza Dr. Juan Cacho y su charla sobre los principios básicos y aplicaciones de la extracción en fase sólida SPE. Después de la pausa del café y para cerrar el ciclo de conferencias de nuestros invitados en la mañana disertó el Dr. Fabio Augusto sobre aplicaciones de la microextracción en metabolómica. Para cerrar la mañana la Empresa PAFltda representante de la marca SHIMADZU en el país, presentó en la conferencia técnica algunas divulgaciones de la caracterizacion de sulfonamidas y trimetoprim en miel usando extracción con QuEChERS y análisis por LC-MS/MS. En horas de la tarde de esta tercera jornada se hizo la última práctica de laboratorio flash sobre microextracción con membrana hueca en modo “solid bar” HF-SBME aplicado a la extracción y análisis de compuestos organoclorados empacando dentro del lumen de la membrana un nuevo ecosorbente tipo arcilla modificada con líquidos iónicos y otros sorbentes comerciales tipo C18 a cargo del Dr. Milton Rosero Moreano. Igualmente se tuvo la segunda y última sesión de posters.

Jueves, 10 de septiembre

La cuarta y última jornada del V Warpa Colombia 2015 inició con la conferencia del invitado Dr. Julian Zapata sobre principios básicos y aplicaciones de la extracción in-tube ITEX. A segunda hora de la mañana tuvimos la conferencia del organizador del evento y miembro del comité cientifico del Warpa Colombia Scientia Chromatographica 2016; 8(2):87-94

Welcome VII WARPA PORTUGAL 2016

2015 Dr. Milton Rosero Moreano y su charla sobre nuevas posiblidades de la microextracción en fase líquida LPME en el análisis químico ambiental y sanitario. Después de la pausa del café y para cerrar este nutrido evento se hizo una mesa redonda con todos los conferencists invitados para discutir sobre las tendencias recientes y futuras en preparación de muestras. El Dr. Pawliszyn tomando la voceria del grupo dejo plasmadas las siguientes apuestas que serán los retos de los investigadores para los siguientes 10 años en este campo de la química analítica: • Trends Addressing Green Chemistry: Reduction of Solvent Use and Integration

Rosero-Moreano M; Queiroz ME

• Liquid Phase Microextraction (LPME) • Solid Phase Microextraction • Membrane Extraction • Needle Based Formats • Miniaturization • Automation – High Throughput • Trends Related to Properties of Extraction Phase • Extraction phases to extract polar compounds (Ionic liquids, polar solid sorbents) • Selectivity of extraction phase (antibody based sorbents, aptamers, molecularly imprinted polymers (MIPs), molecular recognition sorbents)

Figura 10. Visita al Centro Internacional de Investigaciones del Café Cenicafe.

Scientia Chromatographica 2016; 8(2):87-94 93

Rosero-Moreano M; Queiroz ME

V WARPA COLOMBIA 2015 Meeting Report

• Broad spectrum sorbents (HLB – HydrophilicLipophilicBalance)

• Rapid Analytical Process

• High porosity sorbents (nanotechnology materials)

• Sensors (electrochemical, optical, etc.)

• Matrix compatible morphology sorbents)

(optimized

• Coupling to portable (on-site) analytical instrumentation

• Design of extraction phase/extraction conditions to facilitate rapid rates

• Direct coupling to MS (DSI, SPME, membranes monitoring schemes, etc.)

sorbents

• Dispersion liquid phase (micro)extraction • Countercurrent solvent extraction • Purge and Trap • Thin film (micro)extraction • Nanoparticle solid phase (micro)extraction

94

• Electro membrane (micro)extraction

Finalmente y tras cuatro dias intensos de conferencias, olimpiadas, paseos, agenda social, visitas, bailes, catas se dió por culminada la version V del Warpa, con la premiación a los mejores trabajos y participaciones y unos obsequios del pais para los ilustres conferencistas visitantes.

Scientia Chromatographica 2016; 8(2):87-94

Scientia Chromatographica 2016; 8(2):95-103 Instituto Internacional de Cromatografia http://dx.doi.org/10.4322/sc.2016.020 ISSN 1984-4433

PREPARO DE AMOSTRAS

Determination off-line and on-line of methidathion trace in drinking water M. E. Hernández-Rojas1* P. García-Camacho2 S. Baéz-Pimiento3 S. L. Castañon-Alonso4 *Universidad Autónoma Metropolitana, División de Ciencias Básicas e Ingeniería, Lerma de Villada, CP 52006, México 2 Fac. Química, Universidad Nacional Autónoma de México, Circuito Exterior S/N, Ciudad Universitaria, México DF 04510, México 3 Universidad Nacional de Colombia, Sede Manizales, Facultad de Ingeniería y Arquitectura, Departamento de Ingeniería Industrial, Grupo de Investigación en Innovación y Desarrollo Tecnológico, Manizales, CP 170003, Colombia 4 Hospital Infantil de México Federico Gómez, Delegación Cuauhtémoc, CP 06720, México DF, México *mariahrojas@hotmail.com 1

Abstract

In this study, a fast, simple and sensitive analytical method was developed for the determination of methidathion, organophosphorus pesticide, in water. The methidathion is determined at µg L-1 level in different types of drinking water, making a preconcentration with a C-18 silica column and analysis by HPLC with a UV-Vis detector. The preconcentration is performed in off-line (using C-18 silica extraction cartridges) and on-line (using precolumns). With both methods of preconcentration, we can reach methidathion in determining the concentrations of the order of µg L-1 or ηg L-1 when the amount of adsorbent is increased in the cartridges. In off-line method several important solid phase extraction SPE parameters were optimized, extraction efficiency as a function of sample volume and elution mixture. Methidathion were eluted form cartridges with 5 mL of MeOH:H2O (80:20, v/v) and 1500 mL of sample could be percolated. Under the optimum extraction conditions, this method showed low limit of quantification (0.1 mg L-1 ), but the low recovery (50-12%) of the methidathion in environmental samples may appreciate the limitations of the method off-line to analyze traces of methidathion in aqueous samples. On-line extraction presented that the use of precolumns allows faster determination without risk of contamination with a smaller sample volume and improved coefficient of variation (<7.8%), achieving recoveries of 100% and detection limit 0.4 µg L-1.

Keywords: drinking water, methidathion, SPE.

Recebido: 25-05-2016 Aceito: 01-09-2016

Scientia Chromatographica 2016; 8(2)

95

Hernández-Rojas et al.

Determination off-line and on-line of methidathion trace in drinking water

1. Introduction

the technical specifications for their measurement in water samples where ultra-sensitive analytical methods are required[11,12]. For some compounds, like pesticides, there is still a need to improve the performance of the existing methods. High sensitive techniques like gas chromatography tandem mass spectrometry (GC–MS/ MS) and liquid chromatography coupled with mass spectrometry (LC–MS) have been developed. However, for most of the substances present at trace and ultra-trace levels the extraction and pre-concentration steps are so far essential for their detection. In Mexico the use of organophosphate pesticides is widely distributed, as in the case of methidathion, an organophosphate pesticide, Methidathion[13-15]. [O,O-dimethyl-S-(5-methoxy-1,3,4thiadiazolinyl-3-methyl) dithiophosphate] is an organophosphate chemical employed commercially as an agricultural pesticide since 1966[16]. It was chosen as the target molecule for the present study because of its biotoxicity. Oral LD50 values of methidathion in animals are 52 mg kg-1 in mice, 48 mg kg-1 (male) and 40 mg kg-1 (female) in rats[2], or 31 mg kg-1 (male) and 32 mg kg-1 (female) in rats[3]. The solubility of this compound in water is greater than the average solubility of many other organophosphorus compounds (240 mg L-1) and its relative stability to hydrolysis; they together have a strong possibility of contaminating the water[14]. Hence the importance of generating rapid and continuous information on water quality to minimize the risks associated with the use of these pollutants. The analytical determination of this compound in complex samples such as natural and/or drinking water is reported in several references[3,7,17-19]. The main difficulty of tracelevel analysis is that it can only be analyzed when a preconcentration of the sample is carried out with proper disposal of interfering agents. To perform its control in the environment and food should develop methods of highly selective and sensitive analysis. Since the concentrations of the OPPS are in trace amounts, preconcentration techniques are required to determine these compounds in the real samples.

The use of pesticides for the control of crop pests and weeds, plus the discharges from manufacturing plants, accidental spills, and natural processes such as dilution, surface runoff and leaching, are the causes of the occurrence of these xenobiotic compounds in surface waters. That is the reason why the control of pesticides in surface, drinking and groundwater is nowadays a real necessity[1,2]. In recent years, organophosphorus pesticides (OPPs) have been the largest type of pesticides used worldwide. However, OPPs are known as the most poisonous class of pesticides[3]. It causes the inhibition of acetyl-cholinesterase in the central nervous systems[4-6].

Therefore, it is crucial to monitor the trace levels of OPPs in environment particularly such as drinking water. One problem associated with the application of organophosphorus is the need to monitor their levels in the environment, especially in water, in view of their ability to accumulate[7]. The monitoring of pesticides in water samples has been an intense field of research in the past 10–20 years. The analysis of pesticides in water samples is a problem of primary concern for quality control laboratories due to the toxicity level of these compounds and their public health risk[8]. Analytical methods are needed to measure pesticides in water to determine their fate and transport in the environment.

Currently, there are hundreds of pesticides registered for use in the United States[9]. In Mexico, water intended for human consumption must meet minimum specified requirements, including for pesticides a maximum level for each pesticide of 0.03 µg L−1 in some case, and a maximum of 50 µg L−1 for pesticides such as 2,4 -D and methoxychlor[10]. The analysis of water samples for the presence of pesticides is fraught with difficulties, since preparation of samples is an arduous, time-consuming process, which can itself give rise to additional contamination and errors. The generally low levels of target analyses and often the complexity of the matrix are further problems with which the analyst has to contend. Regarding the new legislation, the information concerning the monitoring of pesticides and 96

Scientia Chromatographica 2016; 8(2):95-103

Determination off-line and on-line of methidathion trace in drinking water

The most common and conventional technique for the analysis of OPPs in water is the Solid-phase extraction (SPE), this is an efficient method for the concentration and cleanup of organic contaminants in water. Several types of cartridges have been used in prior studies (e.g., C-8, C-18); they are capable of extracting multiple pesticide classes. The principles are based on the distribution of solutes between a solid phase and the aqueous sample is a viable option for preconcentration of very diluted aqueous samples. The SPE is a variation in the extraction procedure based on the distribution, adsorption, ion exchange or affinity[20,21].

This technique has been widely accepted because it is faster than many conventional techniques and moreover it is suitable for highly polar contaminants (log P <1), intermediate (log P 1-3) and low (log P>3), depending on the adsorbent used[22]. The SPE can be considered as a simple process of liquid chromatography, wherein the adsorbent is the stationary phase and the mobile phase is water in the aqueous sample during the extraction step or the organic solvent during the elution step. Organic compounds that are not eluted with water are trapped on the adsorbent. The SPE can be performed off-line, i.e., as a separate step of chromatographic analysis or real-time or on-line, when directly coupled to chromatographic analysis. Removing interfering compounds the detection can be accomplished in a relatively simple manner with the use of mixtures having different polarities of elution and extraction capabilities. Additionally, on-line methods have several advantages over other extraction methods, such as speed, the use of small sample volumes, easy automation and eliminating contamination risks, because there is no sample manipulation between the preconcentration stage and analysis[23,24]. The purpose of this work is to develop an analytical procedure that can determine the methidathion in drinking water at concentrations of the order of mgL-1 or ngL-1 comparing two methods of preconcentration by SPE, coupled line (on-line) and a deferred (off-line) analyzing by HPLC.

Hernández-Rojas et al.

2. Materials and Methods The methidathion standard was of Analytical Pesticide grade with certified purity of 99.0% and was purchased from Chem Service (West Chester, USA).

Concentrated pesticide solution with a concentration of approximately 100 mg L−1 were prepared in methanol and kept at 4±2 °C, protected from light. Working standard solutions were always freshly prepared by dilution of the methidathion standard solution in water with approximately 0.5% of methanol, in order to obtain a final concentration of about 1 µg L-1. The aqueous samples were filtrated with a nylon membrane of 47 mm and pore size of 0.45 µm, coupled to a Sartorius filtration system. Organic solvents (Methanol, acetonitrile, water) were pesticide or HPLC grade and were purchased from EM Science NJ. USA. M. Perchloric acid (>99.0%) and sodium hydroxide (analytical grade) were obtained from Sigma-Aldrich (USA).

2.1. Instruments A 785 HPLC system (Perkin-Elmer) connected to a 785 A UV/vis spectrometer (Perkin-Elmer), equipped with a binary pump model 776 and was used to perform the HPLC analysis. A Nucleosil C-18 (150 mm x 4.6 mm i.d.), (Supelco) chromatographic column was used for pesticide separation. For the online method, the aqueous samples were concentrated in a PRP-1 (25 mm x 4.5 mm i.d., 5 µm) stainless steel precolumn, (Phenomenex, USA). The on-line system was built in a series of capillary stainless steel tubes attached to two valves Rheodyne Cotai, model 7000 with six inputs and two-way. And an isocratic pump ELDEX, CC-100-S model, with a stainless steel pre-column preconcentration. The off-line extraction step was carried out using a vacuum box (Supelco) of 10 positions with gentle vacuum (4-way Isco, WIZ model). C-18 Sep-Pak cartridges (500 mg) (Waters, Milford, MA, USA) were used for off-line SPE optimization.

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2.2. Chromatographic analysis The composition of the mobile phase was determined conducting the retention curves at different percentage of organic solvent (acetonitrile or methanol) in water, it was tested in a range of 85 -55% organic solvent.The flow rate was 1 mL min−1 and the injection volume was defined by the 20-μL Rheodyne loop.

2.3. Quantitation The Calibration curve was constructed for methidathion by injecting eight calibration standards directly into the HPLC, at the concentrations 50, 45, 40, 25, 15, 10, 5 and 1 mg L−1. Calibration curves were constructed each time a new sample set was analyzed in order to accurately compensate for the day-to-day variation of the control standards.

2.4. Sample preparation (SPE) The preconcentration of the aqueous samples were made in cartridges (methodology off-line) and guard column (methodology on-line) and the results were compared with each other. The optimization of the conditions of deferred preconcentration was based on the study of extraction efficiency as a function of sample volume and elution mixture, implemented through extraction in cartridge of different volumes of HPLC grade water and drinking water distribution network added with the constant amount of methidathion.

2.5. Selecting the elution phase SPE was carried out using C-18 Sep-Pak cartridges of 500 mg. To evaluate the SPE performance a control standard was submitted to the extraction procedure. The SPE was performed by analyzing spiked water samples at the concentration level of 3 mg L−1 of methidathion, 250 mL of sample were percolated in each assay. Various elution mixtures were tested to determine their composition and optimal recovery volume. Several mobile phases tested to elute the pesticide form cartridges were the following: 98

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• First fraction: 5mL MeOH:H2O (v/v): 100:0; 85:15; 80:20; 70:30; 60:40; 50:50.

• Second fraction: 5mL with the same composition in order to be sure that all analyte was recovered.

• Third fraction: Finally, 5mL of methanol was percolated in order to be sure that all analyte was recovered.

A 20 μL aliquot of each extract was analyzed

by HPLC to calculate the percentage of recovery from methidathion from extraction cartridge.

2.6. Recovery Performance

The extraction yield curve based on the volume of break leak was determined. Fortified samples of ultrapure water and drinking water spiked with a constant amount of methidathion, 0.15 mg was percolated. Volumes were tested: 250, 500, 1000, 1250, 1500 mL at a constant flow of 3 mL min-1.

2.7. Preconcentration on-line

On-line methodology involves placing a precolumn in place of injection loop into the six-valve ports and with two positions. After conditioning the adsorbent, sample application and perform an eventual cleaning using a pump in the position of “charge”, the precolumn is coupled to an analytical column connecting the valve in position “inject”. Then the retained compounds are eluted directly from the guard column to the analytical column with the mobile phase which allows the separation. Device is showed in Figure 1.

3. Results and Discussion

Selection of the mobile phase: In the two organic solvents (acetonitrile and methanol) tested, methanol was chosen, even though both the two solvents were appropriate to carry out adequate retention and separation methidathion from other peaks. The mobile phase of 50 to 60% MeOH has an adequate retention time to conduct proper analysis and separation of methidathion and spikes that might occur at the void volume. Linearity and detection limit: The value of the correlation Scientia Chromatographica 2016; 8(2):95-103

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Figure 1. Experimental setup for the preconcentration, extraction and on-line analysis (PCE = precolumn, UV = ultraviolet, PC = personal computer).

coefficient (r) obtained was 0.9951, a= 41887, b= 32398 which means it has a very close positive correlation to 1.

The detection limit was considered as the concentration that causes a peak height corresponding to 3 times background noise, which was determined by injecting increasingly dilute methidathion solutions. The obtained concentration was 5 mg L-1 using a 20 µl loop, with a detection limit of 100 ηg absolute injected.

3.1. Preconcentration in off-line

The methodology off-line is established as follows: The C-18 SPE cartridges were preconditioned by eluting with 5 mL of HPLC grade MeOH, followed by 30 mL of HPLC grade water, being careful not to dry the stationary phase. Then, the samples were percolated a flow of 2.5 mL min-1 using a vacuum box, immediately the stationary phase was washed with 5 mL of HPLC grade water and dried for 10 min. After, the moderately polar interfering compounds were eluted with 5 mL of MeOH:H2O (50:50, v/v). This elution mixture only desorbed from the stationary phase to moderately polar compounds, without eluting methidathion. Then moderately polar compounds as methidathion were eluted with 5 mL of MeOH:H2O (80:20, v/v). Finally, non-polar compounds were eluted with 5 mL of MeOH, and also it was check if everything methidathion was eluted with the previous mixture. Actually, we

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verified that all methidathion was eluted in the previous mixture. The extracts were evaporated to dryness, and reconstituted with 0.5 mL of MeOH. Samples were then analyzed by HPLC. In addition, 5 mL of spiked MeOH:H2O (80:20, v/v) at concentration level of 3 mg L-1 methidathion was evaporated and reconstituted to determine losses by evaporation. The residue was redissolved with 0.5 mL methanol and analyzed by HPLC. Residue peak area obtained practically corresponds to a concentration of 30 mg L-1, thus there was not loss by evaporation of the analyte, this is because the methidathion acted as a moderately volatile compound.

The breakthrough volume was determined by testing different volumes of HPLC water sample spiked at 0.15 mg -250, 500, 750, 1000, 1250 and 1500 mLand correlating the volumes with the corresponding chromatographic peak areas. The results presented in Table 1 show that the recovery ranged from 82 to 101, without showing a correlation between sample volume and % recovery. Pesticide recovery can be considered independent from sample volume up to 1500 mL of sample, showing a slight variation when volume of sample increased. However, recovery methidathion from the drinking water samples ranged from 50.5 to 12.0 %, in general it had lower recoveries. The results presented in Table 2 show that the breakthrough volume reached a volume lower than 250 mL with a recovery of only 50% of methidathion, for high sample volumes the recovery is lower, only 12%. It is more noticeable that in the sample with dilute concentrations (0.1 mg L-1) very low recoveries Table 1. Recoveries % HPLC grade water sample of methidathion as a function of sample loading volume through a cartridge (500 mg C18).

Percolated volume (mL)

Concentration (mg L-1)

Recovery (%)

250 500 750 1000 1250 1500

0.60 0.30 0.20 0.15 0.12 0.10

101 89 98 82 89 102

Constant amount of methidathion spiked: 0.15 mg.

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Table 2. Recoveries % in drinking water sample of methidathion as a function of sample loading volume through a cartridge (500 mg C-18).

Percolated volume (mL)

Concentration (µg/L)

Recovery (%)

250 500 1000 1500

0.60 0.30 0.15 0.1

50.50 43.00 50.00 12.00

Constant amount of methidathion spiked: 0.15 mg.

were observed. Moreover, the chromatographic analysis of the extract of the elution mixture comprises of methanol (third fraction) not containing methidathion, so we conclude that methidathion was not retained completely on the stationary phase cartridge. It means that matrix effects may have an excessive influence on the recovery. In spite of the studies being carried out on samples of drinking water, it is known the bad quality of water due to the presence of ferrous compounds as well as organic matter for this reason we consider this factor influenced the poor retention of methidathion in the stationary phase C-18. Even after percolating the sample we observed one soiling in the cartridges. It is known that DOC may bind to analytes carrying them through the SPE cartridge, thereby not allowing them to attach to the stationary phase. In addition, DOC may saturate the active sites of the sorbent, which will also affect relative recoveries. Finally, large humic molecules may hinder the penetration of the elution solvent to the sorbent bound analytes[24]. These factors usually result in decreased recoveries, the same in our case.

Figures 2 shows HPLC chromatograms of HPLC grade water and drinking water sample spiked at the 0.6 mg L-1 level and preconcentred in cartridge. The low recovery of the compound in environmental samples may appreciate the limitations of the method off-line to analyze traces of methidathion in aqueous samples, among them the largest sample handling requiring an evaporation and reconstitution of the concentrate, causing a risk of contamination and losses, moreover reducing sensitivity to inject only an aliquot of the extract.

100

Figure 2. Chromatograms obtained from a SPE of 250 ml water at concentration of 0.6 mg L-1 Methidathion, a) drinking water b) HPLC grade water c) drinking water without spiking. Met= methidathion, I= interfering compounds.

3.2. Preconcentration on-line 3.2.1. Selection of the mobile phase elution

The methodology on-line is described below:

The extraction precolumn was preconditioned by eluting with 25 ml of HPLC grade water at flow 1.5 mL min-1, using the auxiliary pump, the analytical column is conditioned while. Then the sample is percolated at same flow. Once loaded solutes wash the interstices of the guard and the connections with 3 mL of HPLC grade water, immediately the solutes were eluted on-line with the same mobile phase MeOH:H2O (65:35, v/v) of chromatography analysis. A standard solution was analyzed to determine the percent recovery.

3.2.2. Study of the breakthrough volumes

The breakthrough volume was determined by testing different volumes of a 0.8 µg spiked tap water sample-50, 70, 100, 150, 250 mL-and correlating the volumes with the corresponding chromatographic peak areas. The results presented in Table 3 show that the Scientia Chromatographica 2016; 8(2):95-103

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Hernández-Rojas et al.

Table 3. Recoveries % in drinking water sample of methidathion as a function of sample loading volume through a C-18 Nucleosil, 5 µm, 1.3 cm x 4.6 mm d.i. precolumn.

HPLC grade water

Drinking water

Percolated volume (mL)

Concentration (µg/L)

Recovery (%)

50 70 100 150 170 250

16.00 11.42 8.88 5.30 4.70 3.20

100.00 101.00 90.00 110.00 101.00 100.00

Spiked water samples with 0.8 µg methidathion.

Percolated volume (mL)

Concentration (µg/L)

Recovery (%)

70 100 150

11.42 8.00 5.33

103.00 98.00 99.00

Table 4. Precision, expressed as relative standard deviation for four replicates. 100 mL sample.

Sample

Concentration (µg/L)

Recovery (%)

RSD

Drinking water HPLC grade water

8.88 8.88

98 90

7.37 8.97

Spiked water samples with 0.8 µg methidathion.

breakthrough volume was not reached by any of the compounds until 250 mL since the recovery of about 100% was obtained. Pesticide recoveries from both water samples were mainly between 98–110%. The procedure was independent on sample concentration over the range 16-3.2 µg L-1. Due to practical reasons, we selected 100 mL, which enabled the necessary concentration factor to achieve acceptable detection limits.

This procedure was applied to drinking water and HPLC grade water samples, spiked at the 8.8 µg L-1 level.

Table 4 shows the recoveries for methidathion and the precision, expressed as relative standard deviation, for four replicates. Each sample was analyzed independently by the same analyst and equipment, obtaining a repeatability or precision (measured as relative standard deviation (RSD) of 7.37 and 8.97 % respectively. The repeatability was typically higher, with a value less than 10% of RSD. Figure 3 shows the chromatograms from the analysis of three samples of drinking water spiked at 1 µg

Figure 3. Chromatograms obtained from a SPE of 100 ml water at concentration of 1 µg L-1 Methidation, a) HPLC grade water, b) drinking water spiking c) drinking water without spiking. Met= methidathion, I= interfering compounds. “Nucleosil”. Precoluma extraction.

L-1 of methidathion, 100 ml of sample were percolated through the precolumn, samples without spiking no peak was found. The spiked samples show that the peak of the compound is clearly visible and it could be assumed that further diluted samples could be analyzed. For example if the sample volume was 250 ml could be obtained such a peak at a concentration of 0.4 µg L-1. The methods used in this study were tested and optimized for factors that can affect extraction efficiencies. For water samples, volume of the sample, and concentration of pesticide, along with the appropriate solid phase and elution solvents are all

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important factors that can affect extraction efficiencies.

The methods developed for this study were designed to be simple and thus useable in most laboratories. As it can be seen, this procedure allows the determination of the above mentioned pesticide in a drinking water sample with good recoveries and precision and avoids the need of duplicated water samples for the separated extraction

4. Conclusions With both methods it was possible to determine the concentrations at which the order methidathion µg L-1 and ηg L-1 be reached if the amount of adsorbent is increased, in the case of extraction in off-line. Both methods can quantify the presence of methidathion if it is in aqueous samples at concentrations of the order of µg L-1.

102

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The on-line extraction method also has the advantage of avoiding the risk of contaminating samples because there is no contact between the sample preconcentration step and analysis, producing better recoveries and precision.

Gratefulnesses

SBP would like to acknowledge DIMA de la Universidad Nacional de Colombia for the financial support through the project number 23139. The author gratefully acknowledges the financial support granted to MEHR for funding the thesis through the GTZ, and PUAL for giving the award to the best thesis in the area of Food Toxicology, and Armando Lopez-Valencia for language correction.

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Scientia Chromatographica 2015; 7(1):104-104 Instituto Internacional de Cromatografia http://dx.doi.org/10.4322/sc.2015.000 ISSN 1984-4433

104

CLASSIFICAÇÃO

Scientia Chromatographica 2015; 7(1)

Scientia Chromatographica 2016; 8(2):105-114 Instituto Internacional de Cromatografia http://dx.doi.org/10.4322/sc.2016.021 ISSN 1984-4433

PREPARO DE AMOSTRAS

Optimización del tiempo de adsorción y desorción de la microextración en fase sólida en el espacio de cabeza de los compuestos volátiles en el café tostado y molido Aristofeles Ortiz1* Néstor Miguel Riaño Herrera1 Isabel del Socorro Bravo Realpe2 Disciplina de Fisiología Vegetal, Centro Nacional de Investigaciones del Café (Cenicafé), Chinchina/Caldas, Colombia.

2 Departamento de Química, Universidad del Cauca, Popayán, Cauca, Colombia. *aristofelesortiz@gmail.com Recebido: 25-05-2016 Aceito: 20-07-2016 1

Resumen

El equilibrio del tiempo de adsorción y desorción de la microextración en fase sólida y la cantidad de muestra a utilizar, fueron los factores estudiados para escoger las mejores condiciones en el análisis de compuestos volátiles en el café tostado y molido (coffea arabico) por extracción en el espacio de cabeza estático (HS). Tres tiempos de adsorción fueron estudiados: 2, 5 y 10 minutos. Encontrando la mayor concentración de compuestos volátiles entre 5 y 10 minutos de extracción, aunque los mismos perfiles cromatográficos fueron encontrados en los tres tiempos estudiados. La desorción de los compuestos volátiles fue estudiada en tres tiempos de desorción: 2, 5 y 10 minutos a temperatura de 250 °C. No se encontró diferencias significativas en este factor. También se analizaron para estos tiempos varias cantidades de muestra, dando una mejor repuesta a una cantidad de 0.7 gramos.

Estos factores fueron estudiados en dos polímeros de SPME, el polidimetilsiloxano (PDMS) y el polidimetilsiloxano/divinilbenceno (PDMS/DVB), Obteniendo mayor concentración de los compuesto volátiles en este último. Se utilizaron dos columnas cromatográficas, la DB5, 50 m, 0.2 mm i.d; recubierta con 5% de fenildimetil polisiloxano (0.25 m, medianamente polar) y DBWax, 50 m, 0.32 mm de diámetro interno, recubierta con una película de 1 µm de polietilenglicol (polar). Se identificaron 107 compuestos volátiles incluyendo furanos, pirazinas, piridinas, cetonas, aldehidos compuestos azufrados, tiofenos, ácidos e hidrocarburos.

Palabras claves: Volátiles de café tostado y molido, SPME, CG, MS, Tiempos de Adsorción y Desorción, Espacio de Cabeza.

Abstract

The equilibrium of the time of adsorption and desorption of solid phase microextration and the amount of sample to use, they were the factors studied to choose the best conditions in the analysis of compound volatile in the toasted coffee and milled (Arabic coffea) for extraction in the static headspace (HS). Three times of adsorption they were studied: 2, 5 and 10 minutes. Finding the biggest concentration of compound volatile between 5 and 10 minutes of extraction, although the same profiles chromatographic were found in the three studied times. The desortion of the volatile compounds was studied in three times of desorption: 2, 5 and 10 minutes to temperature of 250 °C. It was not significant differences in this factor. They were also analyzed for these times several quantities of sample, giving a better one restored to a quantity of 0.7 grams. These factors were studied in two polymers of SPME, the polydimethysiloxane (PDMS) and the polydimethysiloxane divinylbencene (PDMS/ DVB), Obtaining bigger concentration of the volatile compound in this last one. Two columns cromatográficas were used, the DB-5, 50 m, 0.2 mm i.d; recovered with 5% of phenyldimethyl polysiloxane (0.25 mm, fairly polar) and DBWax, 50 m, 0.32 mm of internal diameter, recovered with a movie of 1 µm of polyetilenglicol (polar). 107 volatile compounds were identified including furans, pyrazines, pyridines, ketones, sulfurated compound aldehydes, tiophenes, acids and hydrocarbons.

Keywords: Volatile, SPME, CG, MS, Time of Adsorption, Time of Desorción, Toasted Coffee, SpaceHead.

Scientia Chromatographica 2016; 8(2)

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Ortiz A.; Riaño H., N. M. y Bravo R., I.

1. Introducción

Las técnicas más conocidas para la extracción de compuestos volátiles de una muestra son purga-ytrampa, o métodos headspace para su concentración, para semivolátiles y no volátiles se usa extracción líquido-líquido, extracción en fase sólida y extracción por fluido supercrítico. Estos métodos presentan varios inconvenientes, incluyendo alto costo y tiempos de preparación excesivos. La Micro Extracción en Fase Sólida o SPME (Solid Phase MicroExtraction), es una técnica sencilla que no requiere solventes o aparatos complicados[1]. Puede concentrar compuestos volátiles y no volátiles, en muestras líquidas o gaseosas, para análisis por Cromatografía de gases (GC), cromatografá de gases acoplada a espectrometria de masas (GC/MS), o Cromatografía líquida de alta eficiencia (HPLC)[2].

La técnica de microextracción en fase sólida (SPME), consiste en poner en contacto la muestra con una fibra de sílice fundida, recubierta con un material adsorbente; la muestra se coloca en un vial cerrado, se perfora el septum, se expone el material adsorbente a la muestra (en agitación) durante un período de tiempo que oscila entre 15 y 30 minutos, se retira el material adsorbente, se extrae la jeringa del vial, se perfora con la jeringa el inyector de un cromatógrafo gaseoso o de un GC-MS, se expone a la temperatura el material adsorbente y los analitos se desorben dentro del inyector.

La desorción es total y la fibra es re-usable, con una vida útil de más de 50 inyecciones. Si no se cuenta con un cromatógrafo de gases o un GC-MS, mediante una interfase SPME/HPLC se puede utilizar la SPME con su cromatógrafo líquido (HPLC), en este caso la desorción se produce en la válvula de inyección (tipo Rheodyne o Valco)[3,4].

El análisis directo y exacto de compuestos volátiles en el café tostado y molido por microextración en fase sólida cromatografía de gases masas (SPMECG-MS) requiere una cuidadosa estandarización de los parámetros instrumentales tales como tamaño de muestra, tiempo de adsorción y de desorción y condiciones 106

Optimización de la SPME-HS en compuestos volátiles de café

instrumentales para la separación e identificación de los compuestos volátiles[5-7].

Muy pocos investigadores han usado la SPME como extracción de compuestos volátiles, Yang y Peppard[4], utilizaron esta técnica para el análisis del flavor. Los estudios en volátiles de café y demás, se han desarrollado utilizando el espacio de cabeza estático (HS), Kallio et al.[8-10], estudiaron diferentes pares de compuestos volátiles de café tostado y molido por HS, como un indicador del tiempo de almacenado del mismo.

Shimoda y Shibamoto[11,12], identificaron 62 compuestos volátiles en el café tostado y la bebida, usando CG-MS con el espacio de cabeza como medio de concentración de estos compuestos.

Hay pocos reportes del estudio en los tiempos de adsorción y desorción de la SPME en HS para el análisis de compuestos volátiles de café tostado y molido. El objetivo de nuestra investigación fue optimizar un método basado la microextracción en fase sólida en el espacio de cabeza y cromatografía de gases masas (SPME-HS-CG-MS), aplicado para la extracción de compuestos volátiles del café tostado y molido coffea Arabiaca. Adicionalmente se propuso la identificación de los volátiles obtenidos por SPME se identificaron 107 compuestos volátiles y se agruparon por familias y fueron semicuantificados para encontrar los mejores tiempos de adsorción y desorción así como la cantidad de muestra optima, para obtener la mayor cantidad de compuestos volátiles extraídos del café tostado y molido.

2. Materiales y Métodos 2.1. Materiales

Una muestra comercial de café verde (100% café Arabica) fue tostado y molida en el panel de catación de cenicafé (Centro Nacional de Investigaciones del Café), el tamaño de partícula fue de 500 µm, obtenido en un molino PROBAT tipo KENIA calibrado para este tamaño de partícula. El grado de tostión fue medio, según las normas técnicas colombianas 2442 y 3431 respectivamente.

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2.2. Microextracción en fase sólida espacio de cabeza cromatografía de gases espectrometría de masas (SPME-HS-GC-MS)

El análisis de SPME-HS-CG fue realizado en un cromatógrafo de gases Hewlett-Packard (HP) 6890.

Las condiciones del CG/MS son flujo de 1.2 mL/min, temperatura del horno de 40 °C (2 minutos) hasta 130 °C (1 minuto) con una rata de 7 °C/min y después hasta 200 °C (3 minutos) con una rampa de 4 °C/min.

Los espectros de masas y las corrientes iónicas totales (cromatogramas reconstruidos) se registran por medio del barrido automático de radiofrecuecia (2.2 scan/s, analizador cuadrupolar) en el intervalo de masas m/z 41-350 u.m.a, la temperatura de la fuente de 230 °C, la energía de los electrones bombardeantes de 70 eV. 0.7 g de café tostado y molido fueron colocados en viales de micro-reacción de 5 mL y sellados inmediatamente con válvulas mininet y septas de teflón.

Para la captura y concentración de los volátiles de café tostado y molido, se empleó un polímero con fase adsorbente de polidimetilsiloxano (polímero rojo) específica para compuestos volátiles (supelco, 100µm film thickness non-bonded) y un polímero con fase adsorbente divenilbenceno/polidimetilsiloxano específico para compuestos volátiles de aminas, aromáticos etc. (supelco, 65µm film thickness, partially crosslinked).

2.2.1. Tiempo de adsroción

Para seleccionar el óptimo tiempo de adsorción del análisis, fueron monitoriado tres tiempos de adsorción, 2, 5 y 10 minutos; a una temperatura de 20 °C. El tiempo de equilibrio del espacio de cabeza fue de 60 minutos a la misma temperatura, de acuerdo a Sanz et al.[4].

2.2.2. Tiempo de desorción

Para seleccionar el mejor tiempo se desorción de los compuestos volátiles de cada polímero, se analizaron tres tiempos 2, 5 y 10 minutos a una temperatura de 250 °C. Estos análisis fueron hechos por triplicado.

Ortiz A.; Riaño H., N. M. y Bravo R., I.

Las muestras obtenidas de la SPME fueron inyectadas directamente en el cromatógrafo de gases equipado con una columna capilar de sílica fundida, con fase estacionaria entrecruzada, DB-5 (J&W Scientific, folson, S.A.) 50 m, 0.2 mm i.d; recubierta con 5% de fenildimetil polisiloxano (0.25 µm, medianamente polar) y DBWax (J&W Scientific, folson, S.A.) 50 m, 0.32 mm de diámetro interno, recubierta con una película de 1 µm de polietilenglicol (polar).

La temperatura del inyector fue configurada a 250 °C y se utilizo Helio como gas de arrastre a un flujo de 1.2 mL/min. La temperatura del horno fue mantenida a 40 °C (2 minutos) hasta 130 °C con una rata de 7 °C/min y después hasta 200 °C (3 minutos) con una rata 4 °C/min.

El análisis en el Espectrómetro de Gases desarrollado usando un detector selectivo de masas Hewlett-Packard modelo 5973 acoplado al cromatógrafo de gases. El espectrómetro operó en el modo de impacto electrónico a 70 eV, con un rango de scan de 41 a 350 uma. La temperatura en la fuente iónica fue de 230 °C.

2.3. Identificación de los compuestos volátiles

Los compuestos volátiles fueron identificado por comparación de sus espectros de masas con la librería Wiley 275 y Nist 98, y también fue comparados con sus índices de Kováts.

2.4. Cuantificación

El total de compuestos volátiles de cada extracción, fue definida, con los mismo parámetros de integración para cada uno de los 107 compuestos identificados. El porcentaje de área de cada compuesto fue calculado del contenido total de los compuesto volátiles separados en cada cromatograma.

2.5. Análisis estadístico

Los datos fueron analizados con un arreglo factorial de 33 (Análisis de superficie de respuesta) para

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las variables de tamaño de muestra (0.3, 0.5 y 1 g de muestra), tiempo de adsorción (2, 5 y 10 minutos) y tiempo de desorción (2, 5 y 10 minutos). y posteriormente un análisis de varianza (anova), y prueba de tukey a un nivel de significancia de p ≤ 0.05.

3. Resultados y Discusión

La muestra suministrada para esta determinación, presentaba un grado de tostión del 14% en pérdida de peso (según la Norma Técnica Colombiana 2442 de 1998), su coloración (marrón) fue de 330 a 346 según medición del colorímetro Quantik IR, la medición de este aparato se basa en la incidencia de un haz de luz con una longitud de onda de 810nm (rayo de luz monocromática) sobre una muestra molida y bajo tamiz 40; ésta muestra absorbe cierta cantidad de energía, la energía que no es absorbida es reflejada y medida por un detector, el cual expresa la medida como porcentaje de reflectancia.

Figura 1. Efecto del tiempo de adsorción del polímero azul en la columna DBWax (p = peso de la muestra, b = tiempo de desorción, área = sumatoria del área de los picos).

3.1. Determinación del tiempo de adsorción de cada polímero Las Figuras 1 y 2 presentan los resultados de superficie de respuesta del tiempo de adsorción, en función de la cantidad de muestra (p) y el tiempo de desorción (b), medido como la sumatoria del área de los picos.

En estas figuras se aprecia que a medida que aumenta el tiempo de adsorción en ambos polímeros (de 2 a 10 minutos), aumenta el área de los picos, indicando mayor retención de los volátiles. Además, el polímero azul (Figura 1), presenta mayores valores de área, para cada uno de los tiempos de adsorción estudiados, siendo evidente que este último atrapa más eficientemente los volátiles del café tostado y molido (Figuras 1 y 2).

También se puede observar que el incremento de área de los tiempos de 5 a 10 minutos no es muy significativo como sí lo es el tiempo correspondiente entre 2 a 5 minutos. Por eso se seleccionó como óptimo el tiempo de adsorción promedio entre 5 a 10 minutos que es 7 minutos.

108

Figura 2. Efecto del tiempo de adsorción del polímero rojo en la columna DBWax (p = peso de la muestra, b = tiempo de desorción, área = sumatoria del área de los picos).

De los resultados se deduce, que con el polímero azul y el tiempo de adsorción de 7 minutos, se logra la mejor eficiencia. Esto último permite garantizar que el polímero no alcance su punto de saturación, para que no ocasione una disminución en la adsorción de los volátiles de café tostado y molido

3.2. Determinación del tiempo de desorción de cada polímero Diferente a lo ocurrido en el tiempo de adsorción, la sumatoira del área de los picos correspondiente al tiempo de desorción, no presentó variación significativa al aumentar el tiempo de desorción (Figuras 3 y 4).

En general los dos polímeros presentan el mismo comportamiento, sin embargo se observa que son Scientia Chromatographica 2016; 8(2):105-114

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Ortiz A.; Riaño H., N. M. y Bravo R., I.

Figura 3. Efecto del tiempo de desorción del polímero azul en la columna DBWax. (p = peso de la muestra, a = tiempo de adsorción, área = sumatoria del área de los picos).

Figura 4. Efecto del tiempo de desorción del polímero rojo en la columna DBWax. (p = peso de la muestra, a = tiempo de adsorción, área = sumatoria del área de los picos).

mayores los valores de área de desorción a partir del polímero azul, lo cual está relacionado directamente con los resultados obtenidos para el tiempo de adsorción.

la disminución del espacio de cabeza ocasionado por el incremento en la cantidad de muestra, Por lo tanto el aspecto fundamental de la cantidad de muestra a tomar, es que ésta debe estar casi en el límite de saturación del polímero, es decir, que la respuesta se encuentre casi en el máximo de la superficie, teniendo en cuenta las otras variables.

De acuerdo con los resultados obtenidos, se estableció el tiempo de desorción de 6 minutos, (media de los tres tiempos estudiados), que es el adecuado para ser empleado en las etapas este trabajo.

3.3. Determinación de la cantidad de muestra

Tomando como punto de partida las Figuras 1-4, se puede explicar que esta variable tiene un gran efecto en la concentración de los compuestos volátiles, puesto que a medida que se aumenta la cantidad de muestra, hay una mayor respuesta de los volátiles atrapados en los polímeros, los cuales llegan a un punto de saturación. Después de este punto su comportamiento no es proporcional, y comienza una pequeña disminución de la concentración de los volátiles atrapados en los polímeros. Como se explicó anteriormente, esto se podría atribuir probablemente a

En la Figura 5, se muestra que a una cantidad de muestra de 0.7 g, se logra un máximo de trabajo del polímero. También se evidencia que a un tiempo de adsorción de 7 minutos y la cantidad de muestra de 0.7 g, se logra una buena condición de trabajo de los polímeros.

Por lo tanto las mejores condiciones de trabajo del polímero azul son: tiempo de adsorción 7 minutos, tiempo de desorción 6 minutos y cantidad de muestra 0.7 gramos, en ambas columnas. Para el polímero rojo son: tiempo de adsorción de 7 minutos tiempo de desorción de 6 minutos y cantidad de muestra de 0.8 gramos para ambas columnas

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Ortiz A.; Riaño H., N. M. y Bravo R., I.

3.4. Determinación del mejor polímero

En todos los experimentos que se llevaron a cabo, el polímero azul presentó una mejor respuesta a la captura de los volátiles del café tostado y molido, por lo tanto se puede afirmar que la combinación de las fases estacionarias del polímero azul (DVB/PDMS) es más eficaz que la fase estacionaria del polímero rojo (PDMS),

Figura 5. Efecto del tiempo de desorción de 10 min. del polímero azul en la columna DBWax. (p = peso de la muestra, a = tiempo de adsorción, área = sumatoria del área de los picos).

Optimización de la SPME-HS en compuestos volátiles de café

debido posiblemente a la gran gama de pirazinas y compuestos heterocíclicos que tiene el aroma de café.

3.5. Determinación de la mejor columna

Para determinar cuál de las dos columnas es la más adecuada para hacer el estudio, se procedió a la obtención de perfiles cromatográficos, teniendo las condiciones de absorción, desorción y la cantidad de muestra óptimas establecidas sobre el polímero azul.

En las Figuras 6 y 7 se observan los perfiles cromatográficos de los volátiles de café tostado y molido en las mismas condiciones de trabajo en las dos columnas. En ellas se observan detalles relevantes en la separación de los compuestos volátiles, como es el caso del compuesto a un tiempo de retención (tr) de 20.32 minutos en la columna DBWax (Figura 6), presentándose una resolución adecuada no solamente para este compuesto sino para los demás. Este mismo compuesto en la columna DB5 (Figura 7) presenta un tiempo de retención de 6.78 minutos sin una eficiente

Figura 6. Perfil cromatográfico de la columna DBWax y polímero azul.

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Ortiz A.; Riaño H., N. M. y Bravo R., I.

separación, con mala resolución que solapa a otros compuestos, esto se atribuye probablemente a que la fase estacionaria DB5 no es muy adecuada para este compuesto.

estático, vial de 5 mL, polímero con fase estacionaria DVB/PDMS (azul), cantidad de muestra 0.7 g de café tostado y molido, tiempo de adsorción 7 minutos, tiempo de desorción 6 minutos a 250 °C y columna DBWax de 50 m de longitud 0.32 mm de diámetro interno, recubierta con una película de 1µm de polietilenglicol (polar).

De acuerdo con los resultados presentados, las condiciones optimas en la metodología son: microextracción en fase sólida en espacio de cabeza

Figura 7. Perfil cromatográfico de la columna DB5 y polímero azul.

Tabla 1. Estudio de la reproducibilidad de los tr de algunos de los constituyentes del aroma del café tostado y molido.

Compuesto 2-furanometanol metilpirazina furfural acido acetico 5-metil-2-furfural Piridina 1-(acetiloxy)-2-propanona dihidrio 2-metil 3 furanona 2,5-dimetil pirazina 2,6-dimetil pirazina

Tiempo de retención, min. (n = 6) 1

2

3

4

5

6

tr promedio

26,133 15,986 21,140 20,284 24,258 14,083 20,747 15,881 17,383 17,517

26,134 15,987 21,142 20,285 24,259 14,084 20,748 15,882 17,385 17,518

26,134 15,987 21,141 20,285 24,259 14,091 20,748 15,882 17,384 17,518

26,132 15,985 21,140 20,283 24,257 14,089 20,746 15,880 17,390 17,516

26,132 15,985 21,139 20,282 24,257 14,089 20,746 15,886 17,389 17,515

26,135 15,988 21,142 20,285 24,260 14,092 20,749 15,882 17,385 17,518

26,133 15,986 21,141 20,284 24,258 14,088 20,747 15,882 17,386 17,517

S

CV%

0,00121 0,00121 0,00121 0,00126 0,00121 0,00369 0,00121 0,00204 0,00283 0,00126

0,0046 0,0076 0,0057 0,0062 0,0050 0,0262 0,0058 0,0129 0,0163 0,0072

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Tabla 2. Estudio de la reproducibilidad de las áreas cromatográficas.

Areas Areas Promedio Compuesto Cuentas Relativa % Cuentas Relativa % 2-furanometanol

Metilpirazina

Furfural

Ácido acético

5-metil-2-furfural

Piridina

1-(acetiloxy)2-propanona

dihidrio 2-metil 3 furanona

2,5-dimetil pirazina

2,6-dimetil pirazina

112

208761331 233103516 232943630 245508247 227183572 236710168 180628454 184711028 184949340 177771989 178161146 176463023 165891012 175731457 175084401 169856386 167288583 169870681 142764597 155023303 159148223 152896677 161991790 159707021 106393554 115039853 114160662 116835856 108597529 119016506 84007914 84326520 82668091 80401402 77862006 77714226 83747291 85531927 85741878 84303027 81359344 82094510 79132896 84857902 85155600 80980171 82530923 82715997 75718671 79988873 79309838 79372589 75448145 78181392 75157800 79987975 79665248 79287492 75493128 77570253

9,9530 10,552 10,470 11,214 10,572 10,865 8,612 8,361 8,313 8,120 8,291 8,099 7,909 7,955 7,87 7,758 7,785 7,797 6,807 7,017 7,153 6,984 7,539 7,330 5,073 5,207 5,131 5,336 5,054 5,463 4,005 3,817 3,716 3,672 3,623 3,567 3,993 3,872 3,854 3,851 3,786 3,768 3,773 3,841 3,828 3,699 3,841 3,797 3,610 3,621 3,565 3,625 3,511 3,588 3,583 3,621 3,581 3,621 3,513 3,560

Cuentas

S

Relativa %

CV% Cuentas Relativa %

230701744,0

10,604

12327915,5

0,421

5,34

3,97

180447496,7

8,299

3653458,9

0,187

2,02

2,25

170620420,0

7,846

4016568,7

0,078

2,35

0,99

155255268,5

7,138

6956831,9

0,263

4,48

3,68

113340660,0

5,211

4873414,7

0,161

4,30

3,09

81163359,8

3,733

2957611,5

0,158

3,64

4,23

83796329,5

3,854

1782789,5

0,080

2,13

2,07

82562248,2

3,797

2292751,4

0,055

2,78

1,44

78003251,3

3,587

1964920,2

0,043

2,52

1,21

77860316,0

3,580

2136017,4

0,041

2,74

1,14

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3.6. Estudio de la reproducibilidad de los tiempos de retención (tr) y las áreas de los picos cromatográficos

Las Tablas 1 y 2 presentan los valores de tr, tr promedio, área, área promedio, desviaciones estándar (s) y coeficiente de variación (CV, %) de varios compuestos volátiles provenientes de la muestra de café tostado y molido, corrida en 6 ocasiones.

En la Tabla 1 se observa que los coeficientes de variación para el tiempo de retención (tr) son inferiores a 0.026%, el máximo permitido por GLP (good laboratory practice) para la inyección manual es del 2%, lo cual significa que hay un alta grado de repetitividad en los resultados cromatográficos.

En la Tabla 2 se describen los resultados obtenidos para la integración de las áreas cromatográficas. Como se puede observar, el CV es para todos los casos, inferior a 5%, lo que indica una alta reproducibilidad en las inyecciones, puesto que según las normas GLP los CV para áreas en CG no deben superar el 5%.

Las bajas desviaciones y coeficientes de variación, permiten concluir que el método estandarizado logra obtener resultados confiables, garantizando que

Ortiz A.; Riaño H., N. M. y Bravo R., I.

las diferencias obtenidas en el experimento, se deben a efecto de los tratamientos de las muestras y no de la metodología cromatográfica utilizada.

4. Conclusiones

Se logró estandarizar las condiciones óptimas de la técnica GC/MS para la microextracción en fase sólida de los volátiles de café tostado y molido, así como para su separación, identificación y cuantificación.

Los dos polímeros utilizados polidimetilsiloxano (polímero rojo) y divinilbenceno/polidimetilsiloxano (polímero azul), son apropiados para la extracción de los volátiles del café tostado y molido, pero el polímero azul presenta una mayor concentración de los compuestos extraídos.

Las dos columas utilizadas DB5 (semipolar) y DBWax (polar), son apropiadas para la separación de los compuestos volátiles. Sin embargo se seleccionó la columna DBWax porque presenta mejor resolución cromatografica con ambos polímeros, el rojo y azul.

Con la técnica utilizada se identificaron y cuantificaron 107 compuestos de café tostado y molido.

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Optimización de la SPME-HS en compuestos volátiles de café

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114

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Scientia Chromatographica 2016; 8(2):115-120 Instituto Internacional de Cromatografia http://dx.doi.org/10.4322/sc.2016.022 ISSN 1984-4433

PREPARO DE AMOSTRAS

Implementación de una extracción dinámica con disolvente asistida por sonicación (DSASE) en matrices de hoja de Erythroxylum coca para el posterior análisis de cocaína por cromatografía de gases con detector de ionización de llama (CG–FID) Implementation of a dynamic extraction solvent assisted by sonication (DSASE) matrices Erythroxylum coca leaf for subsequent analysis of cocaine by gas chromatography with flame ionization detector (GC-FID) Ángela M. López1* Eliana Alvarez1 Carolina Cortés1 Milton Rosero-Moreano1 Gonzalo Taborda1 William Garzón2 Hernando Bernal3 Leonardo Correa3 Universidad de Caldas, Departamento de Química, Grupo de Cromatografía y Técnicas Afines GICTA. Manizales, Caldas, Colombia.

2 Fiscalia General de la Nación – Bogotá.

Bogotá, Colombia.

3 ONUDC- Oficina de la Naciones Unidas contra el Crimen y la Droga.

Bogotá, Colombia. *angela.lopez@ucaldas.edu.co 1

Recebido: 25-05-2016 Aceito: 28-06-2016

Scientia Chromatographica 2016; 8(2)

Resumen

Se implementó la técnica de preparación de muestras llamada extracción dinámica con disolvente asistida por sonicación (DSASE) que utiliza ondas sonoras aumentando la eficiencia de extracción de cocaína en hojas de Erythroxylum coca, evaluando diferentes disolventes y tiempo de extracción; para un posterior análisis por cromatografía de gases con detector de ionización de llama (GC-FID).

Los resultados evidencian que las condiciones para la obtención del alcaloide son metanol:diclorometano (20:80 v/v) con 25 min de extracción a 50ºC y 50 Hz; DSASE fue acoplada a la extracción en fase solida (SPE) con condiciones de 1 mL de etanol, 2 mL de muestra, 1 mL de hexano y 1 mL de metanol:acetonitrilo (20:80 v/v) para el acondicionamiento, carga, lavado y elución respectivamente.

Palabras claves: Cocaína, cromatografía de gases con detector de ionización de llama (CG – FID), extracción dinámica con disolvente asistida por ultrasonido (DSASE), Erythroxylum coca.

Abstract

The sample preparation technique called dynamic-assisted solvent extraction by sonication (DSASE) that uses sound waves to increase the efficiency of extraction of cocaine Erythroxylum coca leaves was implemented, evaluating different solvents and extraction time; for subsequent analysis by gas chromatography with flame ionization detector (GC-FID). The results show that the conditions for obtaining alkaloid are methanol: dichloromethane (20:80 v/v) with 25 min extraction at 50 ° C and 50 Hz; DSASE was coupled to the solid phase extraction (SPE) with conditions 1 mL of ethanol, 2 mL of sample, 1 mL of hexane and 1 mL of methanol: acetonitrile (20:80 v/v) for conditioning, loading, washing and elution respectively.

Keywords: Cocaine, gas chromatography with flame ionization detector (GC - FID), dynamic extraction solvent assisted by ultrasound (DSASE), Erythroxylum coca.

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López AM et al.

Implementación de una extracción dinámica con disolvente asistida por sonicación (DSASE)

1. Introducción

La benzoilmetilencgonina (cocaína) (Figura 1) es un alcaloide que genera adicción ya que afecta directamente el sistema nervioso; en el año 1859 el químico Alemán Albert Niemann realizó la extracción de esta a partir de las hojas de Erythroxylum coca (Figura 2). Dada la diversidad en variedades de la planta se han utilizado y desarrollado diferentes metodologías de extracción, que consisten en extracciones acido-base y solido-liquido, sin embargo estas no son eficientes.

La etapa más crítica del proceso analítico es la preparación de la muestra; donde se busca la transformación de la matriz en la forma adecuada para su posterior análisis; últimamente se ha favorecido el desarrollo de los sistemas miniaturizados.

Figura 1. Estructura molecular del analito en estudio.

Benzoilmetilecgonina (cocaína).

Los estudios que se han realizado hablan de la optimización de este proceso donde se establecen como variables críticas del estudio presión, temperatura, tiempo de extracción y tipo de solvente. Se ha realizado una aproximación del contenido de cocaína (0,5% 0,8%) y la benzoilecgonina (0,012%) en hojas por medio de electroforesis capilar con detección UV (CE-UV)[1].

Una de las técnicas innovadoras que hace parte de estos procesos de miniaturización se denomina extracción dinámica con disolvente asistida por ultrasonido (DSASE)[2], la cual se ha desarrollado para la obtención de sustancias presentes en matrices vegetales aumentando el rendimiento de extracción, y mejorando la calidad de los extractos. En principio esta técnica consiste en la implementación de una frecuencia (ondas de sonido), siendo vibraciones mecánicas que se utilizan para arrastrar los diferentes componentes de interés de la matriz de pendiendo de la frecuencia que se utilice.

En este trabajo, se implemento la técnica de DSASE y diferentes tipos de solventes para realizar una extracción más eficiente y un posterior estudio de diferentes variedades para la cuantificación de Benzoilmetilecgonina[3] en Erythroxylum coca por cromatografía de gases acoplado con detector de ionización de llama (CG–FID).

2. Experimental 2.1. Reactivos

El patrón certificado utilizado fue cocaíne – HCl (Methyl 3-benzoyloxy-8-methyl-8-azabicyclo [3.2.1] octane-2-carboxylate. Hydrochloride, 98,5%) adquirido de lipomed. Gases especiales para cromatografía se obtuvieron de Cryogas S.A. (99,995-99,999%, Risaralda, Colombia). Todos los solventes (metanol, etanol, diclorometano y tolueno) fueron grado cromatográfico de Macron Chemicals, USA.

2.2. Material vegetal Figura 2. Erythroxylum coca; Museo Nacional de Historia Natural, Paris.

116

La variedad de hojas de Erythroxylum coca (Figura 3) se obtuvo de plantas frescas, recolectadas Scientia Chromatographica 2016; 8(2):115-120

Implementación de una extracción dinámica con disolvente asistida por sonicación (DSASE)

López AM et al.

Esta técnica fue acoplada a una extracción en fase solida (SPE) (Figura 5), bajo condiciones de 1 mL de etanol, 2 mL de muestra, 1 mL de hexano y 1 mL de metanol:acetonitrilo (20:80 v/v) para el acondicionamiento, carga, lavado y elución respectivamente de la técnica con la finalidad de realizar la limpieza y preconcentración con corriente de N2.

Figura 3. Muestras a analizar. Hoja de Erythroxylum Coca.

por la Escuela Nacional De Operaciones De La Policía Nacional “Brigadier General Jaime Ramírez Gómez”, quienes poseen la clasificación taxonómica de la planta.

2.3. Metodología: Preparación de muestra

La muestra se sometió a un calentamiento de 40°C durante 12 horas y posteriormente fueron molidas hasta homogeneizarlas, se realizó una extracción por medio de una celda de acero inoxidable con una capacidad de 3 mL y doble compartimiento; donde el primero contiene la muestra y el segundo sirve de protección (Figura 4).

Figura 5. Montaje de preparación de muestras. Arriba: DSASE; Abajo: SPE.

2.4. Análisis cromatográfico

Figura 4. Celda de extracción. Capacidad de 3 mL.

DSASE: Las condiciones utilizadas fueron: peso de muestra 0,1g, flujo de 0,2 mL/min, para un volumen de 5 mL con tiempo de 25 min para la obtención de extracto, la temperatura del baño de 50 ºC y una frecuencia de 50 Hz.

Para el proceso de cuantificación se utilizó como estándar interno tetracosano (C24), la solución fue filtrada con una membrana de PVDF (Polifluoruro de vinilideno) de 0,45 micras y de la solución obtenida se inyecto 1 µL de muestra en un equipo Thermo Scientific Trace 1310 para el análisis por CG/FID. Los extractos fueron inyectados automáticamente con una relación de Split de 1:5. La separación cromatográfica se realizó en una columna capilar DB-1 (30m x 0,25 mm x 0,25 µm) y como gas de arrastre y auxiliar Nitrógeno a una velocidad de flujo constante de 1,4 mL/min; con una temperatura en el puerto de inyección de 280°C y una temperatura en el detector de 280°C. Inicialmente la temperatura de

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Implementación de una extracción dinámica con disolvente asistida por sonicación (DSASE)

la columna fue de 180°C y se mantuvo por tres minutos, luego incremento hasta 280°C durante 25 min a una velocidad de 10°C/min para un tiempo total de corrida de 38 min.

3. Resultados y Discusión Para este estudio se realizó una metodología secuencial la cual muestra los pasos que se desarrollaron en el proceso de miniaturización; con factores[3] que se

referencian como críticos para este tipo de extracción, como el peso de la muestra y el flujo de extracción y tipo de solvente de extracción.

Con el fin de implementar la técnica de miniaturización de muestras se estudió una muestra de hoja de coca, analizada por el método propuesto anteriormente. Con un tiempo de retención para el C24 entre 13,5±0,25 min con una concentración de 100 mg L-1; y para el estándar de cocaína 11,5±0,25 min.

Figura 6. Extracción con EtOH por DSASE. De cinco fracciones.

Figura 7. Extracción con MetOH:CH2Cl2 (20:80) por DSASE. De cinco fracciones.

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Implementación de una extracción dinámica con disolvente asistida por sonicación (DSASE)

Se realizó un estudio de solventes que consistió en MetOH:CH2Cl2 (20:80 v/v), EtOH, MetOH y Tolueno. Los solventes más eficientes de extracción fueron EtOH (Figura 6) y MetOH:CH2Cl2 (20:80 v/v) (Figura 7). Se evaluaron 5 fracciones de 1,5 mL cada uno, donde se encontró que el volumen adecuado es de 5 mL. En el análisis comparativo se realizó por triplicado (Gráfica 1 y Figura 8) entre DSASE y la extracción

López AM et al.

solido-liquido (ESL) convencional con condiciones de 500 mg de muestra y 5mL de etanol durante 1 hora; demostró que es más eficiente la técnica de DSASE; ya que aumento la señal del analito en un 39% y se obtuvo una cuantificación del alacaloide en 81,085 mgL-1 – ESL y 121,272 mgL-1 DSASE las diferencias en las desviación estándar relativas (%RSD) son: ESL 32,478% RSD y para DSASE un 16,345% RSD (Figura 9).

Gráfica 1. Evaluación de tipo de solvente para la técnica DSASE.

Figura 8. Análisis comparativo. ESL -Vs- DSASE. Scientia Chromatographica 2016; 8(2):115-120 119

López AM et al.

Implementación de una extracción dinámica con disolvente asistida por sonicación (DSASE)

Figura 9. Lectura de la. ESL -Vs- DSASE de la hoja de Erythroxylum coca.

4. Conclusión

La extracción dinámica con disolvente asistida por ultrasonido es una técnica innovadora donde el tiempo de extracción que se ha reportado[3] para esta matriz fue optimizado de 60 min a 25 min, de igual forma que los parámetros críticos para esta extracción; dando así ventajas como una disminución en la cantidad del solvente de extracción, y de cantidad de muestra.

El resultado de esta tipo de preparación de muestra es la obtención de un extracto altamente concentrado por medio de un proceso exhaustivo de extracción, limpieza y concentración.

El extractante que mejor desempeño presento para la obtención de benzoilmetilecgonina (Cocaína) fue MetOH:CH2Cl2 (20:80 v/v).

Agradecimientos

A la Fiscalía General de la Nación y a La Oficina de las Naciones Unidas contra la Droga y el Delito (UNODC), Vicerrectoría de investigaciones y posgrados, por el apoyo y financiación brindados al proyecto y a La Escuela Nacional De Operaciones De La Policía Nacional “Brigadier General Jaime Ramírez Gómez” por el suministro de las muestras.

Referencias

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Scientia Chromatographica 2016; 8(2):121-127 Instituto Internacional de Cromatografia http://dx.doi.org/10.4322/sc.2016.023 ISSN 1984-4433

PREPARO DE AMOSTRAS

Determinación de compuestos fenólicos mediante microextracción con solvent bar usando HPLC-UV en muestras de aguas residuales contaminadas con vinazas Wilson Alejandro Largo Taborda Milton Hernando Rosero Moreano* Grupo de Investigación en Cromatografía y Técnicas Afines GICTA, Departamento de Química, Facultad de Ciencias Exactas y Naturales, Universidad de Caldas, Calle 65 Nº. 26-10, Manizales, Colombia. A.A. 170004 *milton.rosero@ucaldas.edu.co Recebido: 25-05-2016 Aceito: 07-08-2016

Scientia Chromatographica 2016; 8(2)

Resumen

El propósito de este estudio fue desarrollar un método nuevo de microextracción en fase líquida usando una membrana hueca funcionalizada como barra de solvente o “solvent bar” (HF-SBME) para la determinación de compuestos fenólicos utilizando cromatografía líquida de alta eficiencia con detector de ultravioleta (HPLC-UV) en aguas residuales contaminadas por vinazas de la zona industrial en la ciudad de Manizales-Caldas. Las descargas de vinazas a las fuentes superficiales por destilerías (fábricas de licores anisados) representan un aumento de la materia orgánica y de compuestos específicos como los fenoles. En este estudio fueron cuantificadas concentraciones de Carbón Orgánico Total en un rango de 28.3 – 63.1 µg mL-1, muy por encima de la norma colombiana de vertimientos (5 µg mL-1) y se identificaron 4 compuestos fenólicos: ácido maléico, hidroquinona, pirocatecol y fenol. Las condiciones óptimas de microextracción con membrana hueca fueron: 30 min, 30 °C, 700 rpm, solvente 1-octanol, y 5% de NaCl y un factor de enriquecimiento de 167. El método desarrollado ha resultado apropiado para la identificación de los compuestos diana y su relación con la concentración de COT es directa y corresponde al aporte industrial de la zona.

Palabras clave: solvent bar, vinazas, compuestos fenólicos, COT, HPLC-UV, materia orgánica, destilería.

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Largo-Taborda Wilson y Rosero-Moreano Milton

Determinación de compuestos fenólicos por HPLC-UV usando la microextracción “solvent bar”

1. Introducción

Las aguas residuales generadas a partir de destilerías (fábricas de licores) y productoras de etanol combustible, contienen altos niveles de carga orgánica y compuestos fenólicos según se advierte en una caracterización descrita por Vlyssides et al.[1,2]. Los volúmenes de las descargas de vinazas sobre las corrientes superficiales de las productoras de bioetanol ha venido en aumento por la necesidad manifiesta de encontrar un sustituto al petróleo y que las regulaciones hoy obligan a la mezcla de este biocombustible con gasolina[1,3]. Se ha reconocido una clara relación entre la disminución de la biodegradabilidad y la presencia de compuestos fenólicos[2] por efectos de la toxicidad probada que este tipo de moléculas o sus subproductos de oxidación incorporadas imprime a este tipo de aguas receptoras[4].

Como consecuencia de esto la determinación de compuestos fenólicos y materia orgánica en el área de influencia de este tipo de industrias resulta importante para establecer el efecto de las descargas industriales.

Los métodos de extracción de estos compuestos a partir de matrices acuosas han sido tradicionalmente SPME, SPE, SBSE, ELL[5]. La microextracción en fase líquida LPME surge como alternativa utilizando microcantidades de solvente orgánico que se confinan en los poros y lumen de una membrana hueca[4-11] en sus modos: dos fases (Figura 1) y tres fases (Figura 2), favoreciendo aún más el coeficiente de reparto y con ello mejorando las recuperaciones y el factor de enriquecimiento. Nuestro grupo en 2014 consiguió funcionalizar la HF-LPME como barra de agitación[12,13] incorporándole un pin metálico en el lumen de la membrana hueca, aumentándole ventajas al dispositivo y a la técnica por cuanto la agitación facilita la difusión de los compuestos diana hacia la fase receptora por cuenta de la disminución de la capa de difusión de Nernst, a este desarrollo se le acuño el nombre de solvent bar microextracción SBME o barra de disolvente.

El propósito central de este trabajo es el desarrollo de un método analítico para la determinación de 122

Figura 1. HF-LFME en dos fases.

Figura 2. HF-LFME en tres fases.

compuestos fenólicos por HPLC-UV y carbón orgánico total por Análizador de Combustión, en corrientes superficiales impactadas por aguas residuales (vinazas) de una destilería de la zona industrial de Manizales.

Usando como método de preparación de muestras la SBME, trabajo que incluye la optimización de la extracción[12,14] y lectura de muestras reales Scientia Chromatographica 2016; 8(2):121-127

Determinación de compuestos fenólicos por HPLC-UV usando la microextracción “solvent bar”

Largo-Taborda Wilson y Rosero-Moreano Milton

2. Procedimiento experimental

(UV). Se utilizó una columna Pinacle II C-18 (100mm × 2,1mm).

Se cuenta con 4 soluciones estándar de fenol, hidroquinona, pirocatecol y ácido maleico (Figura 3) adquiridos a Sigma Aldrich (Importados a Colombia por Outsourcing Ltda), cada uno de ellos con una concentración de 100 mgL- 1 en 100 mL de agua ultrapura tipo I (sistema MilliQ).

ID 5,0µm tamaño de partícula); para la fase móvil se usó una mezcla de agua: ácido fórmico 0,01 % (disolvente A) y metanol (disolvente B). Se llevó a cabo el análisis con un método de gradiente usando una velocidad de flujo de 0,5 mL min-1, el tiempo de análisis fue de 30 minutos con una longitud de onda de 264 nm, como se muestra en la Tabla 1.

2.1. Reactivos y Soluciones estándar

2.2. Muestras

Se eligieron tres muestras para el estudio: la primera antes de la descarga (afluente), otra después de la descarga (efluente) y otra en un río cercano lejos de la influencia de la factoría (500 m aguas abajo), todas las muestras se tomaron según las especificaciones del Standar Methods de la AWWA WPFC[15].

2.3. Condiciones Carbono Orgánico Total - COT

Para el análisis de carbono orgánico total se utilizó un equipo TELEDYNE Tekmark calibrado con estándar de ftalato ácido de potasio (C8H5KO4) (la curva de calibración se hace con base a la cantidad estequiométrica de carbono en el ftalato C8H5KO4), la temperatura del horno 680°C con un detector de infrarrojo no dispersivo NDIR.

2.4. Condiciones cromatográficas en HPLC-UV

Para el análisis cromatográfico se usó un equipo HPLC Thermo U- Dionex con un detector ultravioleta

2.5. Especificaciones de la membrana hueca El material con el cual está fabricada la membrana hueca es polipropileno. La membrana se acondiciona previamente con acetona y en un baño de ultrasonidos durante 1 o 2 minutos. Posterior a esto se deja secar a temperatura ambiente. La longitud de la membrana fue Tabla 1. Gradiente de concentraciones para el análisis de fenoles en aguas residuales.

Tiempo (min)

Concentración B (Gradiente)

0,01 7 10 20 22 29 30

0,00 2,00 10,00 40,00 40,00 2,00 Stop

Figura 3. Estructura molecular de los fenoles usados para la identificación en las muestras de aguas residuales. A. Fenol, B. Ácido Maleico, C. Pirocatecol y D. Hidroquinona.

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Determinación de compuestos fenólicos por HPLC-UV usando la microextracción “solvent bar”

25 mm, el espesor de película de 300 μm, con un tamaño de poro de 0,2 micras y un diámetro interno de 1,2 mm.

La superficie específica fue de 17,3 m2g-1. La referencia de marca era Accurel® PP 300/1200 adquirido de Polypore GmbH Cia, Wupertal-Alemania.

2.6. Procedimiento de la microextracción

Se llevó a cabo una microextracción en fase líquida con barra de solvente con membrana hueca

(HF-SBME). Para dicho procedimiento se usó 25 mm de membrana hueca en la que se incorpora un pin metálico que funcionaliza la membrana como agitador en la solución (Figura 4). La membrana es preparada con 1-octanol el cual se adiciona dentro de lumen (espacio hueco) de esta (30 µL) y luego la membrana es impermeabilizada con el mismo solvente el cual ayuda a sellar los poros con el fin de mejorar la transferencia de analito dentro de la membrana (modo de dos fases). La membrana es sellada en ambos lados lo cual permite que la transferencia se dé solo por medio de los poros de la membrana y posterior Tabla 2. Resultados COT en muestras.

Muestra Afluente Efluente Fuera del vertimiento

Absorbancia relativa

Concentración de la muestra [mg L-1]

49,54 105,92

28,26 63,07

16,8

8,06

Figura 4. Montaje microextracción: 1. Termómetro; 2. Membrana Hueca, 3. Calefacción y placa de agitación, 4. Muestra de trabajo y 5. Pin Metálico.

Figura 5. Curva de Calibración del COT. 124

Figura 6. Sistema de Microextracción HF-SBME. Scientia Chromatographica 2016; 8(2):121-127

Determinación de compuestos fenólicos por HPLC-UV usando la microextracción “solvent bar”

a esto la membrana es introducida en el vial (5 mL) que contiene la muestra de agua para la extracción de los analitos de interés (no es necesario filtrar la matriz ya que la membrana facilita dicho proceso).

Para la microextracción con membrana hueca como barra de solvente (HF-SBME) se tienen en cuenta los siguientes parámetros: agitación durante 30 min, se adiciona 5% de NaCl y con una agitación de 700 rpm a temperatura ambiente. Después de 30 min se extrae de la membrana el solvente (1–octanol) y se dispone en un vial para su posterior análisis por HPLC-UV.[16]

Largo-Taborda Wilson y Rosero-Moreano Milton

3. Resultados y discusión 3.1. Carbono Orgánico Total (COT) 3.1.1. Estándares

Para el análisis de carbono orgánico total, se preparó una concentración inicial de 1000 mg L-1 del estándar ftalato ácido de potasio (C8H5KO4) para construir la curva de calibración. La calibración se realiza con el sistema auto-dilución a partir de una solución diluida de trabajo del estándar de 100 mg L-1 (función especial con la que cuenta el equipo para

Figura 7. Cromatograma de la mezcla estándar de compuestos fenólicos y muestra después de descarga de vinazas a fuente superficial.

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Determinación de compuestos fenólicos por HPLC-UV usando la microextracción “solvent bar”

asegurar una buena linealidad y buenos resultados a la hora de comparar los resultados con muestras reales en el análisis).

La Figura 5 nos muestra los resultados obtenidos para la curva de calibración, donde se aprecian las concentraciones utilizadas y la absorbancia relativa como respuesta del equipo.

3.2. Muestras Las determinaciones de COT en las tres muestras del estudio reflejan que la carga de la materia orgánica en el río seleccionado se ve afectada por los vertidos industriales que llevan a cabo dentro de su cauce (Tabla 2).

Al comparar la cantidad de materia orgánica se puede constatar una concentración de 28,26 mg L-1 y al medir este parámetro en la fuente de agua después de pasar la zona industrial se tiene una concentración de 63,07 mg L-1; pero al realizar el contraste con una muestra que está fuera del trayecto de las zonas industriales (500 m aguas abajo) se obtiene una concentración de 8,06 mg L-1; mostrando que el río ha recuperado su capacidad mediante autodilución a pesar de la alta carga recibida por la actividad industrial en ese sector. Se puede entonces verificar que las zonas industriales si están generando con sus vertimientos un impacto de manera negativa dentro de los afluente de agua que se encuentran aledaños.

3.3. Determinación de fenoles Para la determinación de fenoles en el proceso de las aguas residuales se realiza la microextracción en fase líquida con membrana hueca como barra de solvente (HF-SBME). Las condiciones para la microextracción fueron: 30 min de tiempo de extracción, la temperatura de extracción: 30 °C, velocidad de agitación: 700 rpm, disolvente: 1-octanol y 5% adición de sal (Figura 6). El análisis cromatográfico se realizó por HPLC-UV. 126

La Figura 7 muestra el resultado del análisis cromatográfico de los extractos microextraídos a las condiciones óptimas de una mezcla de los estándares de compuestos fenólicos y una muestra a la salida de la descarga (efluente), exhibiendo algunos de los fenoles obtenidos en el análisis realizado por HPLC-UV.

4. Conclusiones

Basado en los resultados se puede verificar que la carga de la materia orgánica en el río seleccionado se ve afectada por los vertidos industriales que se llevan a cabo en el cauce del río. Estos resultados dan una evidencia como el vertimiento no solo de vinazas sino además de otros residuos que también son vertidos en el afluente afectando así sus propiedades fisicoquímicas generando un impacto negativo para el ambiente.

Teniendo en cuenta los resultados, se puede concluir que la técnica de microextracción con membrana hueca como barra de solvente (HF-SBME) es un método potencial que permite un fácil tratamiento de la muestra de una manera más respetuosa con el ambiente ya que se disminuye la cantidad de disolvente orgánico; la extracción, la limpieza y la concentración se lleva a cabo en un solo paso, asimismo se puede verificar que los tiempos de extracción son cortos y permite una manipulación de la muestra más sencilla comparada con otras técnicas.

De acuerdo con los resultados obtenidos se puede concluir que la técnica de microextracción ha logrado convertirse en una técnica ampliamente utilizada por su versatilidad cuando se trata del análisis de diferentes matrices acuosas.

Agradecimientos

Largo W. agradece el apoyo brindado por la Vicerrectoría de Investigaciones y Postgrados de la Unicaldas y a Colciencias a través de la beca de Joven Investigador convocatoria 2014.

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Determinación de compuestos fenólicos por HPLC-UV usando la microextracción “solvent bar”

Largo-Taborda Wilson y Rosero-Moreano Milton

Referencias

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CLASSIFICAÇÃO

Scientia Chromatographica 2015; 7(3)

Scientia Chromatographica 2016; 8(2):129-136 Instituto Internacional de Cromatografia http://dx.doi.org/10.4322/sc.2016.024 ISSN 1984-4433

PREPARO DE AMOSTRAS

Arcillas naturales funcionalizadas con líquidos iónicos para microextracción de Ocratoxina A por membrana hueca empacada Functionalized natural clays with ionic liquids for ochratoxin A microextraction using packed hollow fiber Mónica Obando1* Viviana Cardenas1 Diego Montaño2 Herley Casanova2a Luis F. Giraldo2b Wilson Cardona2c Milton Rosero-Moreano1 Grupo de Investigación en Cromatografía y Técnicas Afines GICTA, Departamento de Química, Facultad de Ciencias Exactas y Naturales, Universidad de Caldas, Calle 65 Nº. 26-10, Manizales, Colombia. P.O. 170004 2 Instituto de Química, Universidad de Antioquia, aGrupo de Coloides, b Grupo Ciencia de Materiales, c Química de Plantas Colombianas *monica.obando@ucaldas.edu.co Recebido: 25-05-2016 Aceito: 16-09-2016 1

Scientia Chromatographica 2016; 8(2)

Resumen

El uso de las arcillas naturales provenientes de minas colombianas en la extracción de analitos para análisis cromátograficos ha abierto una gran ventana en la investigación de las potencialidades que tienen estas en campos diferentes a los que se ya se han estudiado, debido a su excelente capacidad de intercambio catiónico y sus grandes propiedades fisicoquímicas. En este artículo se estudia la aplicación de las arcillas naturales tipo montmorillonitas sódicas (MMT-Na) intercaladas con líquidos iónicos de diferente longitud de cadena carbonada, demostrándose que los materiales que se usaron se modificaron de manera exitosa, aspecto que se ha comprobado por medio de la caracterización del material a través de rayos X (DRX), infrarrojo con transformada de fourier (FTIR), microscopia electrónica de barrido (SEM) y análisis termogravimétrico (TGA). Para el proceso de extracción fue elegida, la MMT-Na intercalada con el líquido iónico hexadecil metil imidazol bromuro [HexadMIM][Br], ya que en estudios anteriores de caracterización mostró una mejor intercalación. Esta fue puesta a prueba en la extracción de ocratoxina A por medio de la técnica desarrollada en la Universidad de Caldas, membrana hueca empacada, dando resultados prometedores para próximas investigaciones en el desarrollo de nuevas técnicas de extracción con materiales no convencionales.

Palabras clave: Montmorillonita-Na, líquidos iónicos, membrana hueca empacada, microextracción.

Abstract

The use of natural clays from colombian mines in the analytes extraction for chromatographic analysis has opened a big window in the research of potentialities that those have in an other fields that yet has been studied, due to their excellent capacity of cationic exchange and their large physicochemical properties. In this paper has been studied the natural clays (sodium montmorillonite type MMT-Na) application intercalated by ionic liquids with different long carbon chain, showing that the new materials has been succesfully modified, this issue was corroborated by material charaterization through x-ray difraction (XRD), fourier transformed infrared (FTIR) spectroscopy, scanning electronic microscopy (SEM) and termogravimetric analysis (TGA). From other our studies with non-polar molecules for extraction process was delivered the intercalated clay MMT-Na by hexadecyl methyl imidazolium bromide ionic liquid [HexadMIM][Br] cause showed a better intercalation. This material has been put to the proof for ochratoxin A extraction through packed hollow fiber membrane developed by our group, given promisourious results to the future researchs in the development of new extraction techniques field by using new sorbent material.

Keywords: Sodium-montmorillonite, ionic liquids, packed hollow fiber, microextraction.

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Obando M et al.

Arcillas naturales funcionalizadas con líquidos iónicos para microextracción de Ocratoxina A

1. Introducción

Para la determinación de la ocratoxina A en diferentes matrices se han utilizado variadas técnicas de extracción las cuales han permitido analizar estos compuestos[1-3], sin embargo, en este trabajo se estudió una nueva técnica de extracción desarrollada en la Universidad de Caldas. A partir de una fase no comercial modificada, partiendo de materias primas naturales como lo son las arcillas de tipo montmorillonita, que son extraídas de minas colombianas específicamente del Valle del Cauca.

Las arcillas tipo montmorillonita (MMT) son materiales laminares denominados filosilicatos que pertenecen a la familia de las esmectitas debido a su composición principalmente de silicio y oxígeno.

Estas arcillas están formadas por estructuras laminares de silicatos con dos hojas de tetraedros conteniendo una octaedral (TOT)[4], son abundantes en yacimientos naturales y poseen gran importancia en la industria cerámica, de pintura y de la construcción[5].

Adicionalmente nuevas aplicaciones están siendo exploradas para este material[6-8]. En el área de la química analítica, este material ha sido usado como adsorbente en la técnica de microextracción por membrana hueca empacada.

Estos materiales poseen en su interlámina octaedral cationes metálicos que compensan la carga parcialmente negativa de los grupos silicato. Estos cationes pueden ser intercambiados por otros cationes como los líquidos iónicos[9] debido a la capacidad de las arcillas de intercambio iónico y de esta manera funcionalizar dicho material para la extracción de micotoxinas como la ocratoxina A (OTA) y su posterior análisis por HPLC con detector de fluorescencia. Dicho material presenta características que lo hacen muy atractivo debido a su bajo costo y bajo impacto ambiental convirtiéndose en un ecosorbente de características muy particulares.

La ocratoxina A (OTA) es una micotoxina presente principalmente en los hongos Aspergillus 130

y Penicillium, es de gran toxicidad para el cuerpo humano, especialmente en estudios con ratas en los que se ha encontrado que tiene un gran efecto dañino en los riñones; estas micotoxinas pueden atravesar la barrera placental afectando al feto y produciendo malformaciones congénitas irreparables[10].

Este tipo de toxinas se encuentran en alimentos que habitualmente se consumen en los hogares, de ahí la importancia de encontrar técnicas, que permitan tener forma de controlar la cantidad que se consume a diario en los alimentos; estas toxinas principalmente se encuentran en la cerveza, cereales, vinos y el café[10].

Químicamente la ocratoxina A es un ácido débil con un pKa cercano a los 4,4 y tiene una masa molar de 403,8 g/mol, es térmicamente estable, en algunos casos alcanza a soportar las temperaturas de esterilización; en la Figura 1 se muestra la formula estructural plana de la micotoxina con sus principales grupos funcionales quienes hacen que tenga estas características tan particulares.

Para el análisis de este compuesto se utilizó como soporte una membrana hueca normalmente usada para realizar microextracción en fase líquida[11], soportando dentro de la membrana un solvente extractor.

La microextracción con membrana hueca fue desarrollada por Pedersen-Bjergaard y Rasmussen en el año de 1999, a esta técnica la denominaron microextracción en fase líquida asistida por membrana (HF-LPME), dicha fibra es elaborada a base de polipropileno, hidrofóbica y porosa, en los poros se

Figura 1. Estructura de la Ocratoxina A (OTA).

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puede inmovilizar un disolvente orgánico que facilita el paso del analito a través de la membrana y su posterior concentración, pero también se puede confinar el agente extractante, dentro del lumen (espacio hueco) de la membrana[12].

(adsorbente) se funcionalizó la membrana como agitador introduciendo en su interior (lumen) un pin metálico como lo reportan nuestros trabajos previos[13,14].

En la Figura 2 se ve detalladamente por medio de una imagen de SEM (microscopia electrónica de barrido) el diámetro interno de la membrana y la forma de los poros. El desarrollo que se presenta en este trabajo consiste en el desarrollo de un nuevo dispositivo de extracción resultante de empacar la membrana hueca con el nuevo adsorbente (arcilla modificada con líquido iónico), igualmente y para mejorar la difusión de los analitos de la fase donora hacia la fase aceptora

2.1. Reactivos y estándares

2. Metodología Los líquidos iónicos que fueron utilizados en la modificación de la MMT-Na fueron sintetizados y proporcionados por el Grupo de Investigación Química de Plantas Colombianas (QPC) de la Universidad de Antioquia (Colombia). La arcilla montmorillonita, es una arcilla tipo bentonita tomada de un yacimiento en el Valle del Cauca por la empresa Bentocol quien la suministró para el desarrollo de la investigación. Los solventes usados, como el acetonitrilo y el metanol grado HPLC, fueron adquiridos de la empresa Sigma Aldrich. El patrón utilizado de ocratoxina A de marca Micotox®Ochratoxin Lote OH-140721-04 se adquirió a la compañía Micotox de Colombia (Bogotá). A partir de esta solución se prepara en un vial de 4 mL una solución intermedia de trabajo de 10 µg/mL en metanol.

Luego se preparó una solución estándar de calibración a una concentración de 1 µg/mL mediante dilución de la solución intermedia de trabajo. Las soluciones estándar de trabajo fueron preparadas a una concentración de 100 ng/g en metanol grado HPLC bajo control gravimétrico.

Las soluciones estándar, intermedia y de trabajo se conservaron almacenadas a 4 °C.

2.2. Modificación de la MMT-Na

Figura 2. a) Vista frontal de la membrana hueca (diámetro interno de 968,4 µm). b) Vista lateral de la membrana y sus poros con diferentes tamaños (2-9 µm).

Se utilizó una arcilla tipo montmorillonita (MMT) natural proveniente de un yacimiento en el Valle del Cauca (Colombia), y se siguió el protocolo de modificación descrito completamente en nuestra solicitud de patente colombiana NC2016/0000271 de 26 de julio de 2016 ante la Superintendencia de Industria y Comercio SIC. Esta arcilla fue suspendida en etanol con cinco líquidos iónicos separadamente, a decir; hexadecilmetilimidazolio bromuro [HDMIM][Br], hexadecilmetilimidazolio hidróxido [HDMIM][OH], hexadecilmetilimidazolio tetrafluoroborato [HDMIM]

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2.3. Condiciones de extracción

Figura 3. Proceso de la membrana hueca empacada con MMT-Na modificada. 1. Membrana hueca y alambre metálico, 2. Material adsorbente MMT-Na modificada, 3. Llenado de membrana con material adsorbente y alambre metálico, 4. Proceso de extracción, 5. Lavado del material adsorbente, 6. Extracto listo para análisis.

[BF4], octilmetilimidazolio hidróxido [OMIM][OH], butilimidazolio bromuro [BMIM][Br]. El material final se filtró, lavó tres veces con una mezcla de agua etanol y se secó en una estufa a 80°C por 24 horas. Estos materiales fueron caracterizados mediante SEM, DRX, TGA y FTIR. Los análisis por SEM fueron llevados a cabo usando un FEI Quanta 250 (Oregon, USA).

Se utiliza la técnica de difracción de rayos X (XRD) utilizando un equipo XPert PANalytical EMPYREAN (EA Almelo, The Netherlands). Los valores de 2q fueron tomados utilizando un distanciamiento de 0.0394, radiación de CuKα (λ de 1.540598 Å). La curva de descomposición térmica o espectro TGA se obtiene utilizando un equipo TGA Q500 de TA Instruments (New Castle, DE, USA), con condiciones de calentamiento de 10°C/min, de temperatura ambiente a 700°C en aire. El espectro infrarrojo es registrado en un rango de 4000 a 400 cm-1 utilizando pastilla de KBr como medio soporte de las muestras, en un FTIR modelo Nicolet iS5 System KBr Ttransmission ID, fuente IR, detector DTGS KBr, velocidad de espejo 0.4747 cm/s, 32 barridos por muestra, 32 barridos de fondo, marca Thermo Scientific (USA). Esta organosílica fue evaluada en la extracción de micotoxinas; específicamente ocratoxina A utilizando como método de extracción la membrana hueca empacada (Figura 3) con arcilla modificada y para el análisis cromatográfico se utilizó un equipo HPLC Shimadzu Prominence equipado con detector de fluorescencia.

132

El tiempo de extracción fue de 30 min a una temperatura de 40°C y una agitación de 300 rpm (Figura 3), El material modificado fue empacado dentro de la membrana llevando en la mitad de su lecho un pin metálico que le permitiera actuar como un agitador magnético en la plancha de agitación, este método se comparó bajo las mismas condiciones con el material comercial C18. (tamaño de partícula 50 µm, tamaño de poro 60 Å, 18% de carga orgánica, fabricante Supelco)

2.4. Condiciones cromatográficas

Las condiciones cromatográficas que se usaron fueron: columna C18 de 25 cm x 4.6 mm, 5 µm de tamaño de partícula ODS2 marca Waters Spherisorb, temperatura en el horno 40 ºC, fase móvil de ácido fórmico-acetonitrilo-agua (1:50:50) en modo isocrático, flujo 0.6 mL min-1, λexc 330 nm, λemi 475 nm, tiempo de retención aproximado: 11.5min +/- 0.2min. Volumen inyectado de muestra 20 µL.

3. Resultados y Discusión 3.1. Caracterizacion de la MMT-Na modificada

Los hallazgos en los análisis de las arcillas muestran cambios en las señales características de las arcillas sin modificar, que permiten evidenciar el cambio del material de partida al material final[15].

La imagen que a continuación se muestra (Figura 4) fue tomada con SEM y nos presenta las láminas características en forma de escamas de las arcillas usadas, lo que no indica que realmente se partía de un material propicio para lo que se deseaba realizar.

Según la curva TGA de la Figura 5 se muestra que la montmorillonita no modificada (MMT) pierde el agua absorbida en los espacios entre los pilares el intervalo de 25 a 105°C, y la liberación del agua enlazada en su estructura química se produce gradualmente entre 250 y 450°C. La pérdida de agua de la (MMT-HDMIM-Br) se muestra a aproximadamente 250°C, seguida de una pérdida de peso debido a la liberación del líquido iónico Scientia Chromatographica 2016; 8(2):129-136

Arcillas naturales funcionalizadas con líquidos iónicos para microextracción de Ocratoxina A

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3000 cm-1 que corresponden a vibraciones entre los enlaces C-H que no se encontraban en la arcilla natural ya que en su composición no se encuentran enlaces de este tipo. La banda se intensifica de acuerdo al líquido iónico utilizado.

Figura 4. Imagen SEM arcilla natural MMT-Na sin modificar.

En la Figura 7, se evidencia la modificacion del material, donde se nota que hay un aumento en el espaciado interlaminar de acuerdo al liquido ionico introducido, mostrando desplazamientos a menores angulos 2 tetha de las arcillas modificadas, que advierten el aumento del espacio interlaminar, aspecto que incidirá directamente en un aumento en su propiedad de adsorción y retención.

3.2. Resultados analíticos y cromatográficos

El método cromatográfico desarrollado im­ plicó realizar una calibración en un rango de 1 ng/g hasta 100 ng/g de OTA, con un límite de detección y cuantificación de 0.02 y 0.08 ng/g respectivamente y una RSD (n = 3) por debajo del 10% y con valores de eficiencia del 70% y un factor de concentración cercano a 37.

Para calcular la eficiencia de la extracción Ee se utilizó la siguiente ecuación: Figura 5. Curva de la primera derivada del gráfico de TGA para la MMT-Na y MMT-HDMIM-Br.

de la arcilla intercalada. Esta caracterización se realiza para el compuesto HDMIM-Br, sin embargo, se esperan resultados similares en este tipo de caracterización independiente del contra ión negativo utilizado debido a que la pérdida de peso se genera principalmente debido a la naturaleza orgánica del líquido iónico.

Los análisis por FT-IR (Figura 6) demuestran la presencia de nuevos grupos carbonados en la MMTNa modificada, lo que corresponde al intercambio hecho entre los líquidos iónicos y el sodio que reposa en la interlámina, aparecen bandas en la región de los

= Ee

CsVs × 100 (1) CwVw

donde: Cs-concentración total de OTA en el extracto final (analito desorbido con disolvente orgánico) (ng/g); Cw-Concentración total de OTA en la solución original dopada (30 ng/g); Vs-volumen de la alícuota en la microextracción (100 µL); Vw-volumen en la solución original dopada (5 mL).

En la Tabla 1 se indican las principales características del método desarrollado de extracción de OTA a partir de solución acuosa fortificada con 30 ng/g de OTA con el dispositivo de membrana hueca empacada con arcilla modificada y su comparación frente a C18.

De acuerdo a la tabla anterior se evidencia un mejor comportamiento del nuevo adsorbente frente al

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Arcillas naturales funcionalizadas con líquidos iónicos para microextracción de Ocratoxina A

Figura 6. FT-IR típica de MMT-Na natural sin modificar y de MMT-Na modificada con un líquido iónico de cadena de 16C [HDMIM][Br].

Tabla 1. Características analíticas del método de extracción para OTA en soluciones fortificadas a 30 ng/g.

Adsorbente

FC

Ee %

LoD LoQ ng/g ng/g

Arcilla C18

37 21

70 45

0.02 0.05

0.08 0.20

R2

RSD %

0.998 0.998

10 12

comercial C18, teniendo en cuenta que este material comercial, es el más utilizado para realizar extracción de este tipo de analitos dada su condición apolar. En la 134

Figura 8 se muestra un cromatograma comparativo del desempeño de ambos adsorbentes en la microextracción de OTA bajos las condiciones de extracción relatadas arriba (sección experimental) y sobre muestras acuosas fortificadas, dejando ver el promisorio potencial de extracción realizado con la membrana empacada con el adsorbente desarrollado en nuestro laboratorio.

Se ha conseguido obtener un material con capacidades de retención iguales o mejores que un Scientia Chromatographica 2016; 8(2):129-136

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4. Conclusión

Figura 7. DRX de MMT pura y modificada con [HDMIM][Br].

El material modificado promete ser de un amplio valor para la extracción de una gama de analitos debido al doble comportamiento en cuanto a polaridad que le da el líquido iónico introducido en la interlámina, por la parte de la cadena carbonada puede tener comportamiento apolar, pero por la parte del catión imidazol un comportamiento polar lo que lo hace muy versátil y asequible debido a su bajo costo debido a que el líquido iónico utilizado fue sintetizado en esta misma investigación y al poco impacto ambiental que provoca este material debido a sus características.

Es de gran importancia mencionar que esta investigación abre la puerta a nuevas aplicaciones de estos materiales en diferentes frentes convirtiéndose en un producto comercialmente competitivo con los que actualmente están en el mercado.

Figura 8. Cromatograma comparativo: C18, arcilla modificada.

adsorbente comercial, fácil de modificar y que se puede utilizar en diferentes campos no solo de la extracción, si no de la adsorción y retención en propósitos industriales y de alimentos.

El uso de materiales naturales tiene un valor agregado ya que se encuentran aplicaciones diferentes a las convencionales, proporcionando al material características de mayor selectividad frente a las moléculas diana a extraer según el balance lipofílicohidrofílico del líquido iónico incorporado en la interlámina de la arcilla de acuerdo a la polaridad de la molécula a extraer/retener.

Agradecimientos

A la universidad de Antioquia en especial a los grupos de investigación COLOIDES, CIENMATE y QPC. A la empresa Bentocol, por el apoyo con la arcilla proporcionada para esta investigación.

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136

Scientia Chromatographica 2016; 8(2):129-136

Scientia Chromatographica 2016; 8(2):137-142 Instituto Internacional de Cromatografia http://dx.doi.org/10.4322/sc.2016.025 ISSN 1984-4433

PREPARO DE AMOSTRAS

Basic principles and applications of liquid phase microextraction techniques

Cristina Nerin I3A, Dept. Anal. Chem.

University of Zaragoza, Campus Rio Ebro, Edificio Torres Quevedo, Maria de Luna 3, 50018 Zaragoza, Spain *cnerin@unizar.es Recebido: 25-08-2016 Aceito: 15-09-2016

Scientia Chromatographica 2016; 8(2)

Abstracts

The main liquid phase techniques for sample preparation have been explored. Among them, two phases devices such as single drop microextraction (SDME) and hollow fibre liquid phase microextraction (HFLPME), either in head space or total immersion modes, both static and dynamic ones; dispersive liquid phase microextraction (DLPME) and microextraction by demixture have been explained. Also three liquid phases using the donor-acceptor interactions, either spontaneous or electro-assisted using a membrane, were reviewed and explained. Several applications as example of each technique will illustrate the advantages and drawbacks of each technique.

Keywords: Microextraction, trace analysis, LPME, micro, devices.

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Nerin C

Basic principles and applications of liquid phase microextraction techniques

1. Introduction

The demanding increase of sensitivity of analytical techniques and the complexity of real samples, either environmental, medical, biological or food samples, foster the development of new devices and techniques able to provide very low concentration values with a high accuracy. However, these requirements are not easy to achieve, as at so low levels many interactions occur, interferences appear and the confident on the final data diminishes. Sample treatment techniques are then extremely important to remove the interfering substances and to concentrate as much as possible the analytes to be measured. This way, the final analysis will provide the required accuracy and sensitivity without compromising the quantitation. For liquid samples the solid phase microextraction (SPE) has been established as a well known and standard technique. However, liquid phase microextraction, more recently explored, provides a set of techniques easy to handle and with a high potential for many applications. This paper shows the main liquid phase microextraction techniques, emphasizing the physic-chemical principle applied, advantages and disadvantages as well as some selected applications to illustrate the performance of each technique.

2. Single Drop microextraction (SDME)

This is a very simple microextraction technique that does not require special device or instrument.

It consists of a hanging drop of solvent, of about 1Â microliter, over the headspace in equilibrium with the sample or in total immersion in the solution containing the analytes. Figure 1 shows the scheme. As any other extraction technique the process is governed by the partition coefficient between the two phases, either between the liquid phase of the drop (extraction solvent) and the vapour (gas phase) in the headspace over the sample or the liquid phase containing the analyte. Of course the extraction solvent used will have very poor solubility in the liquid phase of the sample and very low volatility. The parameters affecting the SDME are the same as other solvent extractions, that is the solvent, temperature, agitation, presence of salt and the volume 138

Figure 1. Scheme of SDME technique.

of solvent. Several scientific publications showed the advantages of this simple technique[1-6] applied to very different areas of interest. Apparently easy to use, there are also some drawbacks. The first one to mention is the lost of the drop during the test. If the hanging drop falls off the sample is contaminated and the whole test have to be done again. It requires also some practice, to maintain the size of the drop for all the tests. To avoid lack of reproducibility and repetitivity it is recommended to use an internal standard dissolved in the extraction solvent, so that the quantitativity is not compromised. Another advantage of this technique is that derivatization reactions, which are always time consuming, can be carried out in the same step, by dissolving the derivatizing agent in the same extraction solvent. This is only possible in some cases, where the same solvent is used. This process has been successfully used for determination of explosives[7].

SDME is an equilibrium process and such qualitative and quantitative analysis can be carried out. In all cases the concentration factor is quite high, what represents an advantage versus other techniques.

The availability at any laboratory and the general good performance make this technique attractive for trace analysis. As the drop is directly injected into the GCMS, the technique does not required special injectors.

However, it is a manual technique. The automation requires the development of microfluidics and a more complex system, but the basic technique is useful and well extended for many applications.

Scientia Chromatographica 2016; 8(2):137-142

Basic principles and applications of liquid phase microextraction techniques

Nerin C

3. Hollow fiber liquid phase microextraction (HFLPME)

In contrast with other techniques, HFLPME is again quite simple, but it requires additional support and some automation to be successful. The extraction takes place between two non miscible liquid phases which are separated by a capillary semipermeable membrane of polypropylene (PP). The usual pore size of the membrane is 0.2 microns. The length of the capillary membrane used for the extraction process is selected by the analyst.

With the control of size the total volume of extraction agent is controlled. Figure 2 shows the scheme of the basic technique. There are several modes of working with HFLPME. The first one is represented in Figure 3. The solution containing the analytes is placed in the 20 mL vial, where the membrane is inserted in total immersion mode. The capillary is filled with the extraction solvent.

A magnetic stirrer shakes the solution to facilitate the extraction. After some minutes, depending on the analytes and conditions, the equilibrium is reached and the extract can be withdrawn with a syringe and injected in a microvial, which will be later analysed in the appropriate analytical instrument. The system has been successfully used for many applications[8-17] in different modes of action.

One of the main drawbacks of this technique is the handling and accuracy of the technique when manually applied. Pezo et al in 2007 successfully developed an automatic instrument for simultaneous extraction of 6Â samples[18].

HFLPME can be used in different modes in which several phases are involved. The simplest mode is that above described, where only two liquid phases participate separated by the semipermeable capillary membrane. However, other modes include three liquid phases, in which one is acting as donor phase, another one is the intermedia phase, usually the extraction solvent, and finally an acceptor phase, where the analytes are concentrated. The usual device consists of a concentric tubing system as shows Figure 4. For applying this three phases technique, the analytes should

Figure 2. Scheme of HFLPME.

Figure 3. HFLPME automatic device.

be susceptible of showing different physicochemical properties, for example, being affected by pH and then showing different chemical structures depending on pH. This way, the solubility of dissociated and molecular forms of the same molecule will be used for this specific and selective extraction.

A good example is the analysis of organic amines. In alkaline media the amines are in molecular state as neutral molecules. They are soluble in organic solvents and can be extracted by the solvent inserted in the pores of the semipermeable capillary fibre. The lumen of the fibre is filled in with an aqueous solution at acidic pH, where the amines will be dissociated and consequently transferred from the organic solvent inserted in the pores of the membrane. After reaching the equilibrium the final acceptor aqueous solution

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Figure 4. LPME-three phases.

containing the dissociated amines will be analysed by HPLC either with MS detector, UV, fluorescence or any other detector. The system has been successfully explored for a wide range of pharmaceutical drugs and pollutants. The only requirement is that the analytes work in the acceptor-donor role. One of the phenomena that can occur is the dimerization of some analytes in the organic solvent inserted in the pores, which would reduce the extraction recovery and affect the final analysis.

This dimer formation depends on the analytes and has been registered in only a few publications[19]. Another advantage of this technique is the selectivity that can be achieved by selecting the appropriate extraction solvent, as was demonstrated by RodrĂ­guez et al.[19].

Following the same principle above mentioned, the donor-acceptor procedure can be also enhanced either by electrical power when ionic substances are involved (Figure 5). Although attractive procedure, the requirements for achieving a feasible and reproducible 140

Figure 5. EME-LPME-three phases.

extraction make this technique less useful and less extended in the analytical community.

4. Dispersive Liquid Phase Microextraction (DLPME)

The technique is again quite simple. It is based on ternary component solvent system, where an extracting solvent together with a disperser solvent are injected into Scientia Chromatographica 2016; 8(2):137-142

Basic principles and applications of liquid phase microextraction techniques

the sample, usually in an aqueous solution. The mixture is shaken and immediately a cloud dispersion is formed.

Then the mixture is centrifuged and the dispersed phase, cloudy, remains at the bottom. Removing the supernatant liquid the DLPME containing all the organic analytes, is able to be analyzed. The recoveries are quite high, although the system needs careful optimization. But the technique is easy to handle and provides good enrichment factors and high recoveries for a series of analytes such as polyaromatic hydrocarbons, organochlorine and organophosphorous pesticides and benzene derivatives in environmental samples[20].

5. Microextraction by demixture

Although this technique has been less studied, interesting features and good performance were demonstrated for organochlorine pesticides in water and environmental samples. The principle is based on ternary diagrams of solubility, where the solubility of different mixtures is limited by the presence of salts and depends on their concentration. It responds to the salting-out principle. Initially the sample is in total dissolution. The extraction solvent and the salts to make the salting-out have to be carefully selected so that the solvent, initially completely soluble in the solution, can be demixed by the addition of salts. The analytes, usually organic compounds, are dissolved and concentrated in the low volume of organic solvent demixed. This way, this low volume of solvent can be directly injected into the GC. Only a few scientific publications are in the literature[20-22], although the recoveries, sensitivity and enrichment factors are very high. The main drawback of this technique is that the final extract is commonly saturated by salts and this fact can damage the detectors when many samples are analysed. However, for a few samples, the technique works very well, is easy to handle and very cheap, as no specific or expensive devices are required.

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6. General comments Without a doubt the microextraction techniques have been extensively explored and used. Nowadays they form part of any laboratory involved in trace analysis in a wide area of applications, from environmental issues to food, packaging materials, cosmetics, drugs and pharmaceutical products. The different options make the selection of the appropriate technique a difficult task.

Exploring all the available techniques is not possible, as all of them require a careful optimization. There is not any technique that can be recommended for a specific task, as all of them have advantages and drawbacks.

Thus, it is essential to consider first the analyte and the matrix in which the analysis has to be done. Later, the availability of the technique in the laboratory and of course the optimization requirements, the variables involved in each technique and the concentration level at which the analysis should be done, according to the legal limits for each analyte.

As other sections and tasks of the analytical work, the extraction step is still the bottleneck for the analysis. The small volumes and almost solvent free microextraction techniques contribute to a better performance of this step and enhance the environmental considerations of the laboratory work, as the volume of organic solvents are considerable reduced. But this is only one part of the whole analysis. The liquid phase microextraction techniques here described are only a part of the existing techniques. This is not an exhaustive list because this is an on-going development in which many laboratories are involved, looking for the ideal and clever technique, easy to apply, cheap and very efficient, applicable to every analyte. A dream that probably will be never achieved.

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Scientia Chromatographica 2016; 8(2):143 Instituto Internacional de Cromatografia ISSN 1984-4433

INSTITUTO INTERNACIONAL DE CROMATOGRAFIA

O Instituto Internacional de Cromatografia (IIC) possui como uma de suas principais missões o oferecimento de cursos de curta duração nas áreas de cromatografia e técnicas relacionadas.

Os objetivos dos cursos do IIC são o aprimoramento/formação/ atualização dos usuários das técnicas cromatográficas e afim (Preparo de Amostras, Espectrometria de Massas, Gestão da Qualidade, dentre outras), tanto do ponto de vista teórico quanto prático.

A filosofia educacional do IIC é: “ao invés de ensinar apenas como operar um equipamento específico (dar o peixe) o IIC ensina a técnica (como pescar)”.

Os cursos do Instituto Internacional de Cromatografia são coordenados pelos Diretores do IIC, e ministrados pelos coordenadores, auxiliados por uma equipe técnica e científica altamente qualificada, constituída de docentes pósgraduados nos melhores centros do país na área, e pós‑graduandos em fase de conclusão de suas teses. Na época em que cada curso for oferecido, uma relação dos instrutores é disponibilizada no website do IIC. O programa detalhado de cada curso pode ser obtido através de contacto com o IIC. Os cursos são ministrados com auxílio de recursos audiovisuais modernos (datashow‑computador; vídeos, demonstrações, resolução de problemas e outros recursos instrucionais). Os alunos recebem um livreto contendo cópia de todos os slides apresentados pelos instrutores, além de material bibliográfico de apoio. Em vários cursos também são fornecidos livros de autoria dos próprios docentes dos cursos. A maior parte dos cursos também tem aulas práticas de laboratório, conforme anunciado no folheto explicativo de cada curso.

Observações: • O I.I.C. oferece também cursos “in-house” (“in-company”). Interessados nesta modalidade devem contatar o IIC para obter mais detalhes.

• Com exceção dos cursos da área da qualidade (ISO, Validação e Auditoria) todos os demais possuem aulas teóricas e práticas de laboratório.

• O oferecimento efetivo de um curso depende de um número mínimo de inscritos no mesmo.

• O número de vagas dos cursos que envolvem laboratório está sendo limitado para melhor aproveitamento dos participantes.

• Visite o website www.iicweb.org para obter mais informações.

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Scientia Chromatographica 2016; 8(2):145-146 Instituto Internacional de Cromatografia ISSN 1984-4433

NORMAS PARA PUBLICAÇÃO

Normas para publicação de artigos no Scientia Chromatographica (a versão detalhada está disponível em nosso portal www.scientiachromatographica.com).

Escopo

Scientia Chromatographica publica trabalhos em todas as áreas da Cromatografia, incluindo GC (colunas capilares, empacotadas, preparativas), LC (convencional, HPLC, U-HPLC, Prep-LC, micro-LC, nano-LC, TLC, PC), SFC (colunas empacotadas ou capilares), Técnicas Acopladas (GC-MS, LC-MS, SFC-MS, LC-GC, SFE-CE, GCxGC, LCxLC) e Técnicas de Preparo de Amostras (SPME, SBSE, MEPS, QuEChERS, LLE, MAE,SPE, LLE, etc.). A partir de 2012 o Scientia publica os seguintes formatos de artigos: • Artigos Originais de Pesquisa • Comunicação (“Short Communication”) • Artigos de Revisão Crítica Os artigos de Revisão Crítica deverão antes de sua submissão serem discutidos com um dos c­o-editores mais relacionados ao assunto em questão. Devem conter uma contribuição nova a respeito de um assunto de grande interesse atual, incluindo uma discussão a respeito das vantagens e desvantagens do mesmo. O Scientia não publica apenas relato de artigos descritos na literatura, sem uma discussão crítica sobre os mesmos.

Os artigos Originiais de Pesquisa deverão conter resultados de laboratório e/ou teóricos, que signifiquem uma contribuição expressiva para a área de técnicas de separação, seja ela conceitual, na instrumentação, ou na aplicação.

Os artigos do tipo Comunicação deverão ter a mesma qualidade dos artigos Originais, porém devido a seu caráter de comunicação preliminar usualmente são de menor extensão.

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Os artigos, com exeção dos de Revisão, podem ser escritos preferencialmente em inglês, porém em Português e Espanhol também serão aceitos. Os autores cujo idioma nativo não for o empregado na redação do artigo são orientados a solicitar a colaboração de colegas fluentes no idioma, antes de enviar o artigo para o periódico.

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Scientia Chromatographica 2016; 8(2):145-146 Instituto Internacional de Cromatografia ISSN 1984-4433

NORMAS PARA PUBLICAÇÃO

Tipos de contribuições aceitas para publicação no Scientia O Scientia Chromatographica considera para publicação quatro tipos de contribuição:

Artigos Originais de pesquisa: descrevem resultados de estudos completos. Deverão conter resultados de laboratório e/ou teóricos, que signifiquem uma contribuição expressiva para a área de técnicas de separação, seja ela conceitual, na instrumentação, ou na aplicação. Este tipo de contribuição é limitado a 6.000 palavras, incluindo as legendas das figuras e as referências, e no máximo 5 tabelas e/ou figuras somados. No momento do envio da prova de impressão, caso isto ocorra o autor será consultado se prefere revisar o artigo para enquadrá-lo em até 7 páginas, ou se prefere pagar as páginas excedentes. O número de páginas de um artigo depende muito das figuras e tabelas do mesmo. Este critério não é aplicado aos artigos convidados, cujo número de páginas será informado ao autor no momento do convite.

Comunicações (“Short Communication”): são artigos completos, porém que relatam resultados mais curtos, oportunos, e/ou cuja relevância requer sua rápida publicação. Deverão ter a mesma qualidade dos artigos Originais porém, devido a seu caráter de comunicação preliminar, usualmente são de menor extensão. Este tipo de publicação deve ter no máximo quatro páginas impressas, incluindo todo o artigo, ou seja, tabelas, figuras e referências. O autor deve indicar claramente que se trata de uma comunicação no topo da primeira página do artigo.

Artigos de Revisão crítica: revisões críticas sobre uma area específica das técnicas cromatográficas e relacionadas são também consideradas para publicação. Esses artigos devem se limitar a no máximo 10.000 palavras, incluindo as legendas, e até 10 tabelas e figuras somadas. Os artigos de Revisão Crítica deverão antes de sua submissão serem discutidos com um dos co-Editores mais relacionados ao assunto em questão. Artigos não encaminhados desta forma serão antes enviados a um co-Editor da área em que se enquadre para parecer e, somente então, serão enviados aos revisores, podendo atrasar significativamente sua publicação. Devem conter uma contribuição nova a respeito de um assunto de grande interesse atual, discutindo as vantagens e desvantagens do mesmo. O Scientia não publica apenas relato de artigos descritos na literatura, sem uma discussão crítica sobre os mesmos.

Artigos de Alta Prioridade: são publicados no primeiro número disponível do periódico, recebendo prioridade máxima de todo o sistema Editorial do periódico. Para justificar sua publicação como alta prioridade, os manuscritos deverão apresentar, de forma resumida, resultados importantes de recentes desenvolvimentos na área de cromatografia e técnicas relacionadas (espectrometria de massas, preparo de amostras, eletroforese capilar e outros). Não precisam conter resultados experimentais detalhados, sendo limitados a 2.500 palavras e três figuras e/ou tabelas combinadas.

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cromatografia líquida

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Ficha catalográfica elaborada pela Seção de Aquisição e Tratamento da Informação do SBI/IQSC Scientia Chromatographica / Associação Internacional de Cromatografia. - vol.8 n.2 (abr./jun. 2016). São Carlos: Associação Internacional de Cromatografia, 2016.

Trimestral ISSN 1984-4433

CLÁUDIA ZINI

cromatografia gasosa

ELINA B. CARAMÃO

cromatografia gasosa

1. Cromatografia. 2. Lanças, Fernando Mauro, editor chefe.

CDD 543.8

ISSN 1984-4433

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2016

Volume 8 | Número 2

SCIENTIA CHROMATOGRAPHICA

Publicação disponível na internet:

95 Determination off-line and on-line of methidathion trace in drinking water M. E. Hernández-Rojas, P. García-Camacho, S. Baéz-Pimiento, S. L. Castañon-Alonso

2016 | Volume 8 | Número 2

105 Optimización del tiempo de adsorción y desorción de la microextración en fase sólida en el espacio de cabeza de los compuestos volátiles en el café tostado y molido Aristofeles Ortiz, Néstor Miguel Riaño Herrera, Isabel del Socorro Bravo Realpe

115 Implementación de una extracción dinámica con disolvente asistida por sonicación (DSASE) en matrices de hoja de Erythroxylum coca para el posterior análisis de cocaína por cromatografía de gases con detector de ionización de llama (CG–FID) Ángela M. López, Eliana Alvarez, Carolina Cortés, Milton Rosero-Moreano, Gonzalo Taborda, William Garzón, Hernando Bernal, Leonardo Correa

121 Determinación de compuestos fenólicos mediante microextracción con solvent bar usando HPLC-UV en muestras de aguas residuales contaminadas con vinazas Wilson Alejandro Largo Taborda, Milton Hernando Rosero Moreano

129 Arcillas naturales funcionalizadas con líquidos iónicos para microextracción de Ocratoxina A por membrana hueca empacada Mónica Obando, Viviana Cardenas, Herley Casanova, Diego Montaño, Luis F. Giraldo, Wilson Cardona, Milton Rosero-Moreano

137 Basic principles and applications of liquid phase microextraction techniques Cristina Nerin

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2016 | Volume 8 | Número 2

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