Materiales (bio)poliméricos como sustratos para el análisis de muestras mediante espectrometría de masas a presión atmosférica
- Autores: Jaime Millán Santiago
- Directores de la Tesis: Rafael Lucena Rodríguez (dir. tes.), Maria Soledad Cárdenas Aranzana (dir. tes.)
- Lectura: En la Universidad de Córdoba (ESP) ( España ) en 2024
- Idioma: español
- Tribunal Calificador de la Tesis: Soledad Rubio Bravo (presid.), Reubsaet León (secret.), Jesús Alberto Escarpa Miguel (voc.)
- Programa de doctorado: Programa de Doctorado en Química Fina por la Universidad de Córdoba
- Materias:
- Enlaces
- Tesis en acceso abierto en: Helvia
- Resumen
El análisis de muestras complejas (biofluidos, alimentos, muestras ambientales) supone un reto debido a la baja concentración en la que se encuentran presentes los analitos, así como a la cantidad de interferentes procedentes de la matriz de la muestra. Por ello, en la mayoría de los casos, es imprescindible una etapa de tratamiento de muestra previa a su análisis para preconcentrar los analitos, minimizar los interferentes y hacerla compatible con la técnica instrumental utilizada. Es conocido y aceptado ampliamente por la comunidad científica que esta etapa es la que mayor impacto tiene, tanto en la calidad de los resultados al estar más sujeta a errores, como en las cuestiones medioambientales que afectan negativamente a su sostenibilidad. Además, el coste de esta etapa es elevado debido al precio de los reactivos y fases sorbentes necesarios. Por ello, se han desarrollado distintas estrategias basadas en la miniaturización de las fases sorbentes para reducir el volumen de disolventes orgánicos y de muestras, dando lugar a la técnicas de microextracción. Asimismo, la miniaturización de los reactivos y muestras necesarios permite simplificar el proceso analítico. Sin embargo, esto no ha sido suficiente para reducir el impacto ambiental de esta etapa. Durante en los últimos años se ha extendido el uso de materiales naturales como fases sorbentes para la extracción de analitos de las muestras de interés. Estos materiales presentan un componente sostenible y asequible, siendo una alternativa viable a los materiales comerciales, que presentan un mayor coste, así como a los materiales sintéticos, cuya preparación implica un mayor impacto ambiental. Además, su empleo en este ámbito es bastante simple, pudiendo emplearse sin modificar o tras un procedimiento sencillo de modificación. Por otra parte, el uso de detectores lo suficientemente sensibles y selectivos también contribuye a simplificar el proceso analítico, obviando la etapa de separación previa a la detección de los analitos. Concretamente, el uso de la espectrometría de masas permite prescindir del uso de técnicas cromatográficas o electroforéticas, reduciendo el tiempo de análisis por muestra y el consumo de disolventes utilizados como fase móvil. Esta eliminación de la etapa de separación de los analitos puede acarrear un efecto negativo en la sensibilidad del método, debido a la supresión de la ionización producida por la entrada simultánea de los iones en el espectrómetro de masas. Sin embargo, esta limitación puede ser paliada con una etapa de tratamiento de muestra previa a la medida instrumental. Esta modalidad, conocida como infusión directa acoplada a espectrometría de masas, permite obtener una mayor frecuencia de análisis de muestras, reduciendo el consumo de disolventes orgánicos utilizados como fase móvil y, consecuentemente, disminuye el coste y el impacto ambiental del método analítico. Existe una modalidad de espectrometría de masas, conocida como espectrometría de masas a presión atmosférica, en la que se prescinde de los módulos del instrumento asociados a la introducción de la muestra, al bombeo de fases móviles y a la separación de los analitos. De esta forma, solo se utiliza el módulo correspondiente al espectrómetro de masas. Dentro de la espectrometría de masas a presión atmosférica existe una técnica denominada de substrate spray, que consiste en la formación del electrospray que contiene los analitos al añadir un disolvente orgánico y aplicar un alto voltaje a un material acabado en punta, conocido como elemento emisor del electrospray. En el caso en el que el elemento emisor del electrospray también actúe como dispositivo de extracción, el proceso analítico se simplifica al realizar un acoplamiento directo del proceso de tratamiento de muestra con la técnica instrumental utilizada, en este caso la espectrometría de masas. En base a la casuística previamente expuesta, el objetivo general de la presente Tesis Doctoral es la evaluación del potencial de los materiales (bio)poliméricos como sustratos para el análisis de muestras mediante espectrometría de masas a presión atmosférica. Para alcanzar este objetivo general, se proponen los siguientes objetivos específicos indicando la parte de la memoria en la que se encuentran los resultados obtenidos: Uso de materiales naturales como fases sorbentes en el ámbito de la microextracción, descrito en el Capítulo 1 del Bloque I. Este capítulo introduce el papel de la madera y del algodón como fases sorbentes, cuyo potencial se desarrolla de forma transversal a lo largo de la memoria. Acoplamiento directo de la etapa de tratamiento de muestra con la espectrometría de masas a presión atmosférica en la modalidad de substrate spray, descrito en el Capítulo 2 del Bloque I. Uso de materiales composite basados en la combinación de polímeros y nanopartículas en el microextracción. El Bloque II describe el potencial de estos materiales nanocomposite poliméricos como fases sorbentes, así como sus diferentes procesos de síntesis y las diferentes propiedades que presentan. En el Capítulo 3 de la memoria, se clasifican los materiales nanocomposite poliméricos en función de su naturaleza y se describen las diferentes aplicaciones en las que han sido utilizadas en el contexto del tratamiento de muestra. El Capítulo 4 describe el uso de los nanocomposites poliméricos en el análisis de muestras ambientales. Uso de la madera, como sorbente y sustrato, en espectrometría de masas. En el Capítulo 5 correspondiente al Bloque III, se realiza una revisión bibliográfica del uso de la madera, mayoritariamente en forma de palillos de madera, tanto en el análisis directo de muestras como en el tratamiento de muestras complejas para su posterior análisis. El Capítulo 6 describe el uso de palillos de madera recubiertos de nylon-6 como fase sorbente en el análisis de drogas de abuso en muestras de saliva. El Capítulo 7 detalla el efecto negativo que presentan los componentes intrínsecos de la madera en la formación del electrospray, así como la minimización de este efecto para el posterior uso de palillos de madera en microextracción. Además, se contempla la posibilidad de su uso en el análisis in vivo de fármacos gracias a la biocompatibilidad que presenta el material sorbente. El diseño de nuevas interfases, basadas en agujas comerciales, para el acoplamiento de la etapa de tratamiento de muestra con la modalidad de substrate spray se detalla en el Bloque IV. Se describe el uso de las agujas, tanto hipodérmicas como con punta roma, como dispositivo de extracción y como elemento emisor del electrospray en el análisis de opioides en biofluidos. El Capítulo 8 describe el empaquetamiento de un material sorbente basado en fibras de algodón recubiertas de nylon-6 en la conexión luer de agujas hipodérmicas. El Capítulo 9 detalla una mejora del prototipo, permitiendo el uso de una mayor cantidad de fase sorbente, en este caso fibras de algodón recubiertas de polidopamina. Finalmente, el Capítulo 10 muestra una nueva interfase basada en el uso de intercambiadores catiónicos comerciales empaquetados en puntas de pipeta y acoplados a una aguja con punta roma. Aplicación de las fases sorbentes descritas en los Bloques III y IV en el análisis de muestras biológicas por espectrometría de masas. Este objetivo específico es transversal a lo largo del desarrollo de la Tesis Doctoral y pone de manifiesto el potencial de los materiales e interfases desarrollados en el análisis de biofluidos.
