Capitulo 29

Cromatografia y extracción con fluidos supercríticos

Durante las dos décadas pasadas se han desarrollado dos técnicas nuevas y prometedoras basadas en el empleo de fluidos supercríticos, que desempeñaran un papel importante en el análisis de muestras ambientales, biomédicas y de alimentos. Estos métodos son la cromatografía de fluidos supercríticos (SFC) y la extracción con fluidos supercríticos (SFE). En la última década se han comercializado equipos instrumentales para ambas técnicas y su empleo parece estar creciendo rápidamente en la comunidad analítica. En este capítulo se decribe el fundamento, la instrumentación y las aplicaciones de ambos métodos.

29A.     PROPIEDADES DE LOS

            FLUIDOS SUPERCRÍTICOS

La temperatura crítica de una sustancia es la temperatura por encima de la cual no puede existir en fase líquida independientemente de la presión. La presión de vapor de una sustancia a su temperatura crítica es supresión crítica. Una sustancia a temperaturas y presiones por encima de su temperatura y de su presión critica (punto crítico) se denomina fluido supercrítico. Los fluidos supercríticos tienen densidades, viscosidades y otras propiedades que son intermedias entre las características de esa sustancia en estado gaseoso y en estado líquido. La Tabla 29-1 compara algunas propiedades de los fluidos supercríticos con las de gases y líquidos típicos. Las propiedades seleccionadas son aquellas que son significativas para la cromatografía de gases, líquidos y fluidos supercríticos, así como para la extracción con fluidos supercríticos.

La Tabla 29-2 relaciona las propiedades de cuatro de las cerca de dos docenas de compuestos que han sido empleados como fases móviles en cromatografía de fluidos supercríticos. Obsérvese que sus temperaturas críticas y las presiones a estas temperaturas quedan dentro de las condiciones habituales de trabajo en HPLC.

Una propiedad importante de los fluidos supercríticos, que está relacionada con sus densidades elevadas (de 0,2 a 0,5 g/cm3), es su notable capacidad para disolver moléculas grandes no volátiles. Por ejemplo, el dióxido de carbono supercrítico disuelve fácilmente n-alcanos que poseen entre 5 y 30 átomos de carbono, ftalatos de di-n-alquilo en los cuales los grupos alquilo contienen entre 4 y 16 átomos de carbono y diversos hidrocarburos aromáticos policíclicos que presentan varios anillos.

TABLA 29-1.   Comparación de las propiedades de los fluidos supercríticos con las de gases y líquidos

                      (los datos indican sólo el orden de magnitud)

Gas
Fluido supercrítico
Líquido
Densidad (g/cm3)
(0,6-2) x 10-3
0,2-0,5
0,6-2
Coeficiente de difusión (cm2/s)
(1-4) x 10-1
10-3-10-4
(0,2-2) x 10-5
Viscosidad (g cm-1 s-1)
(1-3) x 10-4
(1-3) x 10-4
(0,2-3) x 10-2

Es digno de señalarse que ciertos procesos industriales importantes se basan en la elevada solubilidad de las especies orgánicas en dióxido de carbono supercrítico. Por ejemplo, para la extracción de la cafeína de los granos de café y obtener el café descafeinado o de la nicotina del tabaco se ha empleado este fluido supercrítico.

Una segunda propiedad notable de los fluidos supercríticos es que los analitos disueltos en ellos pueden ser fácilmente recuperados por el procedimiento simple de permitir que las disoluciones se equilibren con la atmósfera a temperaturas relativamente bajas. Así, un analito disuelto en dióxido de carbono supercrítico, que es el usado más frecuentemente como disolvente, puede ser recuperado sencillamente reduciendo la presión y dejando que el fluido se evapore en las condiciones ambientales del laboratorio. Esta propiedad es particularmente importante en el caso de que los analitos termolábiles. Otra ventaja de muchos de los fluidos supercríticos es que son baratos, inocuos y no son sustancias tóxicas, por lo que se pueden dejar evaporar libremente en la atmósfera sin efectos ambientales dañinos. El dióxido de carbono como fluido supercrítico es especialmente útil tanto para extracciones como para cromatografía.

TABLA 29-2. Propiedades de algunos fluidos supercríticos

Temperatura
Presión
Densidad en el
Densidad a
Fluido
crítica, °C
crítica, atm
punto crítico, g/mL
400 atm, glmL
CO2
31.3
72.9
0.47
0.96
N2O
36.5
71.7
0.45
0.94
NH3
132.5
112.5
0.24
0.40
n-Butano
152.0
37.5
0.23
0.50

Además, los fluidos supercríticos tienen la ventaja de que las difusividades de los solutos en ellos son un orden de magnitud más altas que en los líquidos y que las viscosidades son un orden de magnitud más bajas que las de los disolventes líquidos. Como se mostrará en este capítulo, estas dos últimas ventajas son importantes, tanto en la cromatografía como en las extracciones con fluidos supercríticos.

29B.     CROMATOGRAFÍA DE FLUIDOS

            SUPERCRÍTICOS

La cromatografía de fluidos supercríticos (SFC) es una modalidad híbrida entre la cromatografía de gases y la cromatografía de líquidos que combina alguna de las mejores características de cada una de ellas 1. Esta técnica es uno de los tres tipos importantes de cromatografía en columna que está empezando a tener una gran aplicación en muchos laboratorios de la industria, de control y docentes. En 1985, varios fabricantes de instrumentos empezaron a ofertar equipos especialmente diseñados para el desarrollo de la cromatografía de fluidos supercríticos y durante los últimos años el empleo de estos equipos se ha expandido a pasos agigantados.

La cromatografía de fluidos supercríticos es de gran importancia porque permite la separación y determinación de un grupo de compuestos que no son manipulados convenientemente ni por la cromatografía de gases ni por la de líquidos. Estos compuestos son: (1) los compuestos no volátiles o térmicamente hábileso para los que la cromatografía de gases es inaplicable y (2) los compuestos que tienen grupos funcionales que no son detectables por las técnicas espectroscópicas o electroquímicas empleadas en cromatografía de líquidos. Chester ha calculado que hasta de un 25 por 100 del total de los problemas de separaciones a los que hacen frente los químicos de hoy día son mezclas que contienen tales especies de difícil tratamiento 2.

2911-1.    Instrumentación y variables

               de operación

Como ya se ha mencionado anteriormente, las presiones y las temperaturas necesarias para originar los fluidos supercríticos a partir de los diversos gases y líquidos se ajustan bien dentro de los límites de trabajo de un equipo de HPLC corriente. Así, como se muestra en la Figura 29-1, los equipos instrumentales para la cromatografía de fluidos supercríticos son bastante parecidos en lo referente a los componentes instrumentales a los equipos de HPLC, descritos en el Aparado 28C. Existen, sin embargo, dos diferencias importantes entre ellos. Primero, es necesario un horno, similar al empleado en cromatografía de gases (Apartado 2711-3), para mantener la columna termostatizada y además, proporcionar un control preciso de la temperatura de la fase móvil; segundo, un restrictor o un dispositivo de contrapresión, que se utiliza para mantener la presión en la columna en el nivel deseado y para convertir el eluyente, de fluido supercrítico en un gas, y arrastrarlo al detector. Un restrictor típico para una columna tubular abierta de 50 a 100 -m consiste en un capilar de 2 a 10 cm de longitud y 5 a 10 -m de diámetro, el cual está directamente unido al extremo final de la columna. En otros casos, el restrictor puede ser una parte integrante de la columna formado por el alargamiento del extremo de la columna al calentar ésta en una llama. El primero permite el empleo de restrictores intercambiables que tengan diámetros de entrada diferentes, proporcionando así un intervalo de caudales para cualquier presión de bombeo dada.

Como se muestra en la Figura 29-1, un instrumento comercial de SFC está equipado habitualmente con uno o más microprocesadores que permiten el control de las variables instrumentales tales como la presión de bombeo, la temperatura del horno y el funcionamiento del detector.

Efectos de la presión

Las variaciones de presión en cromatografía de fluidos supercríticos tienen un efecto muy marcado sobre el factor retención o de capacidad, k'. Este efecto es una consecuencia del incremento de la densidad de la fase móvil a medida que aumenta la presión. Tal incremento de la densidad origina un aumento de la capacidad disolvente de la fase móvil, lo cual acorta los tiempos de elución. Sirva como ejemplo del efecto del incremento de la presión que cuando la presión del dióxido de carbono en una columna rellena aumenta de 70 a 90 atmósferas, el tiempo de elución del hexadecano desciende de 25 a 5 minutos. Este efecto es general y produce resultados análogos a los que se obtienen aplicando un gradiente de elución en cromatografía de líquidos. La Figura 29-2 ilustra la mejora que se alcanza en los cromatogramas cuando se lleva a cabo una programación de la presión. La mayoría de los perfiles de presión utilizados normalmente en cromatografía de fluidos supercríticos son: presión constante (isobárico) para un período de tiempo dado seguidos de un aumento lineal o asintótico de la presión hasta alcanzar el valor de la presión final.

Fases estacionarias

En SFC se emplean tanto las columnas abiertas como las columnas rellenas, aunque normalmente las primeras son las más empleadas. Las columnas abiertas son similares a las columnas de sílice fundida descritas en el Apartado 27C-1 con recubrimientos internos de varios tipos de siloxanos enlazados y de enlaces cruzados. Las columnas tienen normalmente una longitud de 10 a 20 m y un diámetro interno de 0,05 a 0,10 mm. El espesor de la película varía entre 0,05 y 1 -m. Las columnas rellenas semejantes a las utilizadas en cromatografía de reparto, también se utilizan en SFC. Estas columnas tienen diámetros que varían entre 0,5 mm o menos y 4,6 mm, con diámetros de partícula que oscilan entre 3 y 10 -m. Los recubrimientos son similares a los utilizados en HPLC de reparto.

Fases móviles

La fase móvil utilizada más ampliamente en cromatografía de fluidos supercríticos es el dióxido de carbono. Es un disolvente excelente para un conjunto de moléculas orgánicas no polares. Además, es una sustancia transparente en el ultravioleta, es inolora, no tóxica, fácilmente disponible y muy barata cuando se compara con otras fases móviles cromatográficas. La temperatura crítica del dióxido de carbono es 31 ºC y su presión crítica 72,9 atmósferas, lo cual permite jugar con una banda amplia de temperaturas y presiones sin superar las condiciones de operación de un equipo de HPLC moderno. En algunas aplicaciones, en concreto con analitos polares, se pueden introducir modificadores polares orgánicos como el metanol, en pequeñas concentraciones (- 1 por 100), para modificar los valores de a de los analitos.

Un gran número de sustancias como etano, butano, óxido nitroso, diclorodifluorometano, éter dietílico, amoníaco y tetrahidrofurano han sido utilizadas como fases móviles de cromatografía de fluidos supercríticos.

Detectores

La principal ventaja de la SFC frente al HPLC es que se pueden utilizar como en la cromatografía de gases, detectores de ionización de llama. Como se indica en el Apartado 27B-4, este detector es de respuesta universal a compuestos orgánicos, de elevada sensibilidad y exento de problemas, en general. Los espectrómetros de masas también se pueden adaptar como detectores más fácilmente para SFC que para HPLC. Muchos de los detectores utilizados en cromatografía de líquidos se emplean también en SFC, entre ellos detectores de absorción en el ultravioleta y en el infrarrojo, de emisión de fluorescencia, termoiónico y fotométrico de llama.

29B-2.     Comparación de la cromatografía

               de fluidos supercríticos con otros

tipos de cromatografía

Los datos de las Tablas 29-1 y 29-2 ponen de manifiesto que varias propiedades de los fluidos supercríticos son intermedias entre las de los gases y las de los líquidos. En consecuencia, este nuevo tipo de cromatografía combina algunas de las características tanto de la cromatografía de gases como de la de líquidos. Por ejemplo, al igual que en la cromatografía de gases, la cromatografía de fluidos supercríticos es intrínsecamente más rápida que la cromatografía de líquidos debido a que la viscosidad más baja hace posible obtener velocidades de flujo más elevadas. Las velocidades de difusión en la cromatografía de fluidos supercríticos son intermedias entre las de los gases y las de los líquidos. En consecuencia, el ensanchamiento de banda es mayor en los fluidos supercríticos que en los líquidos, pero menor que en los gases. Las difusividades y las viscosidades intermedias de los fluidos supercríticos deberían, en teoría, dar lugar a separaciones más rápidas que las que se obtienen con la cromatografía de líquidos, a la vez que deberían acompañarse de un ensanchamiento de zona más bajo que el que se obtiene en cromatografía de gases.

Las Figuras 29-3 y 29-4 comparan las características de resolución de una columna rellena cuando la elución se desarrolla con dióxido de carbono supercrítico y una fase móvil líquida convencional. En la Figura 29-3 se puede ver que a una velocidad lineal de la fase móvil de 0,6 cm/s, la columna del equipo de SFC rinde una altura de plato de 0,013 mm mientras que la altura de plato con un eluyente líquido es tres veces mayor, esto es 0,039 mm. Y así, debería obtenerse una reducción de la anchura de pico por un factor de 3. Por otra parte, hay una ganancia de 4 en la velocidad lineal a la altura de plato correspondiente al mínimo de la curva en HPLC; esta ganancia tendría como resultado una reducción de los tiempos de análisis a la cuarta parte. Estas ventajas se reflejan en los cromatogramas que se muestran en la Figura 29-4.

Es digno de comparar el papel de la fase móvil en cromatografía de gases, de líquidos y en cromatografía de fluidos supercríticos. Normalmente, en la cromatografía de gases, la fase móvil sirve a un único propósito, para el desplazamiento de zona. Como ya se ha visto en el Capítulo 28, en la cromatografía de líquidos, la fase móvil sirve no sólo para el transporte de los solutos, sino que también interacciona con ellos modificando los factores de selectividad (-). Cuando una molécula se disuelve en un medio supercrítico, el proceso se parece a la volatilización, pero como si ésta se llevara a cabo a una temperatura mucho más baja de la que normalmente se utilizaría en cromatografía de gases. Así, a una temperatura dada la presión de vapor de una molécula grande en un fluido supercrítico puede ser 1010 veces mayor que en ausencia de este fluido. Por tanto, los compuestos de elevado peso molecular, especies térmicamente inestables, polímeros y moléculas grandes de interés biológico pueden ser eludidas de la columna a temperaturas relativamente bajas. Pueden producirse interacciones entre las moléculas de soluto y las moléculas de un fluido supercrítico teniendo en cuenta la solubilidad de aquéllas en estos medios. El poder disolvente es por ello función de la composición química y de la densidad del fluido. Por tanto, y a diferencia de lo que sucede en la cromatografía de gases, existen posibilidades de modificar a al cambiar la fase móvil.

La Figura 29-5 compara el campo de aplicación de la cromatografía de fluidos supercríticos con la cromatografía de gases y la cromatografía de reparto de líquidos y la cromatografía de exclusión por tamaño (SEC). Obsérvese, que tanto la cromatografía de líquidos como la de fluidos supercríticos son aplicables a la separación de moléculas con intervalos de pesos moleculares de varios órdenes de magnitud mayores que al que es aplicable la cromatografía de gases. Como ya se ha señalado con anterioridad, la cromatografía de exclusión por tamaño puede aplicarse para la separación de moléculas aún más grandes.

29B-3. Aplicaciones

Hasta ahora, la cromatografía de fluidos supercríticos se ha aplicado a la separación de un amplio conjunto de sustancias, entre los que se cuentan productos naturales, fármacos, alimentos, pesticidas y herbicidas, tensioactivos, polímeros, aditivos de polímeros, combustibles fósiles y explosivos y propelentes.

Las Figuras 29-6, 29-7 y 29-8 muestran tres típicas y diversas aplicaciones de SFC. La Figura 29-6 ilustra la separación de una serie de diversos oligómeros de metilpolisiloxano cuyos pesos moleculares están comprendidos entre 400 y 700 Da. Este cromatograma fue obtenido utilizando una columna capilar de sílice fundida de 10 m x 100 -m de diámetro interno y recubierta con una película de fenil polisiloxano al 5 por 100 y de 0,25 -m de espesor. La fase móvil utilizada fue de CO2 a 140 ºC y se utilizó la siguiente programación de presión: 80 atmósferas durante 20 minutos, seguido de un gradiente lineal de 80 a 280 atmósferas a razón de 5 atm/min. Se utilizó un detector de ionización de llama.

La Figura 29-7 muestra la separación de hidrocarburos aromáticos policíclicos extraídos del carbón. La detección se llevó a cabo mediante excitación de la fluorescencia a dos longitudes de onda diferentes. Obsérvese la selectividad aportada por esta técnica. El cromatograma fue obtenido utilizando una columna capilar de sílice fundida de 40 m x 50 Mm de diámetro interno y recubierta con una película de fenil polisiloxano al 50 por 100 y de 0,25 -m de espesor. La fase móvil utilizada fue pentano a 210 ºC y seguida de la siguiente programación: la densidad inicial de la fase móvil se sitúa a 0,07 g/mL durante 24 minutos, y después un programa de aumento asintótico de la densidad hasta llegar a 0,197 g/mL.

La Figura 29-8 ilustra la separación de los oligómeros de una muestra del tensioactivo no iónico Triton X-100. La detección implica la medida de la corriente iónica producida por ionización química en espectrometría de masas. La fase móvil fue dióxido de carbono que contiene un 1 por 100 en volumen de metanol.

La columna utilizada fue una columna capilar de 30 m que está recubierta con una película de 1 [cm de fenilpolisiloxano al 5 por 100. La presión de la columna se incrementó linealmente a una velocidad de 2,5 bares/minuto.

En la literatura 3 más reciente se pueden encontrar varias revisiones sobre las aplicaciones de la cromatografía de fluidos supercríticos.

29C.     EXTRACCIÓN CON FLUIDOS

            SUPERCRÍTICOS

Los análisis de materiales complejos requieren, con frecuencia, como paso previo, la separación del analito o analitos de la matriz en que se encuentra la muestra. Un método analítico de separación, idealmente, debería ser rápido, sencillo y barato; debería producir recuperaciones cuantitativas de los analitos sin pérdidas o degradaciones; debería rendir una disolución de analito que estuviera lo suficientemente concentrada como para permitir la medida final sin que sean necesarios procesos de concentración; y debería generar pocos o nulos productos de deshecho que tengan que ser eliminados o reciclados.

Durante muchos años, uno de los métodos más comunes para llevar a cabo separaciones analíticas en muestras complejas de origen medioambiental, farmacéutico, alimentario y de petróleos se basan en la extracción de las muestras con disolventes orgánicos clorados o hidrocarburos mediante un extractor Soxhlet. Desafortunadamente, las extracciones con líquidos no poseen las cualidades que se han referido en el párrafo previo. Estos procedimientos necesitan, normalmente, varias horas o más para obtener recuperaciones del analito satisfactorias y aun así algunas veces no se consiguen. Los costes de los disolventes son, con frecuencia, elevados. Las disoluciones de los analitos recuperados son, a menudo, tan diluidas que tras la extracción debe llevarse a cabo un proceso de concentración que puede ir acompañado de la degradación y de la pérdida de analito, así como de la contaminación del mismo.

A mediados de los años ochenta, los químicos empezaron a investigar el empleo de los fluidos supercríticos para la separación de los analitos de la matriz de muchas muestras de interés tanto para la industria como para organismos oficiales, debido a que el uso de reactivos de este tipo evitaría muchos de los problemas descritos en los párrafos precedentes y relativos al empleo de disolventes orgánicos como líquidos extractivos 4.

29C-1.      Ventajas de la extracción

               con fluidos supercríticos

En este apartado se detallan una serie de ventajas de las extracciones con fluidos supercríticos (SFE).

1. La SFE, en general, es rápida. La velocidad de transferencia de masa entre la matriz, la muestra y un fluido de extracción se determina por la velocidad de difusión de la especie en el fluido y por la viscosidad del fluido; a mayor velocidad de difusión y más reducida viscosidad, la velocidad de transferencia de masa será mayor. Como ya se ha señalado anteriormente, ambas variables son más favorables para los fluidos supercríticos que para un disolvente líquido típico. En consecuencia, la extracción con fluidos supercríticos se completa, generalmente, entre 10 y 60 minutos, mientras que las extracciones con líquidos orgánicos pueden necesitar varias horas e incluso días.

2. El poder disolvente de un fluido supercrítico puede modificarse por los cambios en la presión y, con menor alcance, en la temperatura. Por el contrario el poder disolvente para un líquido orgánico es esencialmente constante e independiente de las condiciones. Esta propiedad permite que las condiciones para la extracción con fluidos supercríticos puedan ser optimizadas para una clase de analitos dada.

3. Muchos de los fluidos supercrítico son gases a temperatura ambiente. Así, las recuperaciones de los analitos son sencilllas comparadas con las de los líquidos orgánicos que deben vaporizarse por calentamiento, lo que lleva a una posible descomposición en el caso de los analitos térmicamente inestables o bien a pérdidas en el caso de los analitos volátiles. En contraposición, un fluido supercrítico puede ser separado simplemente por descenso de la presión. Además, la corriente del analito puede hacerse borbotear através de un pequeño vial que contenga un buen disolvente para el analito, el cual se disolverá en un pequeño volumen de disolvente.

4. Algunos fluidos supercríticos son baratos, inertes y no tóxicos. Por tanto, se les puede eliminar fácilmente una vez finalizada la extracción dejándolos que se evaporen a la presión atmosférica.

29C-2. Instrumentación

La instrumentación para SFE pude ser relativamente sencilla, como se muestra en la Figura 29-9. Los componentes instrumentales son: una fuente o depósito del fluido, normalmente una bombona de dióxido de carbono; una bomba de desplazamiento que tiene un valor de presión de al menos 400 atmósferas y un caudal para el fluido presurizado de al menos 2 mL/minuto; una válvula para controlar el flujo del fluido crítico en una cubeta de extracción calentada y que tiene una capacidad de unos pocos mL; una válvula de salida que lleva a un restrictor de flujo que presuriza el fluido y lo transfiere al interior de un dispositivo de acumulación. En los instrumentos más sencillos, el restrictor es simplemente un trozo de tubo capilar de 10 a 50 cm de longitud. En los instrumentos comerciales más modernos y sofisticados, los restrictores son variables y se controlan de forma manual o automática. Varios fabricantes de instrumentos ofrecen distintos tipos de aparatos para SFE 5.

Un sistema de SFE puede actuar de dos modos. En el modo de extracción dinámica, la válvula entre la cubeta de extracción y el restrictor permanece abierta de manera que el fluido supercrítico fresco llega continuamente a la muestra y la sustancia extraída fluye continuamente hacia el recipiente donde se recoge y donde tiene lugar la despresurización. En el modo de extracción estática, la válvula entre la cubeta de extracción y el restrictor está cerrada y la cubeta de extracción está presurizada en condiciones estáticas. Después de un período adecuado la válvula de salida se abre y el contenido de la cubeta se transfiere a través del restrictor por un flujo dinámico por bombeo del fluido. El empleo del modo dinámico está más ampliamente difundido que el modo estático.

29C-3. La elección del fluido supercrítico

Se han empleado como medios de extracción dos docenas o más de fluidos supercríticos, pero por encima de todos, al igual que en SFC, la sustancia más ampliamente utilizada es el dióxido de carbono o el dióxido de carbono que contiene algún modificador orgánico. La elección del mejor fluido se determina a partir de un número de variables entre las que se incluyen la polaridad y la solubilidad de los analitos y de los componentes de la matriz, la naturaleza física de la matriz, la concentración de los analitos, la humedad de las muestras, así como consideraciones cinéticas 6. Desafortunadamente, la teoría de las extracciones con fluidos supercríticos es actualmente imperfecta y las condiciones finales, en la mayoría de los casos, deben ser determinadas empíricamente. El dióxido de carbono ha sido el fluido de elección en la mayoría de los estudios. Es un disolvente excelente para especies no polares, tales como alcanos y terpenos, y es un medio de extracción relativamente bueno para especies moderadamente polares, tales como hidrocarburos aromáticos policíclicos, bifenilos policlorados, aldehídos, ésteres, alcoholes, pesticidas organoclorados y grasas. Por lo general no es un buen medio de extracción para compuestos de elevada polaridad a menos que sea modificado por la adición de modificadores de muy elevada polaridad como lo es el metanol. Los modificadores se pueden introducir en el sistema de extracción bien por medio de una segunda bomba o por inyección del modificador en la muestra antes de la extracción.

Se han utilizado una gran cantidad de modificadores para aumentar la polaridad del dióxido de carbono como fluido supercrítico, entre los que se encuentran alcoholes de bajo peso molecular, carbonato de propileno, 2-metoxietanol, cloruro de metileno y ciertos ácidos orgánicos. El más común es un pequeño porcentaje de metanol. La Figura 29-10 demuestra la mejora en la eficacia de la extracción de diversos materiales de muestras de suelos en presencia de pequeñas cantidades de metanol.

29C-4.      Extracciones independientes

               y en línea

Se han utilizado dos tipos de metodología para recoger los analitos después de la extracción: en línea e independiente. En la recogida independiente, que es la más simple de las dos, los analitos se recogen por inmersión del restrictor en unos pocos mililitros del disolvente y dejando que el fluido supercrítico gaseoso se escape a la atmósfera (véase Figura 29-9). Los analitos también pueden ser recogidos sobre adsorbentes como la sílice. Los analitos adsorbidos se eluyen después con un pequeño volumen de disolvente. En cualquier caso, los analitos separados son identificados después por cualquiera de los diversos métodos ópticos, electroquímicos o cromatográficos.

En la recogida en línea, el efluente del restrictor, después de despresurización, es transferido directamente a un sistema cromatográfico. En la mayoría de los casos se trata de un cromatógrafo de gases o de un cromatógrafo de fluidos supercríticos, aunque circunstancialmente han sido empleados cromatógrafos de líquidos. La principal ventaja de la recogida en línea es la eliminación de la manipulación de las muestras entre la extracción y la medida y la potencial mejora de la sensibilidad debido a que no se produce dilución de los analitos.

29C-5.      Aplicaciones relevantes de la SFE

La última referencia de la nota 4 a pie de página da un listado de más de 100 aplicaciones analíticas de las extracciones de fluidos supercríticos que han aparecido en la bibliografía entre 1988 y 1993. Una mayoría de éstas han sido para el análisis de muestras medioambientales. Otras han sido de una variedad de muestras de alimentos, biomédicas e industriales. La Tabla 29-3, en la página siguiente, relaciona unas pocas aplicaciones típicas de las extracciones de fluidos supercríticos con extracción independiente y en línea.

TABLA 29-3. Algunas de las aplicaciones más típicas de la extracción con fluidos supercríticos

Tiempo
Recogida
de extracción,
independiente
Material
Analito*
SF
min
(1) y en línea (2)
Suelos Pesticidas CO2
20
1
Sedimentos fluviales PAH CO2/5 % MeOH
120
1
Humo, polvo urbano PAH CO2
15
2
Lecho de la vía férrea PCB, PAH C02/MeOH
45
1
Alimentos Grasas CO2/MeOH
12
1
Saborizantes, chicles Aromas y fragancias CO2
10
2
Suero Colesterol CO2
30
1
Carbón, cenizas en PCB, dioxinas CO2
15
2
suspensión
Polímeros Aditivos y oligómeros CO2
15
2
Tejidos animales Residuos de medicamentos CO2
9
1

291). CUESTIONES Y PROBLEMAS

29-1.    Definir:

           (a) Temperatura y presión críticas de un gas.

           (b) Fluido supercrítico.

29-2.    ¿Qué propiedades de un fluido supercrítico son importantes en cromatografía?

29-3.    ¿En qué se diferencian los equipos intrumentales de la cromatografía de fluidos supercríticos de los de: (a) HPLC, y (b) GC?

29-4.    Describir el efecto de la presión en los cromatogramas obtenidos en cromatografía de fluidos supercríticos.

29-5.    Citar alguna de las propiedades más ventajosas del CO2 supercrítico como fase móvil para las separaciones cromatográficas.

29-6.    Comparar la cromatografía de fluidos supercríticos con los otros métodos de cromatografía en columna.

29-7.    Predecir el efecto que tendrán sobre el tiempo de elución en SFC con dióxido de carbono supercrítico las siguientes modificaciones:

           (a) Incremento de la velocidad de flujo (a temperatura y presión constantes).

           (b) Incremento de la presión (a temperatura y caudal constantes).

           (c) Incremento de la temperatura (a presión y caudal constantes).

29-8.    Para las extracciones con fluidos supercríticos, diferenciar entre:

           (a) Procesos de recogida en línea e independiente.

           (b) Extracciones estáticas y dinámicas.

29-9.    Citar las ventajas de las extracciones con fluidos supercríticos sobre las extracciones con líquidos.

29-10. ¿Cómo se recuperan los analitos después de una extracción con fluidos supercríticos?

 

 

 

1 Para artículos de revisión sobre esta técnica, véase: M. D. Palmieri, J. Chem. Educ., 1988, 65, A254; 1989, 66, A141; P. R. Griffiths, Anal. Chern., 1988, 60, 593A; R. D. Smith, B. W. Wright y C. R. Yonker, Anal. Chern., 1988, 60, 1323A, M. L. Lee y K. E. Markides, Science, 1987, 235, 1342. Para monografías sobre esta técnica, véase: Supercritical Fluid Chrornatography, R. M. Smith, Ed. London: The Royal Society of Chemistry, 1988; C. M. White, Modern Supercritical Fluid Chrornatography. Heidelberg, RFA: Alfred Huethig Verlag, 1988.

* Reproducción autorizada de M. L. Lee y K. E. Markides, Science, 1987, 235, 1345.

2 T. L. Chester, J. Chrornatogr. Sci., 1986, 24, 226.

3 T. L. Chester y J. D. Pinkston, Anal. Cheyn., 1990, 62, 3948; M. D. Palmieri, J. Chem. Educ., 1989, 66, A 141; C. M. White y R. K. Houk, HRC and CC 1986, 9(1), 4.

4 Para más información sobre la SFE, véase S. B. Hawthorne, Anal. Chem., 1990, 62, 633A; J. L. Hedrick, L. J. Mulcahey y L. T. Taylor, Mikroch¡rn Acta, 1992, 108, 115; L. T. Taylor, Anal. Chern., 1995, 67, 364A; Sttpercritical Fluid Extraction arad Its Use in Chrotrtatographic Sample Preparation, S. A. Wetswood, Ed., Boca Raton, CRC Press, 1993; M. D. Luque de Castro, M. Valcarcel y M. T. Tena, Analytical Supercritical Fluid Extraction, New York: Springer Verlag, 1994; L. T. Taylor, Supercritical Fluid Extraction, New York: Wiley, 1996.

5 Véase F. Wach, Anal. Chem., 1994, 66, 369A.

6 Para la revisión de los efectos de muchas de estas variables, véase M. E. P. MeNally, Anal. Chem., 1995, 67, 308A.

* PAH = hidrocarburos aromáticos policíclicos; PCB = bifenilos policlorados.