Evaluación del potencial de sólidos monolíticos modificados con nanopartículas en técnicas de microextracción

Resumo

1. Introducción o motivación de la tesis La Química Analítica es la ciencia que desarrolla, optimiza y aplica procesos de medida para obtener información sobre la composición y la naturaleza (bio)química de la materia. La etapa de tratamiento de la muestra es la que más afecta a la calidad de la información analítica, ya que se considera la principal fuente de error del proceso analítico. En general, las técnicas de tratamiento de muestra juegan un papel importante en la mejora de la sensibilidad, a través de la preconcentración de los analitos, y de la selectividad, por su aislamiento de la matriz de la muestra. La simplificación, automatización y miniaturización de esta etapa han sido tendencias clave que han marcado la evolución de esta disciplina en la última década. En este contexto, es necesario el desarrollo de nuevas fases extractantes más eficientes para que la reducción de dimensiones no afecte negativamente a las propiedades analíticas básicas [1, 2]. Los logros alcanzados en las técnicas de microextracción en fase sólida están en gran parte marcados por el empleo de nanopartículas y polímeros nanoestructurados [3-5]. Los sólidos monolíticos se han empleado con excelentes resultados como fases estacionarias en técnicas de separación debido a las excepcionales propiedades que les confiere su estructura continua, porosa y homogénea [6, 7]. Además, el proceso de fabricación es relativamente simple. En este contexto, la posibilidad de incorporar micro y nanomateriales permite combinar su elevada superficie específica con la alta porosidad y variabilidad funcional de los materiales monolíticos, favoreciendo la interacción con un determinado tipo de analitos [8]. Teniendo en cuenta lo anteriormente expuesto, la Tesis Doctoral ha tenido como objetivo general la evaluación del potencial de los sólidos monolíticos modificados con nanoestructuras de carbono como material sorbente en técnicas de microextracción en fase sólida, culminando con el desarrollo de estructuras monolíticas formadas únicamente por nanopartículas. En concreto, se han llevado a cabo diferentes síntesis y estrategias para incorporar las nanopartículas en la matriz polimérica y, se han evaluado distintos formatos de microextracción para la resolución de problemas medioambientales, clínicos y/o de alimentos. Por último, se ha extendido el uso de estos materiales híbridos al ámbito de las separaciones cromatográficas. 2. Contenido de la investigación De acuerdo con el objetivo general, surgen diferentes objetivos específicos que se presentan a continuación: • Estudio bibliográfico como primera toma de contacto con el campo en el que se desarrolla la investigación. Esto se ha materializado en la publicación de una revisión crítica que constituye la Introducción de esta Tesis Doctoral. • Estudio de los procesos de inclusión de las nanopartículas en la matriz polimérica. Así, se estudiarán diferentes estrategias de introducción de las nanopartículas, tales como anclaje químico y fotoquímico a la superficie del polímero, así como atrapamiento de las nanopartículas en la estructura monolítica, que son ampliamente discutidas en el Bloque I. • Evaluación de diferentes formatos de microextracción, tal como se muestra en el Bloque II de esta Memoria. • Desarrollo de nuevas estrategias de síntesis que permitan obtener estructuras monolíticas formadas exclusivamente por nanopartículas de carbono. Esta investigación se recoge en el Bloque III. • Caracterización de los sólidos sintetizados mediante diversas técnicas instrumentales. Esto se ha llevado a cabo a lo largo de la Tesis Doctoral. • Aplicación de las unidades de extracción desarrolladas a la resolución de problemas medioambientales, clínicos y/o de alimentos, de manera transversal en el conjunto de publicaciones de esta Memoria. • Utilización de los sólidos sintetizados como fases estacionarias en separaciones cromatográficas, tal como se muestra en el Capítulo 2 de esta Memoria. 3. Conclusión El objetivo general y los objetivos específicos planteados en la presente Tesis Doctoral se han alcanzado con éxito. De este modo, se ha llevado a cabo la síntesis de nuevos materiales sorbentes que combinan polímeros monolíticos con nanopartículas de carbono, los cuales se han empleado como sorbentes en distintas técnicas de microextracción en fase sólida. Además, se ha realizado la caracterización de dichos materiales mediante técnicas tanto espectroscópicas como microscópicas. Las unidades de microextracción desarrolladas se han aplicado a la resolución de problemas en los ámbitos medioambientales, clínico y/o de alimentos. 4. Bibliografía [1] B. Buszewski, M. Szultka, Past, present, and future of solid phase extraction: a review, Crit. Rev. Anal. Chem., 42 (2012) 198-213. [2] Z. Zhang, M.J. Yang, J. Pawliszyn, Solid-phase microextraction. A solvent-free alternative for sample preparation, Anal. Chem., 66 (1994) 844-853. [3] E.M. Reyes-Gallardo, R. Lucena, S. Cárdenas, M. Valcárcel, Polymer-nanoparticles composites in bioanalytical sample preparation, Bioanalysis, 7 (2015) 1723-1730. [4] R. Lucena, B. Simonet, S. Cárdenas, M. Valcárcel, Potential of nanoparticles in sample preparation, J. Chromatogr. A, 1218 (2011) 620-637. [5] M. Valcarcel, B.M. Simonet, S. Cardenas, B. Suárez, Present and future applications of carbon nanotubes to analytical science, Anal. Bioanal. Chem., 382 (2005) 1783-1790. [6] J.C. Masini, F. Svec, Porous monoliths for on-line sample preparation: A review, Anal. Chim. Acta, 964 (2017) 24-44. [7] F. Svec, Less common applications of monoliths: Preconcentration and solid-phase extraction, J. Chromatogr. B, 841 (2006) 52-64. [8] B. Fresco-Cala, S. Cárdenas, Potential of nanoparticle-based hybrid monoliths as sorbents in microextraction techniques, Anal. Chim. Acta, (2018). DOI:10.1016/j.aca.2018.05.069