Equipos analizadores moleculares
La caracterización, identificación y
descripción de la estructura de cualquier tipo de muestra desconocida es
posible realizarla a través de modernos equipos de análisis molecular, que
mediante diferentes tecnologías nos permiten obtener detalles de la
constitución molecular de cualquier tipo de muestra.
La necesidad de un examen específico para los
componentes de distintas sustancias, ha impulsado al desarrollo de métodos de
análisis variados acordes a las características y aplicaciones particulares.
Entre las técnicas y equipos más usados para
análisis molecular de sustancias tenemos las espectrometrías, cromatografías y
espectrofotometrías.
En primer lugar tenemos la absorción atómica,
que es una técnica ideal para la identificación y cuantificación de muchos
elementos. Se pueden hacer análisis para la industria farmacéutica, industria
alimenticia, petroquímica, así como, es util en toxicología, bioquímica y análisis
de suelos y aguas, pudiendo determinar elementos potencialmente tóxicos como
cromo, cobalto, níquel, plomo, cadmio o cesio.
Los Espectrofotómetros
de Absorción Atómica se basan en el principio de cada átomo tiene su
propia longitud de onda capaz de ser detectada usando diferentes tipos de
métodos, siendo los más comunes la absorción atómica de llama.
Entre las principales ventajas
que tienen estos equipos es que pueden analizar hasta 82 elementos y pueden
detectar valores inferiores a partes por millón (ppm).
Estos equipos se manejan en
forma muy simple, y las muestras que van a análisis requieren un preparación previa.
La desventaja principal es que son capaces de analizar un elemento por vez y
que las muestras deben estar en estado líquido.
Otro método de análisis molecular es la
cromatografía líquida de alto rendimiento, que es una técnica muy utilizada
para la medición de sustancias farmacológicas, pesticidas y otros elementos
químicos.
El equipo que lleva a cabo esta técnica es el
Cromatógrafo
de Líquidos Espectrómetro de Masas (LCMS), que tiene una alta precisión y permite desarrollar ambas técnicas combinadas:
cromatografía y espectrometría.
Por una parte, la
cromatografía líquida permite separar a través de una columna de
cromatrografía, las mezclas en sus diferentes componentes, lo cual es muy útil
cuando la muestra tiene muchos elementos mezclados. Pero con la cromatografía es
difícil lograr identificar los elementos ya separados. Para ello, se combina
con la espectrometría de masas, que sí es capaz de hacer una identificación de
los diferentes elementos constituyentes y adicionalmente realizar un análisis
de sus detalles estructurales.
En definitiva, la
combinación de estas dos técnicas, permite una mejor identificación, ya que la espectrometría
de masas no es buena para identificar elementos que están contenidos en
muestras mezcladas, pero es la técnica de elección para evaluar sustancias por
separado.
Para el funcionamiento de
ambas técnicas en un solo equipo, se debe contar con una interfaz que permita
conectar los líquidos del cromatógrafo al espectrómetro.
En la actualidad, estos
equipos tienen aplicaciones en ciencias forenses, dado que permite análisis de
drogas, trazas y tóxicos en cantidad de muestra muy pequeña. También se usa
para la realización de test de dopaje, estudios de bioequivalencia y
biodisponibilidad y se pueden hacer determinaciones de peso molecular,
estructura e identificación de sustancias incluso desconocidas. Igualmente es
posible la determinación de herbicidas y otros tóxicos en la industria
agroalimentaria, así como investigación de drogas y estudios de control de
calidad.
Otro equipo de análisis molecular es el Espectrómetro de Transmisión de Infrarrojo con Transformada de Fourier (FTIR), que es actualmente el equipo de espectroscopia infrarroja más usado. El principio de este tipo de equipos está basado en las propiedades de la radiación infrarroja, que al pasar por una muestra, parte es absorbida por las sustancias y otra parte se transmite, esto genera como resultado un espectro de luz único y que sirve como medio de identificación. Cada muestra o sustancia deja una huella espectral diferente lo que facilita la determinación exacta de su naturaleza. La transformada de Fourier genera espectros identificables y cuantificables.
Aunque se usa más
frecuentemente sobre sustancias orgánicas, también está establecido su uso
sobre algunas sustancias inorgánicas. Además, son capaces de procesar muestras
en estado sólido o líquido.
Con estos equipos, se pueden
realizar diferentes técnicas de FTIR, como lo son: la transmisión, reflexión
difusa, reflexión total atenuada y la reflexión especular.
De esta forma, se logra
hacer la identificación y monitoreo de compuestos, lo cual tiene muchas
aplicaciones especialmente para los compuestos orgánicos y polímeros. También
se puede hacer la verificación de identidad de sustancias y trabajar sobre
sustancias desconocidas para su análisis.
En el caso de material biológico,
esta técnica aporta tanto la estructura de la sustancia como la composición química,
debido a que cada átomo constitutivo de la muestra deja un espectro específico
e individual. Se puede utilizar para análisis de fluidos humanos, bacterias, virus, hongos, células y
tejidos, siendo tan específicos que aportan inclusive datos de composición de
pared celular, moléculas intracelulares y composición del citoplasma.
Otro equipo de análisis
molecular es el Espectrómetro
de Fluorescencia de Rayos X (XFR), que nos ofrece un método de
análisis alternativo para la detección de la composición química de muchos
tipos de muestras.
Este método tiene la ventaja
que no requiere de la preparación previa de las muestras y es muy seguro. Se basa en la propiedad que tienen todos los
elementos de emitir diferentes intensidades espectrales por rayos X.
Se pueden usar materiales
sólidos, líquidos e incluso en estado gaseoso y permite detectar contenidos por
debajo de 1 ppm. Una ventaja es que no destruye el material para hacer la evaluación,
como ocurre con otras metodologías de determinación.
La mayoría de los
espectómetros de fluorescencia de rayos X se pueden configurar para realizar
diferentes tipos de análisis. No es un método destructivo y deja el material
intacto sin perder ninguno de sus propiedades iniciales.
No usan sustancias químicas,
por lo que es muy limpio, tiene bajo costo, hacen una determinación rápida, la interpretación
de los resultados es muy simple y adicionalmente permite la determinación de
varios elementos en forma simultánea.
La mayoría de estos equipos son
portátiles y pueden analizar muestras de gran tamaño si fuese necesario.
Por último, tenemos el Cromatógrafo
de Gases Espectrómetro de Masas (GCMS), que es un equipo de gran
utilidad en algunos tipos de análisis molecular. La espectometría de
masas es una técnica de análisis muy completa, que es usada en investigación
para la identificación inequívoca y medición de concentración de sustancias. Es
un método muy sensible, que aporta información isotópica y estructural, capaz de
medir elementos más pequeños que ppm. En este proceso se ioniza la muestra.
Este tipo de equipo acopla
los dos métodos: cromatografía y espectrometría de masas. Con el primero se
separa la muestra, luego de la separación y la detección de los componentes, el
único dato adicional que ofrece esta técnica es el tiempo de retención de los
picos cromatrográficos, que son útiles cuando se examinan sustancias con muchos
componentes. Por otra parte, el espectrómetro de masas es inequívoco pero necesita un proceso de separación
previa para ser eficaz.
La técnica combinada suma
las ventajas de ambos métodos aunque se requiere se sistemas de conexión
especiales.
Estos equipos tienen
limitaciones en particular con el análisis de compuestos poco volátiles,
sensibles a elevaciones de temperatura, o compuestos en forma iónica, ya que
por su naturaleza son poco volátiles.
Tienen la ventaja de
utilizar detectores más universales como los ionizadores de llama, además es un
método más simple y rápido que la cromatografía líquida y mucho más sensible.
También es un método más
económico pero su desventaja es que no puede evaluar elementos volátiles o semi-volátiles,
que no sean termoestables por encima de 350oC.
La selección del equipo adecuado
pasa por tener claro las necesidades exactas y su uso, así como del presupuesto
disponible.
Referencias
1.
Nikalje, Anna.
(2018). Liquid Chromatography-Mass Spectrometry and Its Applications: A Brief
Review. Archives of Organic
and Inorganic Chemical Sciences. 1. 10.32474/AOICS.2018.01.000103.
2.
Jaggi, Neena &
Vij, D.R. (2007). Fourier Transform Infrared Spectroscopy. 10.1007/0-387-37590-2_9.
3.
Sarria Villa, Rodrigo Andrés. (2017).
Cromatografia de gases acoplado a espectrometría de masas.
4.
Gutierrez MC, Droguet M. La cromatografía de
gases y la espectrometría de masas BOLETÍN INTEXTER (U.P.C.) 2002. Nº 122.
