Fabric Phase Sorptive Extraction -Silica-based Sol–Gel Sorbent for Simultaneous Extraction of Pyrene, Chrysene, and Benzo[a]pyrene from Urine Samples

Resumen Técnico: Extracción de Fase de Sorción por Tejido con Sorbente de Sol–Gel basado en Sílice para PAHs en Orina

Planteamiento del Problema
Los hidrocarburos aromáticos policíclicos (PAHs), específicamente el pireno, el criseno y el benzo[a]pireno, son reconocidos por sus propiedades carcinogénicas y mutagénicas. Si bien el muestreo de aire es común, este no logra contabilizar las rutas de exposición dérmica e ingestión, lo que hace necesario el monitoreo biológico mediante matrices como la orina. Sin embargo, la complejidad de las muestras biológicas hace que la preparación de la orina para el análisis de PAHs sea laboriosa y desafiante. Las técnicas convencionales como la extracción en fase sólida (SPE), la extracción líquido–líquido (LLE) y la microextracción en fase sólida (SPME) a menudo sufren de limitaciones que incluyen la obstrucción de columnas, el alto consumo de solventes orgánicos y una baja eficiencia de extracción. Existe la necesidad de métodos de preparación de muestras avanzados y rentables que aseguren una alta exactitud y precisión, minimizando al mismo tiempo los pasos de pretratamiento.

Metodología
Este estudio empleó la Extracción de Fase de Sorción por Tejido (FPSE) acoplada a la Cromatografía Líquida de Alta Resolución (HPLC) y detección UV para extraer y cuantificar el pireno, el criseno y el benzo[a]pireno de muestras de orina.

• Desarrollo del Sorbente: Se sintetizó un sorbente recubierto de sol–gel utilizando una composición de fenilo/metilo/poli(dimetilsiloxano) (PDMS). Los grupos fenilo fueron seleccionados para facilitar las interacciones $\pi$–$\pi$ con los PAHs objetivo. La solución de sol–gel se preparó con proporciones molares específicas de polímero PDMS, metiltrimetoxisilano, feniltrimetoxisilano y otros reactivos, seguido de ultrasonicación.
• Preparación del Tejido: El tejido de poliéster fue activado mediante lavados secuenciales con NaOH y HCl, secado y luego recubierto con la solución de sol–gel mediante inmersión. Las membranas recubiertas se sometieron a acondicionamiento térmico y limpieza para asegurar la estabilidad y eliminar residuos no unidos.
• Protocolo de Extracción: El procedimiento optimizado de FPSE consistió en sumergir una membrana recubierta de sol–gel de 2×2 cm en 10 mL de muestras de orina (diluidas 10 veces, pH 7) durante 1 hora a una velocidad de agitación de 1000 rpm. La fuerza iónica se ajustó al 15% utilizando cloruro de sodio.
• Desorción y Análisis: Tras la extracción, los analitos se desorberon utilizando 1 mL de acetonitrilo mediante centrifugación. Las muestras desorbidas se analizaron utilizando una columna C18 con una fase móvil de gradiente de acetonitrilo y agua. Las longitudes de onda de detección se optimizaron para cada analito (270 nm para el pireno, 290 nm para el benzo[a]pireno y 390 nm para el criseno).

Contribuciones Clave y Optimización
El estudio optimizó sistemáticamente las variables críticas para maximizar la recuperación de la extracción:

• Volumen de la Muestra: Se identificó que 10 mL era el volumen óptimo; volúmenes mayores (15–20 mL) redujeron la eficiencia debido a los límites de capacidad del sorbente.
• Tamaño del Sorbente: Una membrana de 2×2 cm proporcionó la mayor área superficial y eficiencia de extracción en comparación con tamaños menores.
• Tiempo de Extracción: El equilibrio se alcanzó dentro de 1 hora; los tiempos de inmersión más largos (4–6 horas) provocaron una disminución en la recuperación, probablemente debido a la retrodifusión o saturación.
• Condiciones de Desorción: El acetonitrilo fue superior al metanol y al diclorometano para la desorción, ofreciendo un equilibrio entre solubilidad y compatibilidad con HPLC. Un volumen de 1 mL y un tiempo de desorción de 10 minutos proporcionaron los mejores resultados.
• Condiciones de la Matriz: Se determinó que un pH neutro (7) y una fuerza iónica del 15% eran óptimos para maximizar la transferencia de analitos al sorbente.

Resultados
El método desarrollado demostró alta linealidad, sensibilidad y precisión:

• Linealidad: Las curvas de calibración tanto en matriz de agua como de orina mostraron coeficientes de correlación ($r^2$) que oscilaron entre 0.9836 y 0.995.
• Sensibilidad: El método logró bajos límites de detección (LOD) y de cuantificación (LOQ). Específicamente, los LOD fueron de 0.9 ppm para el pireno y de 0.6 ppm para el criseno y el benzo[a]pireno. Los LOQ fueron de 0.3 ppm para el pireno y de 0.2 ppm para los otros dos analitos.
• Precisión y Exactitud: Las desviaciones estándar relativas (RSD) intra-día oscilaron entre 2.25% y 4.05%, y las RSD inter-día entre 3.93% y 5.27%. Las recuperaciones de extracción (RR) estuvieron entre 93.4% y 96.6%, dentro de los límites aceptables de validación.
• Separación: El sistema de HPLC resolvió con éxito los tres PAHs con picos distintos y no superpuestos y un tiempo de corrida total de menos de 10 minutos.

Significancia y Reivindicaciones
Los autores afirman que este enfoque de FPSE-HPLC ofrece una alternativa fiable y simplificada a las técnicas convencionales de preparación de muestras. Al utilizar un sorbente de sílice recubierto con sol–gel, el método elimina la necesidad de pasos complejos de pretratamiento de la orina, reduciendo así el tiempo de análisis y el consumo de solventes orgánicos. El recubrimiento de sol–gel proporciona una alta estabilidad térmica y química, permitiendo el contacto directo con la matriz de la muestra. El estudio concluye que el método es una herramienta robusta para la extracción y determinación simultánea de PAHs en muestras biológicas, apta para aplicaciones en estudios ambientales, de salud ocupacional y toxicológicos. Los autores señalan que, aunque la FPSE aún no es ubicua comercialmente, su alta exactitud, precisión y reproducibilidad la han establecido como una técnica de laboratorio práctica.