Carbón activado magnético de semilla de palta como fase sorbente para microextracción sortiva dispersiva en disco rotatorio (RDSDE)

Abstract

En esta investigación se realizó la magnetización de un carbón activado de semilla de palta (CA) mediante la reacción de co-precipitación debido a su simpleza y control de características específicas necesarias para utilizar éste sorbente en microextracción dispersiva. Se caracterizó el carbón activo magnético (CAM) mediante Espectroscopía IR, SEM-EDX, VSM y BET, los cuales fueron comparados con la fase sorbente sin magnetizar. De acuerdo con los resultados de la caracterización se obtuvo exitosamente un carbón activo magnético. El mapeo SEM-EDX indicó una distribución homogénea de la magnetita en la superficie del carbón activo, De acuerdo con la curva de histéresis el carbón activado magnético (CAM) revela un comportamiento característico de un material ferromagnético blando. Este material presentó un campo coercitivo de 46,5 Oe y una magnetización remanente de 3,8 emu/g, junto con una magnetización de saturación de aproximadamente 40 emu/g. Mediante el análisis de las isotermas de adsorción y desorción de nitrógeno, se determinaron las dimensiones superficiales del sorbente, obteniéndose un área superficial específica de 754 m²/g, un volumen total de poro de 0,48 cm³/g y un tamaño promedio de poro de 2,55 nm. Para la aplicación del CAM se hizo uso de la novedosa tecnología de microextracción basada en la extracción sortiva/dispersiva en disco rotatorio (RDSDE) la cual fue optimizada y validada para la determinación de analitos en dos matrices. La metodología RDSDE/GC-MS fue optimizada y validada para determinar los contaminantes emergentes Ibuprofeno, 1-Hidroxiibuprofeno, Triclosán y Bisfenol-A en agua, utilizando 20 mL de muestra y 10 mg de CAM a un tiempo de extracción de 20 min. Las recuperaciones relativas se determinaron utilizando un estándar interno, con valores que oscilaron entre el 71% y el 100%, y desviaciones estándar relativas (%RSD) entre el 3% y el 7%. Por su parte, la metodología RDSDE/UHPLC-DAD fue optimizada y validada para determinar el antibiótico Florfenicol en plasma de cerdo, utilizando 500 μL de muestra diluida en 10 mL de agua y 20 mg de CAM a un tiempo de extracción de 20 min. La recuperación absoluta fue de 86 % y se obtuvo un RSD de 3 %. Se compararon la eficiencia y rapidez de la tecnología RDSDE con su homóloga, la extracción por sorción en disco rotatorio (RDSE), en las matrices correspondientes. La comparación cinética entre ambas tecnologías se realizó utilizando la misma cantidad de fase sorbente (CAM), pero confinada en la cavidad del disco en el caso de la tecnología RDSE. Respecto a los perfiles de extracción, el equilibrio se logró a los 20 minutos en la modalidad dispersiva en los 5 analitos en estudio y en la modalidad confinada se alcanzó después de 18 horas. Respecto a la eficiencia metodológica, se optimizó el método RDSE utilizando CA como fase sorbente. En la metodología RDSE/GC-MS el tiempo de extracción fue de 60 minutos utilizando 20 mL de muestra con 50 mg de CA obteniendo recuperaciones absolutas semejantes al método RDSDE (65 - 90%). Los resultados demuestran una gran diferencia en los tiempos de extracción en todos los analitos en la modalidad dispersiva respecto a la confinada, en conjunto de ser más eficientes como tecnologías de microextracción.

In this research, the magnetization of activated carbon derived from avocado seeds (AC) was achieved through a co-precipitation reaction due to its simplicity and ability to control specific characteristics necessary for using this sorbent in dispersive microextraction. The magnetic activated carbon (MAC) was characterized using IR spectroscopy, SEM-EDX, VSM, and BET analyses, which were compared with the non-magnetized sorbent phase. The characterization results confirmed the successful synthesis of magnetic activated carbon. SEM-EDX mapping revealed a homogeneous distribution of magnetite on the activated carbon surface. The hysteresis curve indicated that the magnetic activated carbon (MAC) exhibits the behavior characteristic of a soft ferromagnetic material. This material displayed a coercive field of 46.5 Oe, a remanent magnetization of 3.8 emu/g, and a saturation magnetization of approximately 40 emu/g. Using nitrogen adsorption-desorption isotherms, the surface dimensions of the sorbent were determined, yielding a specific surface area of 754 m²/g, a total pore volume of 0.48 cm³/g, and an average pore size of 2.55 nm. For the application of MAC, the innovative technology of disk-based dispersive sorptive microextraction (RDSDE) was employed, optimized, and validated for the determination of analytes in two matrices. The RDSDE/GC-MS methodology was optimized and validated for determining the emerging contaminants ibuprofen, 1-hydroxyibuprofen, triclosan, and bisphenol-A in water, using 20 mL of sample and 10 mg of MAC with an extraction time of 20 minutes. Relative recoveries were determined using an internal standard, with values ranging from 71% to 100% and relative standard deviations (%RSD) between 3% and 7%. Similarly, the RDSDE/UHPLC-DAD methodology was optimized and validated for the determination of the antibiotic florfenicol in pig plasma, using 500 μL of sample diluted in 10 mL of water and 20 mg of MAC with an extraction time of 20 minutes. Absolute recovery was 86%, with an RSD of 3%. The efficiency and speed of the RDSDE technology were compared with its counterpart, rotating disk sorptive extraction (RDSE), in the corresponding matrices. A kinetic comparison between the two technologies was conducted using the same amount of sorbent phase (MAC), which was confined within the disk cavity in the case of RDSE technology. Regarding extraction profiles, equilibrium was reached at 20 minutes in the dispersive mode for all five analytes studied, while in the confined mode, equilibrium was achieved after 18 hours. In terms of methodological efficiency, the RDSE method was optimized using AC as the sorbent phase. In the RDSE/GC-MS methodology, an extraction time of 60 minutes was used with 20 mL of sample and 50 mg of AC, achieving absolute recoveries like the RDSDE method (65 – 90%). The results demonstrate a significant difference in extraction times for all analytes between the dispersive and confined modes, with the dispersive modality being faster and more efficient as a microextraction technology.