AMB - Análisis Medioambiental y Bioanálisis

Investigación: Especiación Química y Multiespeciación

Especiación de Sn, As, Se, Hg y Sb

Multiespeciación de Hg y Se

Multiespeciación de As y Se

Especiación múltiple de especies de selenio y selenoproteínas

Especiación de Sn, As, Se, Hg y Cr

El carácter esencial o tóxico de las trazas metálicas depende de la forma química (especie) en que se encuentre. Así la toxicidad del As disminuye de las formas inorgánicas (AsO33-, AsO43-) a las orgánicas, como la arsenobetaina (AsB). Asimismo, el tributilestaño (TBT) y el metilmercurio MHg son las formas más tóxicas de Sn y Hg. El selenio previene del cáncer pero sus formas inorgánicas SeO32- y SeO42- son tóxicas. Asimismo, el Cr(VI) es la forma tóxica del cromo frente al Cr(III) no tóxico. De ahí la importancia y el interés de desarrollar procedimientos analíticos para distinguir y analizar las diversas especies de un elemento o varios en matrices medioambientales, alimentarias y biológicas.

Especiación de estaño
Los problemas ocasionados por las distintas especies de estaño tienen su origen en el uso de este elemento como biocida y en la estabilización de los plásticos (tributilestaño-TBT y dibutilestaño-DBT). De ahí que sea uno de los elementos clásico en estudios medioambientales, por su presencia en aguas, sedimentos y organismos de origen acuático. De ahí también que la mayoría de los procedimientos de especiación de estaño vayan orientados a muestras medioambientales y alimentos de origen marino.
Recientemente se están abordando la especiación de estaño en muestras de alimentos en contacto con recubrimientos plásticos, debido a la migración de estas especies, en especial a muestras de vino, cerveza o zumos.

Las metodologías analíticas en este campo deben atender a los requerimientos de las numerosas normativas internacionales dirigidas a proteger la fauna marina, y más recientemente a evitar su presencia en aguas potables por la migración de DBT (dibutilestaño) de las conducciones de PVC.

Especiación de mercurio
Dada la toxicidad del mercurio, en particular de sus especies alquiladas, es importante disponer de procedimientos rápidos y sensibles para la especiación de este elemento, sobre todo en estudios medioambientales y en alimentos de origen marino. El metilmercurio atraviesa con facilidad las membranas biológicas, lo que permite su acumulación en organismos con tejidos grasos. El grupo de investigación AMB ha desarrollado un procedimiento de especiación de mercurio relativamente simple basado en la separación de las especies con cromatografía de gases acoplada en serie con una unidad de pirolisis, y detección del mercurio elemental con detector de fluorescencia atómica (GC-Py-AFS). Aunque más recientemente, ha optimizado metodologías basadas en HPLC-ICP-MS. Este último acoplamiento permite además el análisis simultáneo de diversas especies de Hg y Se, incluidas formas quirales de Se-selenometionina (multiespeciación), haciendo uso de un sistemas de válvulas para el acoplamiento de columnas cromatográfícas diferentes. Asimismo, se está abordando el uso de fibras huecas para la extracción y preconcentración de las especies a partir de muestras medioambientales y alimentarias.

Especiación de arsénico
El grupo tiene una gran experiencia en la especiación de especies convencionales de arsénico (AsO33-, AsO43-, monometilarsénico -MMA, dimetilarsénico –DMA, arsenobetaina –AsB), mediante el acoplamiento de la cromatografía líquida con detectores de fluorescencia atómica, usando una interface de flujo continuo en la que las especies se someten a fotodescomposición con luz ultravioleta, si se analizan especies que no forman hidruros, y generación de hidruros en línea previa a su análisis por AFS (HPLC-(UV)-HG-AFS).
Recientemente, se han encontrado nuevas especies de arsénico, como tioarsenicales o arsénico unido a fitoquelatinas, y sobre todo, especies relacionadas con el metabolismo del arsénico cuando este se ingiere en los alimentos. Por ello se están desarrollando nuevas metodologías basadas en el uso del detector ICP-MS, el cual permite, además, la simplificación de las interfaces cromatógrafo-detector. De manera especial se está considerando la presencia de especies de arsénico en alimentos frescos dedicados a consumo humano que contienen potencialmente arsénico, como bivalvos, anémonas, caracoles, etc, y alimentos básicos como el arroz o productos hortícolas de amplia difusión como el tomate. Asimismo, se dispone de la metodología adecuada para cuantificar especies de arsénico en fluidos biológicos: plasma y orina, lo que permite el seguimiento del metabolismo de estas especies y su posible incidencia en la salud. La identificación de las especies desconocidas de este elemento se realiza con espectrometría de masas (HPLC-MS/MS y QqTOF-MS). Un aspecto crítico es la extracción de las especies a partir de la muestra, aspecto que se está abordando con baño y sonda de ultrasonidos, y microondas focalizados. Más recientemente se está haciendo uso de la extracción con fibra hueca.

Especiación de selenio
El selenio es un elemento esencial asociado a funciones biológicas debido a su actividad antioxidante y su efecto en la regulación de las hormonas tiroideas, desarrollo celular, prevención del cáncer y trastornos neurológicos. No obstante, las especies inorgánicas de selenio, sobre todo en dosis elevadas, tienen importantes consecuencias negativas sobre la salud, que conducen a la pérdida del pelo y uñas, mareos, náuseas y otros efectos indeseables.

La especiación de especies convencionales de selenio puede realizarse con acoplamientos de cromatografía líquida con detección mediante fluorescencia atómica, utilizando un diseño instrumental análogo al descrito previamente para las especies de arsénico. Cuando las especies que se estudian son muy diversas e incluyen formas polares (Se(IV) y Se(VI)) y menos polares (selenometionina, selenoetionina, selenocisteina), es posible el uso de acoplamientos de columnas ortogonales de comportamiento complementario como SAX y C18. Se ha prestado un especial interés en el estudio de métodos rápidos para la extracción de las especies a partir de matrices de alimentos como levadura, champiñones o muestras de algas, cpmp la extracción con disolventes presurizados, la sonda de ultrasonidos y la sonda de microondas.

En el estudio de matrices biológicas, alimentos y alimentos funcionales, en las que se encuentran Se-biomoléculas desconocidas y Se-proteínas, suelen utilizarse sistemas cromatográficos multidimensionales que emplean cromatografía líquida y detección con ICP-MS. Generalmente la identificación o confirmación de las especies desconocidas se realiza mediante espectrometría de masas.

Multiespeciación

Numerosos métodos de especiación desarrollados hasta ahora consideran formas químicas de un solo elemento, pero en los problemas reales relacionados con el medio ambiente, los alimentos o los fluidos biológicos participan elementos y especies diversas. Por ello se están desarrollando procedimientos para la especiación multielemental, aplicables a los análisis de rutina. El grupo AMB está diseñando y poniendo a punto métodos de extracción y separación para el estudio de especies metálicas agrupadas en parejas: Hg–Se y Se–As.

Especies de Hg-Se

En el apartado de especiación de mercurio se ha descrito el procedimiento propuesto para especies de Hg y Se utilizando el acoplamiento HPLC-ICP-MS, con dos columnas (RP y Chirobiotic T) y fases móviles con agentes formadores de pares iónicos y reactivos quelatantes para el Hg.

Especies de As y Se

Se ha estudiado la separación simultánea de especies de estos dos elementos con HPLC y detección ICP-MS. La separación cromatográfica se optimiza en función de las especies que se consideren. El procedimiento se estás aplicando a muestras de tejidos y fluidos biológicos. Se están optimizando procedimientos rápidos de extracción basados en PLE, MAE y UP. Los compuestos separados y detectados por HPLC-ICP-MS se estudian por HPLC-MS/MS para confirmar su estructura. Cuando es necesario se aislan los picos cromatográficos desconocidos mediante recolección de fracciones HPLC para su caracterización por técnicas de masas en tándem, QqQ o Qq-TOF.

Especiación múltiple de especies de selenio y selenoproteínas

Mención especial merece la posibilidad de determinar las distintas formas químicas del selenio, que como es bien sabido es un elemento esencial para los seres vivos y en particular para el hombre. Este elemento está presente en el organismo en forma de diversas proteínas que presentan numerosas funciones biológicas como la glutationperoxidasa (GPx), la selenoproteina P (SeP) yla selenoalbúmina (SeAlb). La especie de selenio más abundante en el el torrente sanguíneo es la SeP, aunque su presencia está interrelacionada con la GPX y la SeAlb. Además, hay que considerar la presencia de selenometabolitos, unidades básicas a partir de las cuales se sintetizan las selenoproteínas. El grupo AMB ha diseñado acoplamientos instrumentales basados en el uso del ICP-MS con dilución isotópica con cuatro minicolumnas cromatográficas y una válvula múltiple de seis vías para la cuantificación de seleno proteínas en el suero sanguíneo. Como puede apreciarse en el esquema que sigue.

Asimismo, se ha diseñado otro dispositivo instrumental análogo, con cinco columnas y una válvula de 8 vías para la especiación simultánea de selenoproteíans y selenometabolitos.