Avances para el análisis de mezclas complejas mediante técnicas cromatográficas multidimensionales

Resumen

La cromatografía de gases (GC) es una técnica analítica ampliamente aceptada para la resolución de mezclas relativamente complejas en la que la identificación se basa en la comparación de los tiempos de retención de los analitos con los de patrones adecuados analizados en las mismas condiciones. Sin embargo, cuando la complejidad de las mezclas estudiadas aumenta, la posibilidad de coelución de los analitos de interés con otros componentes de la mezcla o de la matriz presentes en el extracto también aumenta. Es entonces cuando se hace necesario incorporar un criterio adicional de separación o identificación para evitar ambigüedades en la determinación de los componentes de la mezcla. Las técnicas multidimensionales resultantes permiten una determinación más fidedigna de los analitos al basar su identificación en al menos dos criterios independientes. En el caso de las técnicas cromatográficas, la multidimensionalidad pueden venir dada, por ejemplo, por su acoplamiento con una segunda técnica de separación cromatográfica o con una técnica de espectrometría de masas (MS) que aporte información estructural respecto al analito que eluye de la columna cromatográfica a un tiempo determinado. En línea con esta consideración, el objetivo principal de esta tesis doctoral se centra en el empleo de técnicas cromatográficas multidimensionales basadas en los acoplamientos GCespectrometría de masas cuadrupolar (GC-Q MS) y cromatografía de gases completa en dos dimensiones-espectrometría de masas de tiempo de vuelo (GC×GC-ToF MS) para la resolución de problemas de diversa índole en los campos alimentario y ambiental. Con este fin, se han planteado una serie de casos de estudio concretos que, bien por la complejidad de la mezcla a analizar, bien por el elevado número de analitos a determinar y la similitud de sus estructuras químicas, requieren un aumento en la resolución y/o selectividad de la determinación analítica respecto a la aportada por la correspondiente técnica cromatográfica monodimensional. Así, entre los estudios propuestos, se incluye (i) la extracción y análisis de carbohidratos y glicósidos bioactivos de muestras vegetales, (ii) la caracterización de lixiviados de envases alimentarios, y (iii) la caracterización de los lípidos y carbohidratos de bajo peso molecular de la materia orgánica del suelo. En lo referente a la extracción y análisis de carbohidratos y glucósidos bioactivos de muestras vegetales, en primer lugar, se ha optimizado un procedimiento de extracción selectiva de carbohidratos bioactivos en Vigna radiata mediante extracción asistida por microondas (MAE) y los resultados se han comparado con los obtenidos mediante extracción sólido-líquido (SLE). La metodología desarrollada ha permitido la caracterización de estos analitos mediante GC-Q MS. Asimismo, se ha llevado a cabo un estudio exhaustivo sobre los glicosil-ciclitoles, que ha permitido el establecimiento de relaciones entre la estructura química de estos compuestos y sus datos obtenidos por GC (índices de retención lineales) y MS empleando patrones, completando la hasta ahora limitada información disponible en este campo. Además, el desarrollo de un método de derivatización y análisis por GC-Q MS and GC×GC-ToF MS de glucósidos de fenilalcanoides ha permitido el análisis cuali- y cuantitativo de estos compuestos y de carbohidratos de bajo peso molecular en complementos alimenticios de raíz de Rhodiola rosea. El método optimizado ha sido de gran utilidad también para la identificación de nuevos compuestos en estas muestras. En esta Tesis, también se han optimizado las condiciones experimentales de separación mediante GC×GC y de detección mediante ToF MS de las mezclas complejas de lixiviados obtenidos al tratar envases comerciales para la conservación de alimentos de polipropileno con simulantes alimentarios de distinta naturaleza. Los simulantes se seleccionaron de acuerdo a la legislación vigente y se aplicaron con el fin de emular un uso prolongados de los envases. Los resultados obtenidos en esta parte del estudio han puesto de manifiesto la capacidad de migrar desde estos envases al simulante de compuestos con muy distintas propiedades físico-químicas empleados en la formulación de estos plásticos, y ha permitido determinar la presencia en los lixiviados de diferentes productos de degradación no siempre recogidos en la legislación. Por último, se ha profundizado en la caracterización de los lípidos y los carbohidratos de bajo peso molecular presentes en matrices complejas de suelos mediante GC-MS y GC×GC-ToF MS. Con este fin, se ha procedido a realizar una evaluación cuali- y cuantitativa de la presencia de estos compuestos en extractos polares y apolares obtenidos de hoja, hojarasca y suelo de diferentes bosques mediterráneos mediante GC-Q MS. En su conjunto, los resultados obtenidos han permitido establecer relaciones en el proceso de transformación de los compuestos desde la planta hasta su incorporación al suelo. Sin embargo, la complejidad de los extractos de hojas obtenidos hizo necesario el empleo de una técnica capaz de proporcionar una mayor resolución, como es la GC×GC-ToF MS, con el fin de garantizar la determinación inequívoca de algunos de estos analitos. Los resultados descritos en esta Tesis suponen una contribución destacable en el empleo de las técnicas cromatográficas multidimensionales basadas en los acoplamientos GC-Q MS y GC×GCToF MS para la resolución de problemas de diversa índole en los campos alimentario y ambiental.