Determinación de hormonas mediante extracción en puntas desechables con un enfoque DoE

Autores

Ramírez Aguirre, J.G. (UNIVERSIDAD DEL CAUCA) ; Hernández Blanco, F.J. (UNIVERSIDAD DEL CAUCA)

Resumo

La investigación de nuevas técnicas de extracción, ha incursionado en el campo de la miniaturización, para que estas sean amigables ambientalmente. Para ello se ejecutaron diseños experimentales para la remoción y cuantificación de hormonas. En tal sentido, se desarrolló un método de extracción en puntas desechables (EDP). Se examinaron diversas variables, para este fin se usa etinilestradiol EE e hidrocortisona HCS. Se determinan las variables significativas mediante análisis de varianza (ANOVA),obteniendo hasta un 85,4% y 49,25% de remoción, para EE e HCS, respectivamente. Con las variables significativas se planteó un diseño de optimización de la técnica. Este proceso se examinó por ANOVA, diagrama de Pareto y gráficas de efectos; logrando más de un 70% de remoción de hormonas.

Palavras chaves

Miniaturización; Microextracción; DoE

Introdução

Entre los compuestos que presentan bajas concentraciones,poca regulación y conocimiento,se resaltan los contaminantes emergentes CE,los cuales pueden causar toxicidad o efectos adversos al ambiente.De los contaminantes que generan mayor problema son las hormonas,debido a que tienen la capacidad de afectar negativamente el funcionamiento de los sistemas endocrinos(LIU et al,p.90,2017);además de que estos compuestos están ampliamente dispersos en el medio ambiente(OMAR et al,p.241,2016),por ello las plantas convencionales no logran tratar los residuos,a causa de sus bajas concentraciones,lo que implica que los métodos tradicionales no permiten su apropiada extracción(VILELA et al,p.546,2018).Las hormonas analizadas en el presente trabajo son:etinilestradiol EE e hidrocortisona HCS. La investigación de las técnicas analíticas a lo largo de los años,ha desarrollado nuevas técnicas extracción,estas cumplen con el objetivo de la miniaturización solicitada por la Química Verde,recibiendo el nombre de Técnicas de Microextracción(MORENO,2012). La técnica EDP, su principio se basa en una mezcla dinámica entre la matriz y el adsorbente.Lo que permite una extracción rápida y eficaz de analitos (CARASEK et al,p.461944,2021). El uso de EDP, tiene ventajas, como lo son: su amplia gama de aplicaciones en relación con clases de analitos y muestras, el bajo consumo de muestra y el bajo consumo de disolventes, además de tiempos cortos de extracción (CARASEK et al,2022). El diseño estadístico de experimentos, también conocido como diseño de experimentos, se refiere al proceso de planificación del experimento, para que los datos apropiados sean recopilados y analizados por métodos estadísticos, lo que resulta en conclusiones válidas y objetivas (MONTGOMERY,2013).

Material e métodos

Equipos Espectrofotómetro UV-Vis GENESIS (Thermo Scientific).Micropipetas unicanal BRAND®(100-1000 μL). Procedimiento EDP Se realizaron una serie de experimentos. En las extracciones se utilizó agua ultrapura, enriquecida con los analitos EE y HCS a pH básico. En la extracción con 4 o 8 ciclos de extracción/desorción se toma 500 μL o 250 μL de muestra, respectivamente. Después de los ciclos de extracción/desorción se recolecta el líquido en un vial para su análisis por UV, evaluando la solución original, para determinar la cantidad que permanece de analito. Los factores de estudio fueron: tipo de fase estacionaria, cantidad de fase, ciclos de extracción/desorción, tiempo de equilibrio, fuerza iónica y tamaño de resina. Se utilizaron diseños cribados, para reducir la cantidad de experimentos, en la identificación de las variables significativas. Cuando se identifican estas variables, se utilizó un diseño factorial bloqueado, ya que proporciona información de todos los niveles de los factores. Los análisis de los diseños experimentales se realizaron por duplicado. El contenido de las hormonas se determinó por espectrofotometría ultravioleta y visible. Se realizó una curva de calibración de EE con las siguientes concentraciones 1,0; 2,0; 5,0; 7,5; 10,0; 15,0; y 20,0 mg/L. La pendiente (a=0,0087) y el coeficiente lineal (b=0,0018) se obtuvieron por regresión lineal. Para la determinación de HCS se realizó una curva de calibración con las siguientes concentraciones 0,2; 0,5; 1,0; 2,5; 5,0; 7,0; y 10,0 mg/L. La pendiente (a=0,0419) y el coeficiente lineal (b=0,0012) se obtuvieron por regresión lineal. La determinación de la cantidad extraída de cada uno de los analitos se hace de forma indirecta por cuantificación de la concentración remanente.

Resultado e discussão

Procedimiento EDP La variación de las respuestas por todas las variables de los diseños cribados, se examinan en el ANOVA, donde se muestran que los efectos con un valor-p menor a 0,05; son estadísticamente significativos, coincidiendo con lo obtenido en el diagrama de Pareto. Con base a este diagrama, se evidenció que los factores tipo de fase estacionaria y tamaño de resina son parámetros determinantes en la remoción. En estos diseños se obtuvieron hasta un 85,4% y 49,25% de remoción, para EE e HCS, respectivamente. La variación de las respuestas producidas por todas las variables del diseño factorial, se examinan en el ANOVA, donde se muestran que los efectos que son estadísticamente significativos, coincidiendo con lo obtenido en el diagrama de Pareto. Este diagrama, indica las variables que son significativas. Con este diseño experimental al optimizar las condiciones teniendo como base los diseños previos, se obtuvo hasta un 92,00% de remoción de EE, y hasta un 70,23% de remoción de HCS. Los efectos principales, muestran que el tipo de fase estacionaria es la variable que más importancia tiene en la remoción de las hormonas de la solución, además que, la cantidad de fase, no influye de manera significativa en la remoción y no presenta variaciones con respecto a sus niveles. En el proceso de EDP, para la determinación de las dos hormonas, se logran porcentajes de remoción satisfactorios, en los diseños de optimización. En la literatura, se ha usado otro tipo de fases para la extracción de hormonas obteniendo porcentajes de extracción que oscilan entre 83% y 98% (CORAZZA,p.42,2017). En relación con este estudio, se optimiza el proceso, debido a que se disminuye la cantidad de alícuota aspirada, asimismo se emplea una cantidad de fase estacionaria menor.

Evaluación del diagrama de Pareto, para el estudio factorial bloqueado de EE y HCS.


Gráfica de efectos principales para el diseño factorial de EE y HCS.

Conclusões

Se desarrolló una metodología EDP, para la remoción de dos hormonas, utilizando DoE para determinar las mejores condiciones de experimentación y los factores significativos en la remoción. Los diseños cribados indicaron que el tipo de fase estacionaria, la cantidad de fase y el tamaño de resina influyen en la remoción de los analitos. Con los factores significativos, se realizó un diseño factorial de tres factores, para optimizar el proceso de remoción, donde este indicó que el tipo de fase estacionaria y el tamaño de resina son las variables que más significancia tienen en esta optimización.

Agradecimentos

A la Universidad del Cauca y al grupo de investigación Química de Compuestos bioactivos, por ofrecerme un espacio para realizar mi experimentación. Al doctor Fernando José Hernández Blanco, por dirigir mi trabajo de investigación.

Referências

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