En el campo de la química analítica verde se busca utilizar procedimientos analíticos que sean respetuosos con el medioambiente sin afectar a la generación de resultados con rapidez y eficiencia. Los principios de la química verde sugieren usar energías renovables y nuevos materiales en el diseño de herramientas usadas en este campo.

En la preparación de muestras, por ejemplo, hay que realizar un tipo de tratamiento que permita separar los analitos (el componente que es de interés para el análisis) del resto de la matriz, de manera previa al análisis. En el caso de querer determinar la concentración y características de los filtros ultravioleta (UV) que contiene una muestra de agua, en primer lugar habría que separar esos filtros ultravioleta de la muestra usando un método de extracción. Dependiendo del diseño de ese método se extraerán unos compuestos u otros, pero ¿qué ocurre cuando una familia de compuestos tiene un comportamiento químico heterogéneo? Habría dos opciones: usar una metodología de extracción para cada compuesto o diseñar un material que detecte un mayor número de compuestos de manera simultánea.

La profesora del Departamento de Química Analítica de la Universidad de Córdoba Marisol Cárdenas.

Para dar respuesta a esa problemática, ahorrando tiempo en la extracción de compuestos y coste medioambiental, los profesores del Departamento de Química Analítica de la Universidad de Córdoba Marisol Cárdenas y Rafael Lucena han diseñado, junto con un equipo de la Universidad de Valencia, un material con dos zonas de interacción distintas que permite la detección de un amplio rango de filtros UV con comportamientos químicos diferentes en muestras de agua en una sola etapa.

“La idea es diseñar este tipo de soportes de manera que sean lo suficientemente versátiles como para extraer una familia de compuestos con una variabilidad química amplia, alcanzando para todos ellos la concentración más baja” explica Cárdenas.

La estrategia diseñada consiste en una base de papel con dos sustratos distintos a partir de dos polímeros: nailon por una parte y poliestireno por otra. Así, en un mismo soporte habrá dos sustratos distintos y unos compuestos (los más apolares) interaccionarán con la parte que repele el agua y atrae a moléculas neutras (parte hidrofóbica hecha de poliestireno) y otros (los compuestos más polares) interaccionarán con la otra parte, la que atrae el agua (parte hidrofílica hecha de nailon). De esta forma, “quedaría un mayor número de compuestos retenidos en el soporte, a pesar de que tengan comportamientos químicos distintos” señala la investigadora.

El sistema de extracción que ha diseñado este equipo se denomina Janus, en referencia a unos materiales que, en el ámbito de la química, presentan dos zonas de interacción diferentes. Sin embargo, hasta ahora se habían usado en el campo de la electroquímica, pero no en el de la preparación de muestras.

Los profesores del Departamento de Química Analítica de la Universidad de Córdoba Marisol Cárdenas y Rafael Lucena

Lucena resalta la importancia del uso de este tipo de materiales de bajo coste y fácilmente reciclables ya que “aunque elegimos nailon y poliestireno debido a sus polaridades diferentes, nuestro grupo tiene experiencia en usar polímeros reciclados a la hora de preparar nuestros propios materiales y, además, en este caso se pueden encontrar fácilmente reciclándolos a partir de poliespan o hilos de pescar de nailon”. Así, este método muestra unas potencialidades de sostenibilidad importantes ya que, además de reducir el uso de materiales al detectar simultáneamente un amplio rango de compuestos, también se puede diseñar a partir de elementos reciclados.

Tras usar este tipo de materiales Janus como unidad de extracción por primera vez, se puso a prueba con los filtros UV, una familia muy amplia que cumple la variabilidad en polaridad para comprobar el desempeño de esta estrategia, que fue capaz de extraer hasta 14 filtros UV diferentes en muestras de agua de mar y piscina. Teniendo en cuenta que los filtros UV que se añaden a cosméticos y otros productos manufacturados llegan al medioambiente y se acumulan en medios distintos ecosistemas, ser capaces de determinarlos en este tipo de muestras es uno de los focos de atención de la investigación ambiental.

Este artículo se ha desarrollado en el marco de una la Red Nacional para la Innovación en las Técnicas de Tratamiento de Muestras Miniaturizadas que coordina el grupo FMQ-215 de la Universidad de Córdoba y en el que ha participado el grupo de investigación GICAPC de la Universidad de Valencia.

Benedé, J.L., Chisvert, A., Lucena, R.& Cárdenas, S. A paper-based polystyrene/nylon Janus platform for the microextraction of UV filters in water samples as proof-of-concept. Microchim Acta 188, 391 (2021). https://doi.org/10.1007/s00604-021-05047-x