Sistema microfluídico con gradiente de concentración e histogramas de color en una imagen. Aplicación de datos de segundo orden con MCR-ALS para cuantificación de arsénico.

FEDERICO VALLESE; FEDERICO BELÉN; MESSINA, PAULA VERÓNICA; ADRIANO DE ARAÚJO GOMES; MARCELO PISTONESI

Corrientes

Congreso; XI Congreso Argentino de Química Analítica; 2021

Universidad Nacional del Nordeste

Los dispositivos de microfluidos de gotas en general tienen la ventaja de aumentar la sensibilidad, la especificidad y la exactitud en reacciones químicas heterogéneas. Al mismo tiempo, estos sistemas proporcionan una forma eficiente de generar gradientes de concentración, manteniéndolos discretos y confinados en microgotas muy estables1. Los métodos analíticos automatizados que utilizan microfluidos de gotas e imágenes digitales son un campo relativamente nuevo y en rápida evolución centrado en el estudio de la hidrodinámica y las propiedades de los flujos bifásicos a microescala, y en el desarrollo de la conmutación múltiple para diversas aplicaciones2. En este trabajo se emplea la metodología descripta por Belén et. al.3 en la cual se utiliza un sistema automático para extraer, en forma de arsina (H3As), el arsénico presente en una muestra de agua. Posterior a la extracción, la arsina reacciona con una gota de dietilditiocarbamato de plata (AgDDTC) en piridina dando lugar a un complejo de arsénico, el cual genera gradientes de concentración (Figura) dentro de la misma. Con el objetivo de generar los mencionados gradientes estables, se realizaron optimizaciones tanto de las variables químicas y Flow-batch, respecto a lo descripto por los autores. La formación del complejo dentro de la gota fue monitoreada empleando un microscopio digital(Nisuta NSDIMI) y luego, a partir del procesamiento de los videos fueron almacenados 50 frames/imágenes por cada uno. En dichas imágenes, al registrar los cambios de color, se exploró el mecanismo de transferencia de masa junto con los perfiles cinéticos y de difusión que ocurren en el medio de reacción. Se logró demostrar que se pueden generar y mantener gradientes predecibles y estables, obteniendo control sobre la forma de los perfiles de difusión a niveles de concentración de trazas de arsénico. Para evaluar el tiempo en que se establece el gradiente óptimo, se realizó un estudio de MCR-ALS individual para cada uno de los frames y para una serie de 5 soluciones estándar en el rango de 0,05 a 1,00 ppb As, dividiendo la gota en 15 secciones (Figura). El frame 31, equivalente a 190 s, es el óptimo para generar el mejor gradiente. Este tiempo fue utilizado para el armado del set de calibración. El modelo MCR-ALS presenta 2 factores, uno relacionado con el complejo formado por el analito y el background, obteniendo un modelo sin sesgo significativo al 95% de confianza y con un coeficiente de determinación (R2) de 0,9993. Para la cuantificación del arsénico en muestras de agua natural, el modelo MCR-ALS empleó 3 o 4 factores dependiendo de la matriz de la muestra (el primero relacionado con el complejo formado por el analito, el segundo con el background y el resto son factores desconocidos). El límite de detección (LOQ) fue de 0,0288 μg/L y el límite de cuantificación (LOQ) de 0,0872 μg/L.El nuevo método presentó, en comparación con el trabajo mencionado3, valores más bajos en casi todas las cifras de mérito, un mejor ajuste del coeficiente de determinación, valores más bajos de LOD y LOQ y una menor frecuencia de muestreo. Bajo las condiciones operativas específicas propuestas en el trabajo y, para niveles de concentraciones de trazas de arsénico, se observó una dependencia del coeficiente de difusión lineal con el tiempo, característica de un transporte de masa no Fickiano. Finalmente, se validó con éxito el desempeño del método analítico descripto para ser utilizadoen muestras de agua natural del Río Colorado (Argentina).