PREPARACIÓN DE LA MUESTRA-EXTRACCIÓN CON DISOLVENTES Y EN FASE SÓLIDA

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PREPARACIÓN DE LA MUESTRA: EXTRACCIÓN 
CON DISOLVENTES Y EN FASE SÓLIDA
En el siguiente capítulo se introduce el tema de las técnicas cromatográficas para analizar 
muestras complejas; en ellas, los diversos analitos se separan en una columna y se detec-
tan al ir emergiendo de ésta. Debe apuntarse que con mucha frecuencia las muestras deben 
“refinarse” antes de ser introducidas a la columna cromatográfica. Los métodos de extrac-
ción con disolventes y extracción en fase sólida, así como otras técnicas relacionadas, son 
muy útiles para aislar analitos de matrices complejas de muestra antes de su análisis cro-
matográfico. Asimismo, la extracción con disolventes es útil en determinaciones espectro-
fotométricas.
La extracción con disolventes consiste en la distribución o reparto de un soluto entre 
dos fases líquidas inmiscibles. Esta técnica es extremadamente útil para hacer separaciones 
muy rápidas y “limpias” de sustancias orgánicas e inorgánicas. En este capítulo se describe 
la distribución de sustancias entre dos fases y la forma de usarla para obtener separaciones 
analíticas, así como la extracción con disolventes orgánicos de iones metálicos.
La extracción en fase sólida es un método en el que se unen grupos funcionales 
hidrofóbicos a superficies de partículas sólidas y funcionan como fase extractora. Con ello 
se reduce la necesidad de manejar grandes volúmenes de disolventes orgánicos.
18.1 Coeficiente de distribución
Un soluto S se distribuye entre dos fases (después de agitarlas y permitir que se separen), 
y dentro de ciertos límites, la relación de concentraciones del soluto en las dos fases será 
constante:
KD � 
[S]1
�
[S]2
(18.1)
en donde KD es el coeficiente de distribución, y los subíndices representan al disolvente 
1 (por ejemplo, un disolvente orgánico) y al disolvente 2 (por ejemplo, agua). Si el coefi-
ciente de distribución es grande, el soluto tenderá a una distribución cuantitativa en el 
disolvente 1.
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CAPÍTULO 18 PREPARACIÓN DE LA MUESTRA: EXTRACCIÓN CON DISOLVENTES Y EN FASE SÓLIDA
El aparato que se usa para extracción con disolventes es el embudo de separación, 
como el que se ve en la figura 18.1. Lo más frecuente es que se realice la extracción de 
un soluto de una solución acuosa hacia un disolvente orgánico inmiscible. Después de agi-
tar la mezcla durante más o menos un minuto, se dejan separar las fases, y la fase inferior 
(el disolvente más denso) se remueve para completar la separación.
Muchas sustancias se ionizan parcialmente en la fase acuosa y forman ácidos débiles. 
Eso produce un efecto de pH sobre la extracción; un ejemplo es la extracción de ácido 
benzoico de su solución acuosa. El ácido benzoico (HBz) es un ácido débil en agua con 
una constante de ionización particular Ka definida por la ecuación 18.4. El coeficiente de 
distribución es
KD � 
[HBz]e
�
[HBz]a
(18.2)
donde e representa al disolvente éter y a representa al disolvente acuoso. Sin embargo, 
parte del ácido benzoico en la fase acuosa estará presente como Bz�, dependiendo de la 
magnitud de Ka y del pH de la fase acuosa; en consecuencia, puede ser que no se logre 
una separación cuantitativa.
18.2 Relación de distribución
Resulta más significativo introducir un concepto diferente, la relación de distribución, 
que es la relación de las concentraciones de todas las especies del soluto en cada fase. En 
este ejemplo, se define por
D � 
[HBz]e
��
[HBz]a � [Bz�]a
(18.3)
Fácilmente se puede deducir la relación entre D y KD a partir de los equilibrios implicados. 
La constante de acidez Ka para la ionización del ácido en la fase acuosa es
Ka � 
[H�]a[Bz
�]a
��
[HBz]a
(18.4)
Por consiguiente, [Bz�]a � 
Ka[HBz]a
��
[H�]a
(18.5)
A partir de la ecuación 18.2,
[HBz]e � KD[HBz]a (18.6)
Al sustituir las ecuaciones 18.5 y 18.6 en la ecuación 18.3 resulta
D � 
KD[HBz]a
���
[HBz]a � Ka[HBz]a/[H�]a
(18.7)
D � 
KD
��
1 � Ka/[H�]a
(18.8)
Las sustancias orgánicas neutras 
pasan del agua a disolventes or-
gánicos. “Lo semejante disuelve 
a lo semejante.”
Figura 18.1. Embudo de
separación.
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18.3 PORCENTAJE EXTRAÍDO 
Esta ecuación indica que cuando [H�]a � Ka, D es casi igual a KD, y si KD es grande, se 
extraerá el ácido benzoico y pasará a la fase de éter; D es máximo en estas condiciones. 
Por otra parte, si [H�] � Ka, entonces D se reduce a KD[H�]a/Ka, que será pequeño, y el 
ácido benzoico permanecerá en la fase acuosa. Esto es, en solución alcalina el ácido ben-
zoico está ionizado y no se puede extraer, en tanto que en solución ácida está casi todo 
sin disociar. Estas conclusiones son las que en forma intuitiva se esperan de acuerdo con 
los equilibrios químicos.
La ecuación 18.8, igual que la 18.1, indica que la eficiencia de extracción será in-
dependiente de la concentración original del soluto. Ésta una de las propiedades atractivas 
de la extracción con disolventes: aplicable desde el nivel de trazadores (por ejemplo, ra-
diactivos) hasta macroconcentraciones, en donde se precisa que la solubilidad del soluto 
en una de las fases no se vea rebasada y que no se presenten reacciones secundarias como 
la de dimerización del soluto extraído.
Naturalmente, si cambia la concentración de ion hidrógeno cambiará la eficiencia de 
extracción, D. En este ejemplo, la concentración de ion hidrógeno aumentará al incremen-
tarse la concentración de ácido benzoico, a menos que se agregue un amortiguador ácido-
base que mantenga constante la concentración de ion hidrógeno (véase una descripción de 
las soluciones amortiguadoras en el capítulo 7).
Al deducir la ecuación 18.8, en realidad no se incluyó en el numerador de la ecuación 
18.3 un término para la parte del ácido benzoico que existe en forma de dímero en la fase 
orgánica. El grado de dimerización tiende a aumentar al incrementarse la concentración, 
y de acuerdo con el principio de Le Châtelier, eso hará que el equilibrio se desplace para 
favorecer una mayor concentración en la fase orgánica. Así pues, en casos como éste la 
eficiencia de extracción aumentará en realidad a mayores concentraciones. Como ejercicio, 
en el problema 12 se presenta la deducción de la ecuación más completa.
18.3 Porcentaje extraído
La relación de distribución D es una constante independiente de la relación de volúmenes. 
Sin embargo, la fracción del soluto extraído sí dependerá de la relación de volúmenes de 
los dos disolventes. Si se usa mayor volumen de disolvente orgánico, debe disolverse más 
soluto en esa fase para mantener constante la relación de concentraciones y para satisfacer 
la relación de distribución.
La fracción de soluto extraído es igual a los milimoles de soluto en la fase orgánica 
divididos entre la cantidad total de milimoles de soluto. Los milimoles se obtienen multi-
plicando la molaridad por los mililitros. Así, el porcentaje de extracción está dado por
(18.9)
donde Vo y Va son los volúmenes de las fases orgánica y acuosa, respectivamente. A partir 
de esta ecuación (véase el problema 11) se puede demostrar que el porcentaje de extracción 
se relaciona como sigue con la relación de distribución:
(18.10)
Si Va � Vo, entonces
 (18.11)
En la extracción con disolven-
tes, la eficiencia de la separa-
ción suele ser independiente de 
la concentración.
La extracción será cuantitativa 
(99.9%) para valores D de 
1 000.
% E
[S]oV
[
o
S]oV
[
o
S]aVa
100%
% E
100D
D (Va /Vo)
% E
D
100D
1
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CAPÍTULO 18 PREPARACIÓN DE LA MUESTRA: EXTRACCIÓN CON DISOLVENTES Y EN FASE SÓLIDA
La ecuación 18.10 muestra que la fracción extraída puede incrementarse si se disminuye 
la relación de Va /Vo, por ejemplo, aumentando el volumen de la fase orgánica. Sin embargo,una forma más eficiente de aumentar la cantidad extraída, usando el mismo volumen de 
disolvente orgánico, es hacer extracciones sucesivas con menores volúmenes individuales 
de disolvente orgánico. Por ejemplo, con una D de 10 y Va /Vo � 1, el porcentaje extraído 
es 91%, aproximadamente. Si se disminuye Va /Vo a 0.5 (duplicando Vo) se obtendría un 
aumento de porcentaje E a 95%. Pero si se hacen dos extracciones sucesivas con Va /Vo � 
1, se obtendría una extracción total de 99%.
18.4 Extracción de metales con disolventes
Una de las aplicaciones más importantes en la separación de cationes metálicos es la ex-
tracción con disolventes. En este método, el ion metálico se distribuye pasando de una fase 
acuosa a una fase orgánica inmiscible con el agua mediante reacciones químicas apropiadas. 
La extracción de iones metálicos con disolventes es útil para removerlos de una matriz que 
interfiera o para separar uno de los metales o un grupo de ellos (con las reacciones quími-
cas adecuadas) del resto. El método se usa mucho en la determinación espectrofotométrica 
de iones metálicos porque los reactivos que se usan para lograr la extracción forman, con 
frecuencia, complejos coloridos con el ion metálico. También se usa en espectrofotometría 
de absorción atómica de flama para introducir la muestra en un disolvente no acuoso que 
va a la llama; así se obtiene mayor sensibilidad y se eliminan los efectos de la matriz.
La separación puede hacerse de varias maneras. Se habrá notado que las moléculas 
orgánicas tienden a disolverse inalteradas en la fase orgánica, en tanto que el anión cargado 
En el caso de volúmenes iguales, se puede considerar que el soluto se retiene en forma 
cuantitativa si D es menor que 0.001. Se extrae en forma esencialmente cuantitativa si D 
es mayor que 1 000. El porcentaje extraído sólo cambia de 99.5 a 99.9% cuando D aumenta 
de 200 a 1 000.
Ejemplo 18.1
Se agitan 20 mL de una solución de ácido butírico 0.10 M con 10 mL de éter. Después de que 
se separan las fases, por titulación se determina que en la fase acuosa quedan 0.5 mmol de 
ácido butírico. ¿Cuál es la relación de distribución y cuál es el porcentaje de extracción?
Solución
Se comenzó con 2.0 mmol de ácido butírico, por lo que se extrajeron 1.5 milimoles. Su 
concentración en la fase de éter es 1.5 mmol/10 mL � 0.15 M. La concentración en la 
fase acuosa es 0.5 mmol/20 mL � 0.025 M. Por lo anterior,
Como se extrajeron 1.5 milimoles, el porcentaje extraído es (1.5/2.0) � 100% � 75%; es 
decir
D
0
0
.
.
0
1
2
5
5
6.0
% E
6.
1
0
00
(20
6
/
.
1
0
0)
75%
Para extraer un metal con un di-
solvente orgánico debe neutrali-
zarse su carga y estar asociado 
con un agente orgánico.
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de las moléculas ionizadas se queda en la fase acuosa polar. Se trata de un ejemplo de “lo 
semejante disuelve a lo semejante”. Los iones metálicos no tienden a disolverse en forma 
notoria en la fase orgánica. Para que se solubilicen debe neutralizarse su carga, y debe 
agregárseles algo para hacerlos parecer compuestos orgánicos. Básicamente, hay dos for-
mas de hacerlo.
EXTRACCIÓN DE COMPLEJOS ASOCIADOS A IONES
En un método, el ion metálico se incorpora a una molécula voluminosa y se asocia con 
otro ion de carga opuesta para formar un par iónico, o el ion metálico se asocia a otro ion 
de gran tamaño (parecido a una sustancia orgánica). Por ejemplo, se sabe bien que el 
hierro(III) se puede extraer en forma cuantitativa con éter dietílico de un medio con ácido 
clorhídrico. No se ha comprendido por completo el mecanismo, pero existe evidencia de 
que el complejo de cloro con el hierro está coordinado con el átomo de oxígeno del disol-
vente (el disolvente desplaza al agua coordinada), y ese ion se asocia a una molécula de 
disolvente que está coordinada con un protón:
{(C2H5)2O�H
�, FeCl4[(C2H5)2O]2
�}
De igual manera, el ion uranilo UO2
2� se extrae de su solución acuosa de nitrato con iso-
butanol mediante asociación con dos iones nitrato (UO2
2�, 2NO3
�); aquí tal vez el uranio 
esté siendo solvatado por el disolvente haciéndolo parecido a éste. El permanganato forma 
un par iónico con el ion tetrafenilarsonio [(C6H5)4As
�, MnO4
�] que lo hace parecido a un 
compuesto orgánico y que puede extraerse con cloruro de metileno. Hay muchos otros 
ejemplos de extracciones por asociación de iones.
EXTRACCIÓN DE QUELATOS METÁLICOS
El método que más se usa para extraer iones metálicos es el de formación de un quelato 
con un agente quelante orgánico.
Como se indicó en el capítulo 9, un agente quelante contiene dos o más grupos 
complejantes. Muchos de estos reactivos forman quelatos coloridos con los iones metálicos, 
y son la base de los métodos espectrofotométricos para determinar los metales. Con fre-
cuencia, los quelatos son insolubles en agua y precipitan; sin embargo, suelen ser solubles 
en disolventes orgánicos, como el cloruro de metileno. Muchos de los agentes precipitan-
tes de la lista del capítulo 10 se usan como agentes de extracción.
PROCESO DE EXTRACCIÓN USANDO
QUELATOS METÁLICOS
La mayor parte de los agentes quelantes son ácidos débiles que se ionizan en agua. El 
protón ionizable es desplazado por el ion metálico al formarse el quelato, y la carga del 
compuesto orgánico neutraliza la carga del ion metálico. Un ejemplo es el de la difeniltio-
carbazona (ditizona), que forma un quelato con el ion plomo:
NH NH
N N
(verde) (rojo)
C S + Pb2+12
NH NH
Pb/2
N N
C S + H+�
18.4 EXTRACCIÓN DE METALES CON DISOLVENTES 
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CAPÍTULO 18 PREPARACIÓN DE LA MUESTRA: EXTRACCIÓN CON DISOLVENTES Y EN FASE SÓLIDA
La práctica usual es agregar el quelante, HR, a la fase orgánica. Se distribuye entre 
las dos fases, y en la fase acuosa se disocia como ácido débil. El ion metálico, Mn�, reac-
ciona con nR� para formar el quelato, el cual se distribuye entonces a la fase orgánica. La 
relación de distribución se determina entonces a partir de la relación de la concentración 
del quelato metálico en la fase orgánica, entre la concentración del ion metálico en la fase 
acuosa. Se puede deducir la siguiente ecuación:
(18.12)
donde K es una constante que incluye la Ka de HR, la Kf de MRn y la KD de HR y MRn. 
Obsérvese que la relación de distribución no depende de la concentración del ion metálico 
siempre que no se rebase la solubilidad del quelato metálico en la fase orgánica. Con 
frecuencia HR está en gran exceso y se considera constante. La eficiencia de la extracción 
sólo puede cambiar si se hace variar el pH o la concentración del reactivo. Un aumento 
de 10 veces en la concentración del reactivo hará aumentar la eficiencia de extracción en 
igual magnitud que un aumento en una unidad de pH (lo que disminuye [H�] a la décima 
parte). Cada efecto es mayor si n es mayor. Si se usa una alta concentración del reactivo, 
se podrá hacer la extracción en una solución más ácida.
Los quelatos de diferentes metales se extraen a diferentes valores de pH; algunos en 
solución de ácida a alcalina, y otros sólo en solución alcalina. Si se ajusta correctamente 
el pH, se puede tener selectividad en la extracción. También un uso adecuado de agentes 
enmascarantes, que son complejantes que evitan que reaccione un metal con el quelante, 
puede aumentar la selectividad.
18.5 Extracción acelerada y con microondas
La extracción acelerada con disolventes es una técnica para extraer de manera eficiente 
analitos de una matriz sólida de muestra para que pase a un disolvente. La muestra y el 
disolvente se colocan en un recipiente cerrado y se calientan a 50 a 200	C. La alta presión 
permite calentar por arriba del punto de ebullición, y la alta temperatura acelera la disolución 
de los analitos en el disolvente. Se reducen mucho el tiempo de extracción y el volumennecesario del disolvente, en comparación con la extracción a presión atmosférica.
En la extracción asistida con microondas (MAE, microwave-assisted extraction) el 
disolvente se calienta con energía de microondas. Los compuestos de analito se separan 
de la matriz de la muestra y pasan al disolvente. Este método es una extensión de la di-
gestión ácida en un recipiente cerrado que se describió en el capítulo 2. Un recipiente 
cerrado, que contiene la muestra y el disolvente, se coloca en un horno de microondas 
parecido al de la figura 2.27. La cinética de la extracción es influida por la temperatura y 
por la elección del disolvente o mezcla de disolventes. El calentamiento atmosférico para 
la extracción se limita hasta el punto de ebullición del disolvente. Las temperaturas en re-
cipientes cerrados a 175 libras por pulgada cuadrada llegan más o menos a 150	C, en com-
paración con los puntos de ebullición (de 50 a 80	C) de los disolventes de uso común. Se 
pueden usar mezclas de disolventes, siempre que uno de ellos absorba la energía de mi-
croondas. Algunos disolventes, como el hexano, son transparentes a las microondas y no 
se calientan; pero una mezcla de hexano y acetona se calienta con rapidez.
El recipiente cerrado debe ser inerte a los disolventes y debe ser transparente a las 
microondas. El cuerpo se fabrica de polieterimida (PEI) con un forro de perfluoroalcoxi 
(PFA). Se pueden colocar en el horno varios recipientes con muestra al mismo tiempo para 
hacer extracciones múltiples.
Las extracciones con microondas también pueden hacerse a presión atmosférica, sin 
necesidad de recipientes a presión (véase la referencia 6). Se emplean ciclos de calenta-
D
[
[
M
M
R
n
n
]
]
a
o
K
[
[
H
H
R
]
]
a
o
n
n
18Christian(541-554).indd 54618Christian(541-554).indd 546 9/12/08 15:57:189/12/08 15:57:18
miento y enfriamiento para evitar que hierva el disolvente. Con esta técnica también se 
reducen en forma considerable los tiempos de extracción. Para obtener más información 
sobre los sistemas MAE comerciales, véase www.cem.com.
18.6 Extracción en fase sólida
Las extracciones líquido-líquido son muy útiles, pero tienen ciertas limitaciones. Los di-
solventes para extracción se limitan a los que son inmiscibles con agua (por ejemplo, para 
muestras acuosas). Se tiende a formar emulsiones al agitar los disolventes, y se usan vo-
lúmenes relativamente grandes de disolventes que generan un gran problema para eliminar 
los desechos. Con frecuencia se hacen manualmente las operaciones, y pueden requerir 
una extracción de reversa.
Muchas de estas dificultades se evitan si se usa la extracción en fase sólida (SPE, 
solid-phase extraction), técnica que ha llegado a ser muy usada para depurar y concentrar 
muestras, en especial antes de análisis cromatográfico (capítulo siguiente). En este método 
se unen químicamente grupos funcionales orgánicos hidrofóbicos a una superficie sólida, 
por ejemplo, de sílice pulverizada. Un ejemplo frecuente es la unión de cadenas de C18 a 
sílice con tamaños de partícula del orden de 40 �m. Estos grupos interactúan con com-
puestos orgánicos hidrofóbicos a través de fuerzas de van der Waals y los extraen de una 
muestra acuosa que esté en contacto con la superficie sólida. Las mismas fases sólidas que 
se usan en cromatografía líquida de alta eficiencia (capítulo 21) se usan en la extracción 
en fase sólida.
En general, la fase sólida se coloca en un pequeño cartucho, semejante a una jeringa 
de plástico. En el cartucho se coloca la muestra y se hace pasar a través de éste mediante 
un émbolo (presión positiva), un vacío (presión negativa) o por centrifugación (véase la 
figura 18.2). Se extraen las trazas de las moléculas orgánicas, se preconcentran en la co-
lumna, y se separan de la matriz de la muestra. Después se pueden eluir con un disolvente 
como metanol para analizarlas, por ejemplo mediante cromatografía (capítulos 19 a 21). 
Antes de su análisis se pueden concentrar más evaporando el disolvente.
La naturaleza de la fase extractora puede hacerse variar para permitir la extracción 
de distintas clases de compuestos. La figura 18.3 ilustra las fases unidas a base de fuerzas de 
van der Waals, puentes de hidrógeno (atracción dipolar) y atracción electrostática.
Cuando las partículas de sílice se enlazan a una fase hidrofóbica, se vuelven “imper-
meables” y se deben acondicionar para poder interactuar con muestras acuosas. Ese acon-
dicionamiento se lleva a cabo pasando metanol o un disolvente similar a través del lecho 
de sorbente. El metanol penetra en la capa enlazada y permite que las moléculas de agua 
y analito se difundan en la fase funcionalizada. Después del acondicionamiento, se hace 
pasar agua para eliminar el exceso de disolvente antes de agregar la muestra.
En la extracción en fase sólida, 
las cadenas unidas de C18 hacen 
el papel del disolvente orgánico.
Jeringa
Adaptador
Eluyente
o muestra
Fase sólida
extrayente
Vidrio poroso
Figura 18.2. Cartucho con
fase sólida y jeringa para elu-
ción a presión positiva.
Base de sílice
Fuerzas de
van der Waals
Grupo funcional
enlazado (C8)
NH2
SO3
Base de sílice
Atracción
electrostáticaN
NH3 CO2H
+
+
SO3
OH
−
CO2
OCON(CH3)2
−
−
Base de sílice
Atracción dipolar o enlace
de hidrógeno
O
O
O
H
H
H
OH O
C
N
Figura 18.3. Lechos para extracción en fase sólida donde se usan interacciones no polares, pola-
res y electrostáticas. (Adaptado de N. Simpson, Am. Lab., agosto de 1992, p. 37. Reproducción 
autorizada por American Laboratory, Inc.)
18.6 EXTRACCIÓN EN FASE SÓLIDA 
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CAPÍTULO 18 PREPARACIÓN DE LA MUESTRA: EXTRACCIÓN CON DISOLVENTES Y EN FASE SÓLIDA
La figura 18.4 ilustra una secuencia típica de extracción en fase sólida. Después del 
acondicionamiento, el analito y otros componentes de la muestra son adsorbidos en el le-
cho sorbente de extracción. Con una etapa de lavado se eliminan algunos de los compo-
nentes no deseados, en tanto que la elución remueve el analito que se desea, quizá dejando 
atrás otros componentes dependiendo de las intensidades relativas de interacción con la 
fase sólida o de la solubilidad en el disolvente de elución. Este procedimiento es el que 
sigue la Agencia de Protección Ambiental estadounidense (EPA) para determinar compues-
tos orgánicos en agua potable (referencia 9).
CARTUCHOS PARA EXTRACCIÓN EN FASE SÓLIDA (SPE)
El sorbente para extracción en fase sólida (SPE) se encuentra preempacado en tubos de 
polipropileno para jeringa, normalmente con 500 mg de empaque en jeringas cuyos barriles 
son de 3 o 5 mL. Se han vuelto más populares jeringas más pequeñas, de 1 mL, empacadas 
con 100 mg, por el menor tamaño de muestra, la menor cantidad de disolvente necesario y 
los menores tiempos de limpieza; incluso hay empaques menores, de 10 mg. Naturalmente, 
estos empaques más pequeños tienen menor capacidad. Se podrán necesitar empaques ma-
yores para preparar grandes volúmenes de muestras del medio ambiente, como las de agua 
contaminada que tiene grandes cantidades de contaminantes por eliminar.
Los cartuchos SPE se usan para aislar y concentrar drogas obtenidas de muestras bio-
lógicas y se suelen procesar en lotes de 12 a 24 usando un sistema de vacío múltiple (figura 
18.5). Se trata de sistemas automáticos de manejo de líquidos para mejorar la eficiencia.
PUNTAS DE PIPETA SPE
Se ha automatizado la extracción en fase sólida. Los primeros sistemas usaban sistemas 
robóticos y después sistemas automáticos xyz para manejo de líquidos. Los sistemas auto-
máticos para manejar líquidos se diseñaron para manejar puntas de pipeta con las que se 
dosifican líquidos. Entonces se introdujeron las puntas de pipeta para SPE (figura 18.6), 
ACONDICIONAMIENTO
Al acondicionar el sorbente antes de la
aplicación a la muestra se asegura una
retención reproducibledel compuesto
de interés (el “aislado”).
RETENCIÓN
 “Aislado” adsorbido
 Componentes no deseados de la matriz
 Otros componentes de la matriz indeseables
LAVADO
 Lavado de las columnas para eliminar
 los componentes no deseados de la matriz
ELUCIÓN
 Los componentes no deseados se retienen
 El “aislado”, ya purificado y concentrado,
 queda listo para su análisis
Figura 18.4. Principios de la
extracción en fase sólida. (Se-
gún N. Simpson, Am. Lab., 
agosto de 1992, p. 37. Repro-
ducción autorizada por Ameri-
can Laboratory, Inc.)
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que se usan en sistemas automáticos. Esas puntas de pipeta se pueden usar con pipeteado-
res multicanales (véase capítulo 2). El flujo puede ser bidireccional, con las muestras lí-
quidas succionándose desde el fondo y el eluyente dosificándose desde arriba. Existen 
puntas comerciales preparadas para aplicaciones específicas. Por ejemplo, se puede usar 
la punta Millipore ZipTipC4 para desalinizar 1 �L de 100 femtomoles (10�15 moles) de 
péptidos antes de analizarlos por cromatografía de líquidos-espectrometría de masas. Las 
puntas de pipeta sólo se usan una vez y se desechan para eliminar cualquier problema de 
contaminación cruzada. Véase la página Web de EST Analytical, con ejemplos de separa-
ciones donde se usan puntas de pipeta SPE; en www.estanalytical.com se ilustran croma-
togramas de gases de muestras complejas purificadas.
DISCOS SPE
La pequeña área transversal de las puntas de pipetas SPE tiende a taparse con muestras de 
proteína. Entonces, también se ofrecen extrayentes de fase sólida en forma de filtro (discos 
de extracción) en los que se encuentran inmersas partículas de sílice de 8 �m en una red 
de fibrillas de PTFE [poli(tetrafluoroetileno)]. También se consiguen discos a base de fibra 
de vidrio, que son más rígidos. La mayor área transversal de los discos, con sus menores 
profundidades de lecho, permite mayores flujos para manejar muestras grandes con bajas 
concentraciones de analito, como las que suelen encontrarse en el análisis de medio am-
biente. Los discos son menos propensos a las canalizaciones que los cartuchos empacados. 
Tienden a taparse si las muestras contienen partículas de materia, por lo que se puede usar 
un prefiltro. Los cartuchos de disco también se encuentran disponibles para que operen 
como cartucho normal.
PLACAS SPE DE 96 POZOS
La combinación de cromatografía de líquidos con espectrometría de masas (véase capítulo 
21) se usa mucho en el análisis rápido y selectivo de medicamentos, y se pueden correr
muestras en 1 a 3 minutos. En este caso se requieren formas más rápidas para depurar
muestras que permitan procesar grandes cantidades. Para ello, se usan con frecuencia
placas con 96 pozos (llamadas placas de microtitulación) para procesar grandes cantidades
de muestras en instrumentos automáticos.
Se han diseñado sistemas de extracción en fase sólida en un formato de placas de 
microtitulación con 96 pozos para poder procesarlas automáticamente. Las placas en un 
bloque con 96 pozos contienen lechos o discos empacados con partículas de disolvente en 
Figura 18.5. Sistema de va-
cío múltiple con 16 conexio-
nes para usarlo con tubos de 
extracción en fase sólida. 
(Cortesía de Alltech.)
Figura 18.6. Puntas desecha-
bles para pipeta de extracción 
en fase sólida. [Cortesía de 
EST Analytical (www.
estanalytical.com).]
18.6 EXTRACCIÓN EN FASE SÓLIDA 
18Christian(541-554).indd 54918Christian(541-554).indd 549 9/12/08 15:57:199/12/08 15:57:19
CAPÍTULO 18 PREPARACIÓN DE LA MUESTRA: EXTRACCIÓN CON DISOLVENTES Y EN FASE SÓLIDA
un agrupamiento rectangular de 8 filas � 12 columnas (véase figura 18.7). Las placas 
descansan sobre un sistema de recolección para placas de 96 pozos. La química es la misma 
que en los formatos anteriores. Se procesan las muestras con un sistema de vacío o una 
centrífuga usando un portamicroplacas. Las columnas SPE son de 1 a 2 mL, con 10 a 100 
mg de empaque con partículas de sorbente. La masa del lecho determina el disolvente y 
los volúmenes de elución, igual que la capacidad de componentes de analito y matriz de 
muestra. Se debe usar el menor lecho posible con el que se alcance la capacidad adecuada. 
Con ello se minimizan los tiempos de extracción, y los menores volúmenes de elución 
requieren menos tiempo para evaporarse antes de reconstituirlos y analizarlos.
Para aprovechar de manera óptima los procedimientos de extracción en fase sólida 
es necesario investigar distintas fases estacionarias, sus masas, los volúmenes de acondi-
cionamiento, la carga de muestra, los disolventes de lavado y elución, y el tamaño de la 
muestra. Estas variables se estudian con facilidad en el formato de la columna. Pero es 
costoso o inconveniente usar sólo una fracción de las 96 cavidades para hacer todos los 
estudios. Por lo mismo, se han desarrollado placas modulares con cavidades que tienen 
pequeños cartuchos SPE de plástico desmontables que se ajustan estrechamente a la placa 
de base de 96 pozos y sólo se utiliza una parte para desarrollar determinado método.
OTROS SORBENTES PARA EXTRACCIÓN EN FASE SÓLIDA
Existen sorbentes de cadena larga (C20 y C30) para aislar moléculas hidrofóbicas. Se han 
desarrollado “sorbentes universales” que fijan grupos de compuestos estructuralmente si-
milares. Un ejemplo se aprecia en la figura 18.8a, el cual se encuentra conformado por un 
polímero sintético de N2-vinilpirrolidona (la mitad superior de la molécula) y por divinil-
benceno (la mitad inferior). Éste proporciona hidrofilia para humedecerse e hidrofobia para 
retener al analito. Una versión sulfonada, mostrada en la figura 18.8b, consta de un sorbente 
mixto que tiene propiedades tanto de intercambio iónico como de extracción por disolven-
tes, y cuenta con la capacidad de retener varios medicamentos ácidos, neutros y básicos. 
Estos sorbentes susceptibles de humedecerse no requieren acondicionamiento.
BASES POLIMÉRICAS
Además de las partículas normales a base de sílice para SPE, también se usan soportes a 
base de polímero. Tienen la ventaja de ser estables dentro de amplios intervalos de pH y 
no poseen grupos de sílice residual que puedan interactuar, por ejemplo, con iones metá-
Figura 18.7. Placas de ex-
tracción con 96 pozos y sis-
tema de vacío con plato de 
recolección.
18Christian(541-554).indd 55018Christian(541-554).indd 550 9/12/08 15:57:209/12/08 15:57:20
licos u otras especies catiónicas. Las partículas son esféricas, en tanto que las partículas 
SPE a base de sílice tienen forma irregular; además, las partículas poliméricas se diseñaron 
para que pudieran humedecerse. En general, tienen mayor capacidad que las partículas a 
base de sílice.
FASES DUALES
El uso de dos fases diferentes puede ampliar la variedad de compuestos extraídos. Se usan 
tres tipos: fases de modo mezclado, estratificado y apilado. En el primer modo se mezclan 
en el cartucho dos tipos diferentes de fases químicamente adheridas. Un ejemplo es una 
mezcla de partículas de C8 y de partículas intercambiadoras de cationes. En el modo es-
tratificado, las dos fases se empacan una sobre otra. Las fases apiladas usan dos cartuchos 
en serie para obtener mejores separaciones. Los dos primeros modos se adaptan con más 
facilidad a la automatización, porque sólo se usa un cartucho.
MICROEXTRACCIÓN EN FASE SÓLIDA (SPME)
La microextracción en fase sólida (SPME, solid-phase microextraction) es una técnica 
de extracción sin disolvente que suele usarse para recolectar analitos para determinaciones 
por cromatografía de gases (véase capítulo 20), y está basada en la adsorción. Se recubre 
una fibra de sílice fundida con un adsorbente sólido o un polímero inmovilizado, o con 
una combinación de ambos. En la figura 18.9 se muestra una fibra para microextracción 
en fase sólida. Las dimensiones de la fibra son en generalde 1 cm � 110 �m. La fibra se 
introduce en un aparato con aguja de jeringa. Con la microextracción en fase sólida pueden 
muestrearse matrices sólidas, líquidas o gaseosas. La fibra se expone a una muestra gaseosa 
o líquida o al espacio libre ubicado inmediatamente arriba de una muestra sólida o líquida,
durante un tiempo y temperatura definidos; con frecuencia se agitan las muestras para
aumentar la eficiencia de adsorción del analito. Después de la adsorción, el analito se
desadsorbe térmicamente, por lo regular de manera directa en el puerto de inyección de
un cromatógrafo de gases para que ingrese en su columna.
Interacciones de
fase reversa
Interacciones de
intercambio iónico
SO3H
+
CH3
NO
SO3
NO
CH3N
OH
O
b)
a)
H2
+
−
−
Figura 18.8. “Sorbentes universales”: es-
tructuras químicas de sorbentes poliméri-
cos: a) HLB y b) MXC Oasis, de Waters. 
La estructura superior en b) es el medica-
mento propanolol básico, con el que se 
muestra la interacción entre medicamento 
y sorbente. [Según D. A. Wells, LC.GC, 
17(7) (1999) 600. Reproducción autori-
zada por LC.GC.]
Tapa
Émbolo
Epoxi
Aguja de
jeringa
Fibra
Varilla
de acero
inoxidable
Figura 18.9. Esquema de un
aparato para microextracción 
en fase sólida. [Según C. L. 
Arthur. D. W. Potter, K. D. 
Buchholz, S. Motlagh y J. 
Pawliszn, LC.GC, 10(9) 
(1992) 656. Reproducción au-
torizada por LC.GC.]
18.6 EXTRACCIÓN EN FASE SÓLIDA 
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CAPÍTULO 18 PREPARACIÓN DE LA MUESTRA: EXTRACCIÓN CON DISOLVENTES Y EN FASE SÓLIDA
Hay un número limitado de adsorbentes. Uno muy utilizado es el poli(dimetilsiloxano), 
el cual es útil para seleccionar saborizantes volátiles para bebidas, alimentos y productos 
afines. Para los compuestos volátiles no polares se usa una capa de 100 �m. Otro ejemplo 
es el de una capa de poliacrilato de 85 �m. Es relativamente no polar debido a la presen-
cia de grupos metilo. Es más polar debido a la presencia de grupos carbonilo, por lo que 
extrae compuestos polares semivolátiles.
Problemas
Objetivos de aprendizaje
ALGUNOS DE LOS PUNTOS CLAVE QUE SE APRENDIERON
EN ESTE CAPÍTULO
● Coeficiente de distribución, relación de distribución (ecuaciones clave: 18.1, 18.3,
18.8), pp. 541 y 542
● Porcentaje extraído (ecuación clave: 18.10), p. 543
● Extracción con disolventes de complejos y quelatos de iones metálicos, p. 544
● Extracción acelerada con disolventes y con microondas, p. 546
● Extracción en fase sólida, p. 547
● Microextracción en fase sólida, p. 551
Preguntas
1. ¿Qué es el coeficiente de distribución? ¿Y la relación de distribución?
2. Sugerir un método para separar anilina, C6H5NH2, que es una base orgánica, a partir
de nitrobenceno, C6H5NO2 (¡extremadamente tóxico!).
3. Describir dos de los principales sistemas de extracción con disolventes para iones
metálicos. Dar ejemplos de cada uno.
4. Describir los procesos de equilibrio que intervienen en la extracción de quelatos
metálicos con disolventes.
5. ¿Cuál es la máxima concentración de un quelato metálico que puede extraerse con
un disolvente orgánico? ¿Y la concentración mínima?
6. Describir el efecto del pH y de la concentración del reactivo sobre la extracción de
quelatos metálicos con disolventes.
7. ¿Cuál es la base de la extracción acelerada con disolventes?
8. ¿Cuál es la base de la extracción asistida con microondas?
9. ¿En qué difiere la extracción en fase sólida de la extracción con disolventes?
10. ¿Qué es microextracción en fase sólida?
EFICIENCIAS DE EXTRACCIÓN
11. Deducir la ecuación 18.10 a partir de la ecuación 18.9.
 12. Al deducir la ecuación 18.8 no se consideró que el ácido benzoico forma parcialmente
un dímero en la fase orgánica (2HBz É (HBz)2; Kp � [(HBz)2]/(HBz)2], siendo Kp
la constante de dimerización). Deducir una ecuación de la relación de distribución
que tome en cuenta lo anterior.
 13. De 100 mL de una solución, se extrae 96% de un soluto con dos porciones de 50 mL
de un disolvente orgánico. ¿Cuál es la relación de distribución del soluto?
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 14. La relación de distribución del PdCl2 entre HCl 3 M y fosfato de tri-n-butilo es 2.3.
¿Qué porcentaje de PdCl2 será extraído de 25.0 mL de una solución 7.0 � 10�4 M
pasándolos a 10.0 mL de fosfato de tri-n-butilo?
 15. Se extrae 90% de un quelato metálico cuando se usan volúmenes iguales de fases
acuosa y orgánica. ¿Cuál será el porcentaje extraído si el volumen de la fase orgánica
aumenta al doble?
EXTRACCIONES MÚLTIPLES
 16. Sustentar, mediante cálculos para un soluto con relación de distribución de 25.0, qué
es más efectivo, si una extracción de 10 mL de una solución acuosa con 10 mL de
disolvente orgánico o la extracción con dos porciones separadas de 5.0 mL de disol-
vente orgánico.
17. Se extrae 70% de arsénico(III) de HCl 7 M con un volumen igual de tolueno. ¿Qué
porcentaje quedará sin extraer después de haber hecho tres extracciones individuales
con tolueno?
Referencias recomendadas
EXTRACCIÓN CON DISOLVENTES
1. G. H. Morrison y H. Freiser, Solvent Extraction in Analytical Chemistry, Nueva York:
Wiley, 1957. Un clásico. Se explica con detalle la extracción de metales.
2. J. Stary, The Solvent Extraction of Metal Chelates, Nueva York: Macmillan, 1964.
EXTRACCIÓN CON DISOLVENTES, ACELERADA
Y CON MICROONDAS
3. B. E. Richter, B. A. Jones, J. L. Ezzell, N. L. Porter, N. Avdalovic y C. Pohl, Jr.,
“Accelerated Solvent Extraction: A Technique for Sample Preparation”, Anal. Chem.
68 (1996) 1033.
4. A. Zlotorzynski, “The Application of Microwave Radiation to Analytical and Envi-
ronmental Chemistry”, Crit. Rev. Anal. Chem., 25 (1997) 43.
5. Zu B. W. Renoe, “Microwave Assisted Extraction”, Am. Lab., agosto (1994) 34.
6. K. Ganzler, A. Salgo y K. Valco, “Microwave Extraction. A Novel Sample Preparation
Method for Chromatography”, J. Chromatogr., 371 (1986) 371.
EXTRACCIÓN EN FASE SÓLIDA
7. N. J. K. Simpson, ed., Solid-Phase Extraction, Principles, Techniques, and Applica-
tions, Nueva York: Marcel Dekker, 2000.
8. J. S. Fritz, Analytical Solid-Phase Extraction, Nueva York: Wiley-VCH, 1999.
9. Methods for the Determination of Organic Compounds in Drinking Water (Suplemento 
1), Cincinnati Environment Monitoring Systems Laboratory, Office of R&D, U. S.
Environmental Protection Agency, 1990.
MICROEXTRACCIÓN EN FASE SÓLIDA
10. SPME Applications Guide, Supelco (www.sigma-aldrich.com). Más de 600 referen-
cias, clasificadas de acuerdo con aplicación, analito/matriz y condición de extrac-
ción.
REFERENCIAS RECOMENDADAS 
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CAPÍTULO 18 PREPARACIÓN DE LA MUESTRA: EXTRACCIÓN CON DISOLVENTES Y EN FASE SÓLIDA
11. S. B. Hawthorn, D. J. Miller, J. Pawliszyn y C. L. Arthur, “Solventless Determination
of Caffeine in Beverages Using Solid Phase Microextraction with Fused Silica Fibers”,
J. Chromatogr., 603 (1991) 185.
 12. C. Arthur, L. Killiam, K. Buchholz y J. Pawliszyn, “Automation and Optimization of
Solid Phase Microextraction”, J. Anal. Chem., 64 (1992) 1960.
 13. Z. Zhang y J. Pawliszyn, “Headspace Solid Phase Microextraction”, Anal. Chem., 65
(1993) 1843.
 14. J. Pawliszyn y R. M. Smith, eds., Applications of Solid Phase Microextraction, Ber-
lín: Springer, 1999.
 15. S. A. S. Wercinski, ed., Solid Phase Microextraction. A Practical Guide, Nueva York:
Marcel Dekker, 1999.
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