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La importancia de la especiación química

28 de agosto, 2018

La importancia de la especiación química

28 de agosto, 2018

El análisis de especiación (speciation) se ha vuelto muy común en muchos laboratorios, incluidos los ambientales, de alimentos o farmacéuticos. Esto es porque la salud humana y la nutrición pueden ser influenciadas por la presencia o ausencia de ciertas especies químicas como el hierro, selenio, arsénico o mercurio. Entonces, ¿se deben incorporar pruebas de especiación química en los laboratorios?

Pero, empecemos por el principio: ¿qué es especiación? La International Union of Pure and Applied Chemistry (IUPAC) define la especiación (speciation) como “la distribución de un elemento entre especies químicas definidas en un sistema”. Las especies químicas incluyen composición isotópica, estados electrócnicos o de oxidación y de estructuras moleculares. El análisis de especiación es el proceso analítico de identificación y/o medición de las cantidades de una o más especies químicas en una muestra.

En su Guide to Speciation, el fabricante de patrones y materiales de referencia certificados y estándares de calibración SPEX CertiPrep, desgrana la importancia de la especiación. Según se expone en el documento mencionado, la especiación es importante en muchos campos de la ciencia y la salud, ya que ofrece información relacionada con la biodisponibilidad y la toxicidad de un elemento. Por ejemplo, en la nutrición humana, el hierro puede tener diversa actividad biológica. Así, muchos suplementos de hierro contienen estas formas de hierro disponibles biológicamente, como el fumarato ferroso, en lugar de otras formas biológicamente inertes, como el óxido ferroso. Las especies de selenio se han asociado con el tratamiento de enfermedades. Diversos estudios han demostrado el valor de los compuestos de organoselenio en el tratamiento del crecimiento tumoral y la eliminación de radicales libres.

La toxicidad de las especies

La guía de SPEX CertiPrep continúa exponiendo que la toxicidad juega un papel en la importancia de la especiación y la necesidad de cuantificar las especies elementales. Algunas especies de metales pesados pueden ser altamente tóxicas para humanos y animales.

Por ejemplo, los compuestos orgánicos de mercurio son más tóxicos que los compuestos de mercurio inorgánico. Lo contrario ocurre con el arsénico cuyas formas orgánicas (MMA, DMA, arsenocolina y arsenobetaína) son mucho menos tóxicas que las inorgánicas (aresina, arsenato y arsenito). Una dosis letal media (LD50) de arsenobetaína es superior a 10000 mg/k mientras que la LD50 de arsina es solo de mg/kg ppm.

Otro ejemplo puede ser el cromo, que puede jugar un papel negativo y positivo en la salud humana. Tradicionalmente, el cromo en forma de trivalente o Cr (III), se ha considerado un suplemento dietético. Sin embargo, otra forma de cromo tiene un impacto negativo definitivo en la salud humana: el cromo hexavalente o Cr (VI) es potencialmente cancerígeno y tiene una toxicidad oral de entre 50 y 150 μg/kg.

La toxicidad de las especies está incluenciada por tres factores: absorción, distribución y biotransformación. Si una especie química o elemental es fácilmente absorbida por un organismo, esa especie se vuelve más biológicamente disponible y, por lo tanto, potencialmente tóxica. La capacidad de una especie química para cruzar barreras biológicas (es decir, sangre/cerebro, intestinos y membranas celulares) aumenta la toxicidad. Finalmente, si una especie química puede sufrir modificación, acumulación o excreción de sistemas biológicos, la toxicidad se ve afectada.

¿A quién debería interesarle la prueba de especiación?

Muchos campos de la ciencia y la química se están involucrando en la determinación de la necesidad de especiación en sus métodos de prueba. Los laboratorios ambientales se están alejando de las pruebas de los niveles totales de cromo y de mercurio total a favor de las pruebas para las especies más peligrosas de Cr (VI) y especies de organomercurio.

La industria farmacéutica y la nutracéutica están estableciendo directrices para la limitación del arsénico inorgánico y las especies de mercurio según las nuevas directrices USP <232>, <2232> e ICH.
¿Cuáles son los obstáculos para adaptar las pruebas de especiación?

A pesar del valor de determinar especies químicas individuales, hay muchos obstáculos que resolver antes de que los métodos de especiación se implementen ampliamente. Una de las primeras dificultades es la recolección y preservación de muestras. La especie química debe poder conservarse o el análisis debe ser in situ para obtener resultados precisos. Las especies químicas pueden cambiar de estado en respuesta a factores ambientales, actividad microbiana, conservantes, interacciones de contenedores o tiempo. Técnicas comunes de preparación de muestras incluyen la adición de compuestos químicos que pueden causar reacciones y cambiar el pH de las muestras, lo que facilita el cambio en el estado de los elementos objetivo. Finalmente el recipiente de recolección real puede contribuir a la contaminación o facilitar la absorción de productos químicos en o desde los materiales del contenedor y, por lo tanto, cambiar la distribución de las especies químicas en la muestra.

Después de la recogida de la muestra, los métodos de preparación también pueden ser responsables de estos cambios. Los procesos de extracción pueden introducir calor y oxidantes a la muestra. Este efecto se puede experimentar cuando hay metilación de mercurio durante un proceso de extracción. Algunos compuestos químicos deben derivatizarse antes del análisis, pero los pasos de esta técnica pueden cambiar el estado químico de la muestra. Un ejemplo es la formación de metil- y etilmercurio en una reacción entre mercurio inorgánico y el agente de derivatización de sodium tetra-n-propyl borate.

El siguiente paso de un procedimiento de análisis es algún tipo de análisis instrumental o químico para la identificación y cuantificación de sustancias químicas objetivo. Los procesos de separación más comunes son la cromatografía de gases (GC), la cromatografía líquida (LC) y electroforesis capilar (CE). Estas técnicas de separación permiten que cada estado o especie se mida como un pico único o unidad en el tiempo. Las muestras se ionizan o se someten a un campo magnético o carga mediante un plasma acoplado inductivamente (ICP) o proceso de ionización por electrospray (ESI) antes de la detección usando un sistema de medición y detección como espectrometría de masas (MS) o espectroscopía de emisión óptica o atómica (OES o AES).

La tecnología de más rápido crecimiento para el análisis es LC-ICP-MS, que utiliza un sistema de cromatografía líquida acoplado a un ICP-MS.

A pesar de los avances en el análisis de especiación, las técnicas todavía presentan algunos desafíos para integrar el análisis de especiación en las pruebas rutinarias de laboratorio. El primer obstáculo es a menudo los costes y los desafíos técnicos. Estos últimos pueden aumentar la dificultad de obtener resultados precisos de especiación. Por ejemplo, en HPLC, algunas especies de antimonio y arsénico pueden transformarse a través del oxígeno presente en fases móviles a otros estados. En GC, las sales de fenilmercurio pueden cambiar a difenilmercurio.

Dos de los obstáculos finales están relacionados con las reglamentaciones y los materiales de referencia. Actualmente, la mayoría de las regulaciones comprenden el Cr (VI) y compuestos de organoestaño. Regulaciones más recientes, como el USP <232>, el USP <2232> y el ICH están incorporando análisis para especies de arsénico y mercurio. La regulación está, por tanto, todavía en desarrollo por lo que pasará algún tiempo antes de que se implementen los métodos finales. Una vez se haya producido, será un desafío para encontrar estándares y materiales de referencia para todas las diversas especies químicas y elementales que comprendan las directivas. El verdadero valor de un estándar o material de referencia será la estabilidad, homogeneidad y precisión de la distribución de sus especies químicas.

SPEX CertiPrep, fabricante líder en el campo de los estándares inorgánicos durante más de sesenta años, ha tomado la delantera en el desarrollo de estándares de especiación de alta calidad para este nuevo y creciente campo analítico. Sus estándares de especiación se prueban usando un LC-ICP-MS propio para garantizar la alta calidad, precisión y estabilidad que se encuentran en todos los productos de la marca.

Los estándares de SPEX CertiPrep Dual Speciation se caracterizan por:

- - Optimizados tanto para ICP como ICP-MS (con dilución en un solo paso).
  - Los porcentajes de las especies son determinados por LC-ICP-MS y se incluyen en los certificados de análisis, al igual que el LC Chromatogram.
  - Las impurezas en la solución final son analizadas por ICP-OES y son trazables NIST. Los niveles se incluyen en el certificado de análisis.

El artículo original Guide to Speciation está disponible para consulta y descarga aquí.

Si estás interesado en esta línea, puedes descubrir la amplia gama de Speciation Standards para ICP-MS y LC-ICP-MS aquí o, si prefieres, puedes ponerte en contacto con nosotros en el 981 936 338 o en info@cientisol.com.