Extracción y caracterización de los agentes tensioactivos de los aerosoles atmosféricos

El objetivo general de este procedimiento es extraer todos los tensioactivos de muestras ambientales, como aerosoles atmosféricos, y determinar sus concentraciones y curvas de tensión superficial. Este método puede responder a preguntas clave sobre la concentración de surfactante y el comportamiento de la tensión superficial en todos los seres vivos. La ventaja de esta técnica, en particular la etapa de extracción, es que aísla el surfactante en matrices complejas para su caracterización.

Las implicaciones de esta técnica se extienden a todo el conocimiento de la formación de nubes en la atmósfera, ya que se espera que los tensioactivos favorezcan la transformación de los aerosoles atmosféricos en gotas de nubes. Con este método, puede proporcionar información sobre el surfactante en los aerosoles atmosféricos, también se puede aplicar al sistema, como muestras de suelo o cultivos microbianos. Así que la idea de desarrollar el método surgió de la falta de extracción selectiva de tensioactivos en muestras atmosféricas.

Hasta ahora, solo se ha utilizado la extracción de agua. Primero, sumerja una muestra de filtro previamente preparada en agua ultrapura durante dos horas a seis grados centígrados en una placa de Petri de vidrio cerrada. Cada treinta minutos, agite la placa de Petri mientras la mantiene plana.

Después de sacar la muestra del refrigerador, fíltrela con un filtro de jeringa limpio. Y agregue la solución filtrada a una botella de vidrio de 60 mililitros previamente pesada. Después de esto, enjuague la placa de Petri con cinco mililitros de agua ultrapura.

A continuación, filtra el agua con el filtro de jeringa y añádela a la solución en el frasco de cristal de 60 mililitros. Pese la botella de vidrio que contiene la solución para determinar el volumen de agua filtrada y la concentración de surfactante. Para la extracción en fase sólida, conecte un cartucho C18 a base de sílice SPE en un colector de vacío SPE que esté conectado a una bomba.

Lave el cartucho con seis mililitros de acetonitrilo y ajuste el caudal a un mililitro por minuto regulando el vacío a la bomba. A continuación, lave el cartucho con seis mililitros de agua ultrapura y detenga la bomba para mantener el nivel de agua justo por encima del cartucho. A continuación, haga fluir la muestra filtrada a través del cartucho SPE a una velocidad de menos de un mililitro por minuto.

A continuación, haga fluir un mililitro de agua ultrapura a través del cartucho para su limpieza. Y seque el cartucho aplicando un vacío más fuerte en la configuración SPE. Agregue un colector para el extracto de muestra debajo del cartucho.

Eluir la fracción de surfactante absorbida en la columna haciendo fluir cuatro mililitros de acetonitrilo a través de ella a un caudal inferior a un mililitro por minuto. Transfiera el extracto recolectado a un frasco de cuatro mililitros. Evapore la solución de acetonitrilo exponiéndola a un flujo suave de nitrógeno hasta obtener un extracto seco, lo que generalmente toma aproximadamente una hora.

A continuación, vuelva a disolver el extracto en 60 microlitros de agua ultrapura. Después de diluir el extracto de 60 microlitros en 10 mililitros de agua pura, agregue 200 microlitros de solución tampón de acetato, 100 microlitros de solución E-D-T-A, 500 microlitros de solución de sulfato de sodio y 200 microlitros de la solución de violeta de etilo a la botella, agitando la solución después de cada adición. A continuación, agregue 2,5 mililitros de tolueno y una barra agitadora magnética a la solución.

Revuelva la solución a 500 RPM durante una hora. Después de detener la agitación y permitir que las dos fases se separen, retire la fase superior de tolueno con una pipeta de vidrio Pasteur y transfiérala a un vial de cuatro mililitros protegido contra la luz para el análisis UV-VIS. Para establecer una curva de calibración de tensioactivos aniónicos, prepare 12 soluciones de sulfosuccinato de dioctilo, sal sódica o AOT entre cero y cinco micromolares en agua y aplique los pasos anteriores a cada una de estas soluciones.

Coloque de 1,5 a dos mililitros de cada una de las 12 soluciones de AOT tratadas en una celda de cuarzo de espectrómetro de un centímetro. A continuación, mida su absorbancia a 612 nanómetros utilizando un espectrofotómetro UV-VIS. Para obtener una curva de calibración para los tensioactivos aniónicos, trace la absorbancia de cada uno de ellos, medida para cada solución de AOT en función de su concentración.

Para determinar la concentración absoluta de tensioactivos aniónicos en la muestra atmosférica, mida la absorbancia de la solución de tolueno extraída a 612 nanómetros. A continuación, coloque la absorbancia obtenida para la fracción aniónica en la curva de calibración de tensioactivos aniónicos para determinar la concentración de tensioactivos aniónicos en la muestra de aerosol. A continuación, calcule la concentración total de tensioactivo en la muestra de aerosol sumando las concentraciones obtenidas para las fracciones aniónicas, catiónicas y no iónicas.

Encienda la cámara y el software del tensiómetro. Equipe una jeringa con una aguja de 0,30 milímetros de diámetro, llénela con la solución a medir y colóquela en el soporte del tensiómetro. Compruebe visualmente que la punta de la aguja esté en el campo de la cámara.

A continuación, produce una gota con un diámetro de entre uno y tres milímetros empujando el pistón. Con el software, tome una foto o un video de la gota antes de que caiga. A continuación, ejecute la función de análisis del software para ajustar la forma de la gota a la ecuación de Young-Laplace y obtener un valor de tensión superficial.

Para trazar el resto de la curva, diluya el extracto por un factor de dos agregando agua ultrapura y repita la medición de la tensión superficial con la solución diluida. Las concentraciones de tensioactivos en aerosoles finos recogidos en el sitio costero de Rocosnietza, Croacia, en febrero de 2015, muestran la distribución entre tensioactivos aniónicos, catiónicos y no iónicos. La combinación de las mediciones de tensión superficial con las mediciones de concentración dio como resultado la curva de tensión superficial absoluta para los tensioactivos en las muestras que se muestran aquí.

Estas curvas indican las concentraciones de surfactante en las muestras de aerosol, la tensión superficial de estas muestras y la concentración crítica de micelas o CMC de los tensioactivos. Una vez dominada, esta técnica se puede realizar en 10 horas por lote de muestra si se realiza correctamente. Al intentar este procedimiento, es importante no usar jabón para limpiar la cristalería y hacer espacios en blanco para que la concentración y la tensión superficial coincidan.

Siguiendo el procedimiento de instrucción, esto se puede realizar en un extracto de surfactante como un enema o ACMS para intentar la elucidación de la estructura química de los tensioactivos. El desarrollo de este método permite la comparación de las concentraciones de surfactante en CMC con valores y parámetros ambientales que pueden alertar, por ejemplo, para determinar sus fuentes en el entorno general o su papel en la formación de nubes. Después de ver este video, debe tener una buena comprensión de cómo extraer tensioactivos de muestras ambientales, como aerosoles atmosféricos, y determinar su concentración y su curva de tensión superficial.

No olvide que trabajar con disolventes como el acetonitrilo y el tolueno es extremadamente peligroso. Siempre se deben tomar precauciones, como trabajar en una campana extractora y usar equipo de protección personal, mientras se realiza este procedimiento.