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CUANTIFICACIÓN DE CLORPIRIFOS EN MUESTRAS ACUOSAS POR MICROEXTRACCIÓN
LÍQUIDO-LÍQUIDO Y CROMATOGRAFÍA DE GASES CON DETECTOR µ-ECD
Garrido et. al., 159–170
CUANTIFICACIÓN DE CLORPIRIFOS EN
MUESTRAS ACUOSAS POR
MICROEXTRACCIÓN LÍQUIDO-LÍQUIDO
Y CROMATOGRAFÍA DE GASES
CON DETECTOR µ-ECD
QUANTIFICATION OF CHLORPYRIFOS IN AQUEOUS SAMPLES
BY LIQUID-LIQUID MICROEXTRACTION AND
GAS CHROMATOGRAPHY WITH µ-ECD DETECTOR
Tatiana Garrido Reyes1*, Nicol Campos Escobar1
& Jorge Mendoza Crisosto1
Recibido: 25 de octubre 2021 / Aceptado: 13 de diciembre 2021
DOI 10.26807/ia.v10i1.224
Palabras clave: clorpirifos, cromatografía de gases, microextracción
líquido-líquido, química analítica verde.
Keywords: chlorpyrifos, gas chromatography, green analytical chemistry,
liquid-liquid microextraction.
1Universidad de Chile, Facultad de Ciencias Químicas y Farmacéuticas, Departamento de Química
Inorgánica y Analítica, Santiago, Chile. (*correspondencia: tgarrido@ciq.uchile.cl,
nnicolecampos@gmail.com, jmendoza@ciq.uchile.cl)
RESUMEN
La evaluación de contaminantes presentes en el medioambiente es un tema
reiterativo a nivel internacional, por ello resulta imperante el desarrollo de
nuevas metodologías de extracción de analitos desde matrices como aguas
superficiales, con un bajo impacto sobre el medio ambiente. El clorpirifos (CP)
es un compuesto organofosforado ampliamente usado para el control de pla-
gas, tóxico para los seres vivos, el cual se puede movilizar desde los suelos a
las distintas fuentes de agua. La microextracción líquido-líquido dispersiva
(DLLME, por sus siglas en inglés) puede ser considerada como una metodo-
logía con características de química analítica verde, por el bajo consumo de
solvente y tiempo. El objetivo de este trabajo fue optimizar la DLLME para el
análisis de CP en muestras de agua. Para la extracción se usó metanol como
agente dispersante y CS2como agente extractante, evaluándose cinco tiempos
de extracción: 5, 10, 15, 20 y 25 minutos. Los extractos fueron analizados
por cromatografía de gases con detector de microcaptura electrónica (GC-
μECD). Los resultados de la evaluación del tiempo de agitación dieron cuenta
que, para los tiempos de agitación de 10 y 15 minutos se obtuvo un porcentaje
de recuperación de CP de 108 y 88 %, respectivamente, con un límite de de-
tección y de cuantificación de 18,3 y 22,4 μg/L, respectivamente, y una pre-
cisión expresada como desviación estándar relativa menor al 14,2 %,
aceptable para este tipo de extracción. Se puede concluir que la metodología
DLLME asociada a GC-μECD es una alternativa adecuada para la cuantifica-
ción de CP en matrices acuosas con un bajo impacto medioambiental.
ABSTRACT
The evaluation of pollutants present in the environment is a reiterative issue
at the international level, for this reason the development of new methodolo-
gies for the extraction of analytes from matrices such as surface waters, with
a low impact on the environment, is imperative. Chlorpyrifos (CP) is an orga-
nophosphate compound widely used for pest control, toxic to living beings,
which can be mobilized from soils to different water sources. Dispersive li-
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quid-liquid microextraction (DLLME) can be considered as a methodology
with characteristics of green analytical chemistry, due to the low consumption
of solvent and time. The objective of this work was to optimize the DLLME for
the analysis of CP in water samples. For the extraction, methanol was used as
a dispersing agent and CS2as an extracting agent, evaluating five extraction
times: 5, 10, 15, 20 and 25 minutes. The extracts were analyzed by gas chro-
matography with an electron microcapture detector (GC-μECD). The results
of the evaluation of the stirring time showed that, for the stirring times of 10
and 15 minutes, a recovery percentage of CP of 108 and 88% was obtained,
respectively, with a detection and quantification limit of 18, 3 and 22.4 μg /
L, respectively, and a precision expressed as a relative standard deviation of
less than 14.2 %, acceptable for this type of extraction. It can be concluded
that the DLLME methodology associated with GC-μECD is a suitable alterna-
tive for the quantification of CP in aqueous matrices with a low environmental
impact.
INTRODUCCIÓN
Los compuestos organofosforados
forman parte de los plaguicidas de
mayor uso a nivel mundial, dado su
bajo costo y gran efectividad, siendo
detectados en muestras de aguas
subterráneas, aguas superficiales,
agua potable, suelos y vegetales
(Martínez et al., 2000; Lambropou-
lou et al., 2002). Entre ellos destaca
el clorpirifos [O,O-dietil O-(3,5,6-tri-
cloropiridin-2-il) fosforotioato] (CP),
cuya toxicidad puede incrementar
en presencia de sus metabolitos,
tales como el clorpirifos oxon (CPO)
(Figura 1), uno de sus metabolitos
producto de su oxidación.
Figura 1. (a) Clorpirifos.
(b) Clorpirifos Oxon
El CP es un insecticida de amplio
uso en el hogar y en agricultura
donde, se aplica de forma directa a
cosechas. Este compuesto se de-
grada por acción de la luz solar, bac-
terias u otros procesos químicos
(ATSDR, 1997). Se ha reportado que
su persistencia en el suelo va de
unos pocos días hasta 4 años y en
vegetales entre 3 a 60 días, aproxi-
madamente, dependiendo de las ca-
racterísticas fisicoquímicas del
suelo; siendo relevante el contenido
de materia orgánica presente (Már-
quez et al., 2010).
Se ha descrito que CP se distribuye
un 49,6 % en el suelo, 46,3 % en los
sedimentos y 2,3 % en agua, sin em-
bargo, estos rangos varían de acuer -
do con la tasa de aplicación, el tipo
de ecosistema y factores medioam-
bientales (Mackay, 2001). El CP co -
mo contaminante es capaz de movi-
lizarse a través del perfil de suelo y
llegar a aguas subterráneas, o bien ser
transportado a aguas superficiales. A
nivel de toxicidad, el CP es altamente
tóxico tanto para peces como para
organismos invertebrados (Giesy et
al., 1999) y para la vida humana cla-
sifica como un plaguicida de clase II
(EPA, 2016; Lazi et al., 2012).
Para el análisis de contaminantes en
matrices medioambientales, la ex-
tracción del analito de interés desde
la matriz constituye uno de los pasos
críticos en el proceso. En este sen-
tido, se hace necesario evaluar nue-
vas metodologías de extracción bajo
el concepto de la química analítica
verde, el cual involucra el desarrollo
de metodologías analíticas con una
preocupación medioambiental, eli-
minando o disminuyendo las fuentes
de contaminantes con la intención
de que los productos y procesos no
pongan en peligro cualquier forma
de vida. La química analítica verde
fomenta el uso de análisis directo,
así como la miniaturización, auto-
matización y ahorro tanto de energía
como de insumos, reduciendo así
los desechos generados y garanti-
zando la seguridad del operador (Ar-
menta et. al., 2019).
La clásica extracción líquido-líquido
requiere de prolongados periodos de
tiempo, grandes volúmenes de disol-
ventes y múltiples etapas, donde
problemas como la emulsión de la
muestra dificultan la extracción del
analito desde la matriz (Marsin et al.,
2011); para mejorar este proceso y
disminuir la cantidad de solventes
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empleados la micro-extracción lí-
quido-líquido dispersiva (DLLME, por
sus siglas en inglés) puede ser una ex-
celente alternativa. Esta metodología
fue desarrollada para pre-concentrar
analitos orgánicos desde matrices
acuosas y ha sido aplicada a matrices
alimenticias, fluidos biológicos y
muestras sólidas (Rezaee et al., 2006
and 2010). La DLLME integra en una
etapa la extracción y concentración
de los analitos, empleando dos fases
líquidas inmiscibles: una acuosa
(donde se encuentra la muestra) y
otra orgánica, (disolvente orgánico)
(Martins et al., 2012), a la cual se
transfiere el analito de interés para su
posterior cuantificación. Dentro de
las técnicas más utilizadas para la
cuantificación de CP está la croma-
tografía de gases con detector de mi-
crocaptura electrónica (GC-μECD,
por sus siglas en inglés).
Según lo descrito resulta de gran im-
portancia contar con metodologías
de extracción amigables con el
medio ambiente y con adecuadas ci-
fras de mérito que permitan realizar
la determinación de contaminantes
como CP en muestras de aguas y
poder evaluar su movilidad en el
medioambiente, siendo este el obje-
tivo perseguido en esta investiga-
ción.
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MATERIALES Y MÉTODOS
Se preparó una curva de calibración
entre 25 y 400 µg/L para CP con la
adición de estándar interno PCB 103
(SI) en concentración 150 μg/L,
usando como solvente n-hexano.
Los análisis se realizaron en un cro-
matógrafo de gases con detector de
micro captura electrónica, 7890A,
Agilent Technologies, usando las
condiciones cromatográficas optimi-
zadas para este análisis.
Para llevar a cabo la DLLME se uti-
lizó una mezcla extractante com-
puesta por 20 mL de metanol
(agente dispersante) y 1 mL de CS2
(agente extractante). Para los análisis
se consideró un blanco y una solu-
ción acuosa que contenía CP en
concentración de 250 μg/L. Para el
proceso de extracción se utilizaron
tubos de vidrio con tapa, en los cua-
les se adicionó 5 mL de la solución
de CP. Luego se adicionó 1 mL de la
solución extractante. Luego estas
mezclas se llevaron a agitación,
donde se realizó la optimización del
tiempo de agitación, considerando 5
tiempos entre 5 y 30 minutos (análi-
sis en cuadriplicado). Posterior a esto
las mezclas fueron centrifugadas a
2000 rpm, durante 3 minutos. La
gota formada fue extraída con una
pipeta Pasteur y depositada en un
vial color ámbar, para luego ser lle-
vada a sequedad con una corriente
de N2a 40 °C en baño seco. Final-
mente, se realizó la reconstitución
de las muestras con 0,5 mL de n-he-
xano con adición de SI, para ser ana-
lizadas por GC-µECD. Los análisis se
realizaron por triplicado.
Se determinó el límite de detección
(LD) y de cuantificación (LC) por
medio de la inyección de diez
blancos. Para el LDse usó la fórmula
YLD = YB+ 3 σB, donde σBes la des-
viación estándar de las áreas obteni-
das para el blanco y YBes el
promedio de área de los blancos.
Para el cálculo de LCse hace el mis -
mo procedimiento, pero se multi-
plica por diez la desviación estándar
(YLC = YB+ 10 σB). Posteriormente
estos valores (YLD y YLC) se interpola-
ron en la curva de calibración, obte-
niéndose la concentración corres-
pondiente para LDy LC. La precisión
en este estudio fue evaluada por
medio de la repetibilidad y la exacti-
tud se evaluó por cálculos de por-
centajes de recuperación del analito.
RESULTADOS
Los resultados obtenidos del análisis
por GC-μECD, dieron cuenta de un
tiempo de retención promedio para
CP de 8,80 minutos, mientras que
para el SI fue 9,196 minutos. Las
condiciones cromatográficas utiliza-
das se presentan en la Tabla 1.
Tabla 1. Condiciones cromatográficas
usadas para el análisis de CP
por medio de GC-μECD
Temperatura inyección 250 °C
Detector 300 °C
Gas N2
Make Up N2 20 mL/min
Flujo 1 mL/min
Volumen de inyección 10 μL
Modo de inyección Splitless
Columna HP-5: 325°C:
30m x 320μm x 0,25μm
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Para el análisis se utilizó un pro-
grama de temperatura (Tabla 2) el
cual considera tres rampas, desde
100 hasta 280 °C, con un tiempo
total de 15 minutos.
Tabla 2. Programa de temperatura
usado para el análisis de CP
por medio de GC-μECD
Puntos Razón Temp Tiempo Tiempo
total
[°C/min] [°C] [min] [min]
Inicial —- 100 1 1
Rampa 1 85 150 0 1,5
Rampa 2 25 200 0 3,6
Rampa 3 7 280 0 15
Con respecto a la curva de cali -
bración de CP con adición de SI (Fi-
gura 2), los resultados mostraron
una buena correlación en base a
la li nealidad de la curva (Y=0,7712
X-0,0792, r=0,997).
Figura 2. Curva de calibración para CP
(Y = ÁreaCP / ÁreaSI; X = [ ]CP / [ ]SI)
Los LDy LCobtenido fueron de 3,2 y
6,8 µg/L, respectivamente, con una
precisión expresada como la des-
viación estándar relativa (RSD) de
16,2 %.
Se analizaron los extractos de los
blancos obtenidos de la DLLME,
donde se determinó que no hay se-
ñales de la matriz que dificulten la
cuantificación de los analitos en los
tiempos de retención determinados
por medio de GC-µECD (Figura 3).
Figura 3. Cromatograma optimizado
de la muestra blanco
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Los resultados de las pruebas de
DLLME considerando distintos tiem-
pos de agitación, para la extracción
de CP en muestra acuosa (250 µg/L)
se muestran en la Figura 4, donde se
puede observar que el mayor por-
centaje de recuperación de CP se ob-
tiene para los tiempos de agitación
10 y 15 minutos con 108 y 88 %,
respectivamente.
Figura 4. Relación entre porcentaje
de recuperación de CP y el tiempo
de agitación usada en DLLME
Los resultados dan cuenta de una
precisión expresada como desvia-
ción estándar relativa menor a 6 %
para los tiempos menores a 20 mi-
nutos. Con respecto a la obtención
de la gota, los volúmenes usados
permitieron obtener una gota de ta-
maño adecuado para su separación
desde la solución de extracción y su
posterior cuantificación.
DISCUSIÓN
Al comparar los LDy LCobtenidos
con los reportados en literatura, se
evidencia que la metodología de
DLLME con GC-µECD tiene una alta
sensibilidad, con LDy LCmenores a
los reportados en literatura para esta
metodología de extracción (Tabla 3),
esto se debe a que el detector de mi-
crocaptura electrónica posee una
mayor sensibilidad, sumado a que la
metodología de DLLME obtuvo por-
centajes de recuperación adecuados
para el análisis de este tipo de con-
taminante en una matriz acuosa. Al
comparar los LCy LDobtenidos por
DLLME y SPE del analito desde ma-
triz acuosa, esta última metodología
permite cuantificar al analito a una
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concentración dos veces menor que
para DLLME. La discrepancia entre
los resultados se puede deber a las
diferencias en los procedimientos de
las metodologías empleadas, ya que
la SPE arrastra una menor cantidad
de posibles interferentes, permi-
tiendo así tener menor ruido por
efecto matriz y por lo tanto discrimi-
nar a una menor concentración la
señal del analito (Lazic et al., 2012;
Marsin et al., 2011). La DLLME pre-
sentó una precisión expresada como
de la deviación estándar relativa
menor a 14,2%, y una exactitud ex-
presada como la recuperación, para
un tiempo de agitación de 15 minu-
tos de 88 %.
Existe una preocupación por el de-
sarrollo de nuevas metodologías de
extracción, que no sólo permitan la
adecuada determinación de conta-
minantes de interés desde matrices
medioambientales, sino que además
se ajuste a lo que se conoce como
química analítica verde y sustenta-
ble, que implica poco impacto am-
biental, bajos efectos nocivos en los
operarios y asequible (Marcin-
kowska et al., 2019).
Tabla 3. Comparación de LDy LC
obtenido para la determinación de CP
usando SPE y DLLME
SPE DLLME DLLME
[μg/L] Lazic et al. Este, Marsin et al.,
(2012) trabajo (2011)
LD 4 18,3 95
LC 10 22,4 318
La DLLME es una metodología con
un bajo consumo de solventes, con
pocas etapas de proceso, lo que dis-
minuye los tiempos de análisis, a di-
ferencia de la SPE donde se utilizan
mayores volúmenes de solvente, y
que considera más de una etapa,
como es el acondicionamiento de
las columnadas de extracción, carga
de la muestra, lavado, y posterior
elución del analito. Ante este esce-
nario la metodología de DLLME op-
timizada en este trabajo es una
alternativa que se ajusta al concepto
de química analítica verde, con ci-
fras de mérito adecuadas para el
análisis de muestras medioambien-
tales.
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La metodología DLLME usando
como solución extractante metanol:
CS2en una proporción 20:1, tiempo
de agitación de 15 minutos, permitió
extraer al analito desde la matriz
acuosa. Se determinó para la DLLME
un LDy LCde 18,3 y 22,4 μg/L, res-
pectivamente, una precisión expre-
sada como desviación estándar
relativa menor al 14,2 %, y un por-
centaje de recuperación 88 %. De
esta manera se puede concluir que
DLLME asociado a GC-μECD es una
alternativa con cifras de mérito ade-
cuadas para la cuantificación de CP
desde matriz acuosa, con la ventaja
de ser una metodología con menor
impacto ambiental que la SPE.
CONCLUSIÓN
AGRADECIMIENTOS
Este trabajo fue financiado por Fon-
decyt, proyecto No. 11110223.
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