Universidad de burgos



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UNIVERSIDAD DE BURGOS

COMISIÓN DE POSGRADO




DEPARTAMENTO:

QUIMICA




TITULO:

DISEÑO, SÍNTESIS Y CARACTERIZACIÓN DE POLÍMEROS CON RECEPTORES SELECTIVOS. APLICACIONES EN DETECCIÓN Y EXTRACCIÓN DE ANALITOS.

AUTOR:

GÓMEZ VALDEMORO, ANA

FECHA LECTURA:

24/02/2012

HORA:

11:30

CENTRO LECTURA:

FACULTAD DE CIENCIAS. SALÓN DE ACTOS

DIRECTOR/ES:

JOSÉ MIGUEL GARCÍA PÉREZ y FÉLIX CLEMENTE GARCÍA GARCÍA

TRIBUNAL

SEBASTIÁN MUÑOZ GUERRA




JOSÉ LUIS DE LA PEÑA ALBILLOS




RAMÓN MATÍNEZ MÁÑEZ




ÁNGEL EMILIO LOZANO LÓPEZ

RICARDO MALLAVIA MARÍN









RESUMEN:

En los últimos años, el trabajo realizado por el Grupo de Polímeros de la Universidad de Burgos, en el cual se circunscribe esta Tesis, está orientado al diseño y síntesis de nuevos polímeros con aplicaciones específicas. En concreto, la característica del diseño estriba en la introducción de grupos capaces de interaccionar selectivamente con otras especies, con el propósito de desarrollar materiales con aplicaciones basadas en el reconocimiento molecular de analitos, a la vez que estudia la relación entre la estructura y propiedades, como propiedades mecánicas y térmicas, de los nuevos materiales.

La investigación que se presenta está dirigida hacia el diseño, síntesis y caracterización de nuevos polímeros que incorporan grupos receptores selectivos en su estructura para su aplicación como membranas densas en tecnologías de sensores y dosímetros químicos, así como para su empleo como fases sólidas extractantes para la separación y purificación de analitos. En relación a la matriz polimérica, se han seleccionado tres tipos de estructuras macromoleculares: poliéteres aromáticos, poliamidas aromáticas y polimetacrilamidas, cada una de los cuales ofrece distintas prestaciones mecánicas, térmicas o de resistencia química, lo que permitiría su aplicación en distintos medios y condiciones.

Como materiales con potenciales aplicaciones en el campo de sensores y dosímetros químicos, se ha sintetizado y caracterizado una nueva familia de copoliéteres aromáticos que incorpora subgrupos pirilio en su estructura. Los poliéteres sintetizados poseen buenos niveles de resistencia térmica y una solubilidad adecuada para permitir su transformación en membranas densas. Los grupos pirilio son generalmente coloreados y fluorescentes, y son susceptibles de ataques nucleófilos en medios orgánicos con la consiguiente apertura del anillo, lo que conlleva la ruptura de la aromaticidad y cambios en el color y fluorescencia. Se ha evaluado, por tanto, la capacidad sensora de membranas densas elaboradas a partir de estos nuevos polímeros portadores de grupos pirilio, observándose que actúan como dosímetros cromogénicos y fluorogénicos hacia aminas primarias y secundarias en disoluciones H2O:CH3CN (60:40 v/v). Los bajos niveles de absorción de agua en este tipo de polímeros hacen que los procesos de difusión de analitos al interior del material sean los que controlen la velocidad de respuesta, lo que dificulta establecer un análisis cuantitativo en este tipo de sistemas.

En relación a la preparación de materiales como fases extractantes se ha sintetizado nuevas familias de poliamidas aromáticas y polimetacrilamidas portadoras de distintos grupos receptores de cationes, analizándose posteriormente su aplicabilidad como fases extractantes de cationes metálicos en medios acuosos.

En primer lugar, se han preparado copoliamidas aromáticas que incorporan grupos urea y grupos benzo-18-corona-6 en su estructura lateral. Por otro lado, se ha sintetizado una nueva familia de poliamidas aromáticas portadoras 1,2,4-triazol, tanto en la cadena principal del polímero como en su estructura lateral. Ambas familias de poliamidas aromáticas presentan un buen comportamiento térmico y una solubilidad suficiente para permitir su transformación en productos acabados. Finalmente, se ha preparado redes metacrílicas portadoras del heterociclo 1,2,4-triazol.

En relación a su aplicabilidad como fases extractantes de cationes metálicos, una de las características más significativas de los éteres corona es su capacidad de complejar cationes de forma selectiva, que combinada con la capacidad de interacción de los grupos urea con los contraiones correspondientes, hace que las nuevas copoliamidas resulten de elevado interés en la extracción de cationes metálicos. De la misma forma, el grupo 1,2,4-triazol se trata de un ligando heterocíclico capaz de coordinar cationes metálicos, especialmente HgII. Así pues, cabe esperar que tanto la familia de poliamidas como las redes metacrílicas posean aplicación como fases sólidas en la extracción de cationes contaminantes. Los resultados obtenidos en pruebas de extracción empleando poliamidas como fases sólidas muestran altos niveles de extracción, y de forma muy selectiva, hacia el HgII, observándose porcentajes de extracción cercanos al 100%. Por otra parte se observaron niveles de extracción superiores al 88% para HgII, PbII y AgI cuando se emplean polimetacrilamidas entrecruzadas como fase extractante.

Se ha observado asimismo que las membranas poliméricas metacrílicas modificadas con subgrupos 1,2,4-triazol actúan como sensores colorimétricos de cationes FeIII en medios acuosos, con un tiempo de respuesta inmediato y un límite de detección de 6ppb.

A partir del trabajo de investigación realizado se puede concluir que el anclaje químico de receptores selectivos de analitos en materiales poliméricos permite su empleo en medios acuosos, con independencia de la naturaleza química del receptor y su afinidad hacia dicho medio. Además de la eficiencia del receptor, en términos de selectividad y sensibilidad, la estructura macroscópica del polímero debe proveer una adecuada difusión de la molécula objetivo al seno de la matriz polimérica. En este sentido, las fases sólidas extractantes de naturaleza poliamida, con elevada superficie específica, y las redes poliméricas metacrílicas, con grados de hinchamiento controlables, ofrecen condiciones adecuadas para la difusión de los analitos solvatados. De la misma forma, las membranas densas metacrílicas ofrecen características de hinchamiento adecuadas para su aplicación como materiales sensores, no así las membranas densas de polímeros de condensación, ya que el grado de hinchamiento de estos polímeros no es suficiente para permitir la difusión de los analitos solvatados al interior de la material.













DEPARTAMENTO:

QUIMICA




TITULO:

INTERACCIÓN DE ÁCIDOS NUCLEICOS CON ACMA (9-AMINO-6-CLORO-2-METOXIACRIDINA), COMPLEJOS DE RU (II) Y DE CU (II)

AUTOR:

BUSTO VÁZQUEZ, NATALIA

FECHA LECTURA:

28/11/2011

HORA:

12:00

CENTRO LECTURA:

FACULTAD DE CIENCIAS. SALÓN DE ACTOS

DIRECTOR/ES:

BEGOÑA GARCÍA RUIZ y JOSÉ MARÍA LEAL VILLALBA

TRIBUNAL

FERNANDO SECCO




TOMÁS TORROBA PÉREZ




JULIO CASADO LINAREJOS




JUAN JOSÉ RUIZ SÁNCHEZ




FERNANDO DOMÍNGUEZ PUENTE

RESUMEN:

Los ácidos nucleicos son biomacromoléculas presentes en todos los organismos

vivos que juegan un papel fundamental en la vida celular. Por eso no es de extrañar que

desde su descubrimiento hace más de un siglo, hayan proliferado los estudios

relacionados con el funcionamiento de esta parte de la maquinaria celular y con ello, se

hayan identificado como una diana para el tratamiento de multitud de enfermedades.

De hecho, la actividad de numerosos agentes terapéuticos se basa en la interacción con

ácidos nucleicos, si bien en algunos casos, el mecanismo de acción no está claro. El

cisplatino es un típico ejemplo de droga antitumoral que interacciona con el ADN

mediante enlace covalente. Pero también hay drogas que se unen a los ácidos nucleicos

mediante interacciones no covalentes como es el caso de los compuestos utilizados en

esta tesis doctoral.

Para el desarrollo del trabajo de tesis se han utilizado cuatro moléculas

procedentes de distintas familias. Por un lado, un derivado acridínico fluorescente,

ACMA. Por otro, complejos metálicos tales como areno complejo de Ru (II), [RuCl (pcimeno)(

қ2-N,N-2-pydaT)]BF4, y dos derivados de tiosemicarbazona-Cu (II) (2-piridina

carbaldehído tiosemicarbazonato de cobre (II) y 2-piridina carbaldehído 4N-metil

tiosemicarbazonato cobre(II)).

Se ha realizado el estudio químico físico utilizando diversas técnicas

espectroscópicas como absorción UV-Vis, fluorescencia o dicroísmo circular. También

se han realizado viscosimetría, electroforesis de anclaje y de unwinding, calorimetría

diferencial de barrido y estudios cinéticos mediante la técnica de relajación por salto de

temperatura (T-jump). El conjunto de todas estas técnicas han permitido caracterizar el

modo de interacción de ACMA con ADN natural (CT-DNA), ADN sintético (poly(dAdT)

• poly(dA-dT) y poly(dGdC) • poly(dG-dC)) y con ARN sintético en conformación

de doble y triple hélice. También se ha determinado el modo de interacción del arenocomplejo

de Ru (II) con CT-DNA.

Una vez caracterizados los diferentes modos de interacción se ha estudiado la

actividad biológica de estas moléculas mediante diversas técnicas como el test de Ames

para determinar la mutagenicidad, MTT para determinar la citotoxicidad en células

V79, el ensayo del cometa alcalino y el test de micronúcleos en células con la

citocinesis bloqueada para evaluar la genotoxicidad en células V79.

La integración de los conocimientos adquiridos al abordar la cuestión desde

diversos campos permite discernir no sólo las características de la interacción sino

también sus efectos para la vida celular.








DEPARTAMENTO:

QUIMICA

TESIS DOCTORALES

TITULO:

UTILIDAD DE PARAFAC Y DEL DISEÑO DE EXPERIMENTOS EN LA CUANTIFICACIÓNE E IDENTIFICACIÓN MEDIANTE CROMATOGRAFÍA CON DETECCIÓN POR ESPECTROMETRÍA DE MASAS DE RESIDUOS VETERINARIOS EN ALIMENTOS EN EL MARCO DE LA DECISIÓN 2002/657/CE.

AUTOR:

ARROYO ARENAL, DAVID

FECHA LECTURA:

14/07/2011

HORA:

11:30

CENTRO LECTURA:

FACULTAD DE CIENCIAS. SALÓN DE ACTOS

DIRECTOR/ES:

Mª CRUZ ORTIZ FERNANDEZ Y LUIS ANTONIO SARABIA PEINADOR

TRIBUNAL

RAFAEL CELA TORRIJOS




MARÍA SAGRARIO SÁNCHEZ PASTOR




JOSÉ BARBOSA TORRALBLO




MARÍA CRUZ MORENO BONDI




MERCEDES TORRE ROLDÁN

RESUMEN:

La Directiva comunitaria del 96/23/CE regula el control, los planes de vigilancia, la detección y la sanción del uso ilegal de sustancias farmacológicamente activas y sus residuos en animales vivos y sus productos que potencialmente pueden ser tóxicos para el consumidor. Según los estudios realizados sobre el efecto que estas sustancias tienen sobre la salud humana, los residuos se han clasificado en dos grupos: i) El grupo A que engloba a sustancias con efecto anabolizante y otras sustancias no autorizadas y ii) el grupo B medicamentos veterinarios y otros contaminantes para los que se ha fijado un límite máximo permitido.

Con la publicación en agosto de 2002 de la Decisión Europea 2002/657/CE se establece un nuevo marco de enorme importancia en cuanto a la regulación de métodos de análisis químico ya que esta Decisión señala que los avances realizados en química analítica desde la adopción de la Directiva 96/23/CE han dejado obsoleto el concepto de método de rutina y método de referencia, debiéndose reemplazar esta forma de proceder por planteamientos en los que únicamente deben ser establecidos los criterios de funcionamiento y procedimientos de validación de los métodos de cribado y confirmación que se utilicen.

En esta tesis se pretende incorporar la metodología multivariante-multivía para resolver problemas de seguridad alimentaria, que desde la implantación de esta Decisión en 2002 han encontrado otros investigadores y que figuran como problemas en la bibliografía analizada. La controversia surgida con el concepto de límite de decisión (CCα) y la aplicación de la normativa para la tolerancia que deben cumplir los iones (relaciones m/z) elegidos para la identificación inequívoca de las sustancias hace necesario aportar nuevas soluciones y este es uno de los problemas abordado en esta tesis doctoral.

El trabajo experimental se centrará en la utilización de la cromatografía como técnica instrumental. Además de sustancias del grupo B se van analizar sustancias pertenecientes al grupo A (sustancias prohibidas), lo que hace necesario la identificación inequívoca de las mismas por lo que la detección mediante espectrometría de masas es imprescindible. Las dos técnicas a utilizar serán la cromatografía de gases con detección de espectrometría de masas (GC-MS) y la cromatografía líquida con detección de espectrometría de masas en tandem (LC-MS/MS). La incorporación de procedimientos de extracción previos a la cromatografía como la microextracción en fase sólida (SPME), o la extracción en fase sólida (SPE) seguida de la detección por GC-MS será otra de las metodologías analíticas utilizadas ya que el pretratamiento de la muestra y cualquier técnica que permita preconcentrar la misma serán de gran utilidad en el desarrollo experimental que se proponga.

Desde un punto de vista metodológico se elaborarán protocolos de actuación que incorporen el diseño de experimentos junto con la metodología multivariante de n-vías para la puesta a punto de procedimientos de análisis óptimos tanto desde el punto de vista de la detección como de la cuantificación. En cuanto a las herramientas del diseño de experimentos se incorporarán, entre otras, diseños basados en D-optimalidad, para reducir el esfuerzo experimental manteniendo la precisión de las estimaciones y las funciones de deseabilidad para optimizar conjuntamente múltiples respuestas. En la bibliografía analizada hasta el momento son muy pocos los trabajos de investigación que incorporar el diseño de experimentos junto con técnicas de tres vías como PARAFAC.

La extracción de la información de los datos cromatográficos en las tres vías (cromatográfica, espectral y muestral) se va a llevar a cabo mediante técnicas propias de las técnicas de n-vías como análisis de factores paralelos (PARAFAC o PARAFAC2). Con PARAFAC2 se puede obviar la falta de trilinealidad que presumiblemente puede existir cuando se desplaza el tiempo de retención en los distintos cromatogramas de un mismo analito. La ventaja adicional de la propiedad de “segundo orden” que tiene PARAFAC permitirá extraer información útil en el caso de interferencias o efectos matriz no esperados.

En cuanto a las familias de residuos analizados, la experimentación se centró en la:

  1. Determinación de estrógenos mediante GC-MS en orina de bovino.

  2. Determinación de verde de malaquita y su metabolito mediante LC-MS/MS en pescados.

  3. Determinación de antiinflamatorios no esteroideos en leche de bovino por GC-MS. La extracción de estos analitos se realiza por medio de una etapa de microextracción en fase sólida.

  4. Determinación de metabolitos de nitrofuranos por LC-MS/MS en varios tipos de matrices.












TESIS DOCTORALES


DEPARTAMENTO:

QUIMICA




TITULO:

SÍNTESIS ELECTROQUÍMICA Y CARACTERIZACIÓN DE NANOPARTÍCULAS METÁLICAS MEDIANTE TÉCNICAS MULTIRRESPUESTA.

AUTOR:

MARTÍNEZ DE PEDRO, ALBERTO

FECHA LECTURA:

08/07/2011

HORA:

11:00

CENTRO LECTURA:

FACULTAD DE CIENCIAS. SALÓN DE ACTOS

DIRECTOR/ES:

JESÚS LÓPEZ PALACIOS Y ÁLVARO COLINA SANTAMARÍA

TRIBUNAL

JUAN JOSÉ RUIZ SÁNCHEZ




MARÍA ARANZAZU HERAS VIDAURRE




AGUSTÍN COSTA GARCÍA




JESÚS ALBERTO ESCARPA MIGUEL




VIRGINIA RUIZ FERNÁNDEZ

RESUMEN:

En este trabajo se presenta un estudio de los mecanismos que conforman la síntesis electroquímica de nanopartículas metálicas. El uso de técnicas de respuesta múltiple permite observar fenómenos que no pueden ser apreciados utilizando solamente técnicas electroquímicas, mostrando la complejidad de estos procesos.

Nuestro interés se ha centrado en el estudio de la electrosíntesis de nanopartículas de plata en interfases electrodo/disolución y la de nanopartículas de paladio en interfases líquido/líquido. Las técnicas multirrespuesta utilizadas han sido la microscopía electroquímica de barrido, y especialmente la Espectroelectroquímica mono y bidimensional. Se han desarrollado y validado dispositivos y técnicas experimentales que nos permiten estudiar la electrosíntesis de nanopartículas in-situ y con una escala temporal adecuada al proceso. De este modo se obtuvieron tanto los espectros de absorción de las partículas electrodepositadas como los de clusters y nanopartículas de menor tamaño en disolución durante la evolución de la reacción.







DEPARTAMENTO:

QUIMICA

TESIS DOCTORALES







TITULO:

TÉCNICAS MULTI-OBJETIVO EN DISEÑO DE EXPERIMENTOS PARA DETERMINAR SUSTANCIAS FARMACOLÓGICAMENTE ACTIVAS. APLICACIONES EN VOLTAMPEROMETRÍA Y ANÁLISIS POR INYECCIÓN EN FLUJO.

AUTOR:

REGUERA ALONSO, CELIA

FECHA LECTURA:

08/04/2011

HORA:

12:00

CENTRO LECTURA:

FACULTAD DE CIENCIAS. SALÓN DE ACTOS

DIRECTOR/ES:

MARÍA DE LA CRUZ ORTÍZ FERNÁNDEZ Y ANA HERRERO GUTIÉRREZ

TRIBUNAL

RAFAEL PARDO ALMUDÍ

MARÍA SAGRARIO SÁNCHEZ PASTOR

ADELA ARRANZ GARCÍA

MARÍA PILAR CALLAO LASMARIAS



ANTONIA MARÍA CARRO DÍAZ

























RESUMEN:

La metodología del diseño de experimentos es el canal que comunica el desarrollo de un procedimiento de análisis y su uso para un propósito específico y nos permite obtener los valores numéricos de aquello que estamos hablando con la mejor precisión posible y del modo más eficiente. En este trabajo se ha utilizado sistemáticamente el diseño de experimentos para obtener conocimiento de diversos métodos analíticos y evaluar el efecto del cambio en diversos parámetros experimentales en dichos métodos. De hecho, resultan inseparables la puesta a punto de un método analítico y el análisis de robustez y/o su optimización mediante el diseño de experimentos. Sobre todo cuando, atendiendo a la normativa en vigor, se analizan sustancias farmacológicamente activas, dada su enorme trascendencia y los efectos adversos que pueden tener sobre el ser humano y el medio ambiente.
La metodología de superficie de respuesta proporciona diseños experimentales eficientes para modelar de forma independiente cada una de las respuestas que se pretenden optimizar. Sin embargo, en muchas ocasiones, las condiciones experimentales que corresponden al óptimo se encuentran para valores de los factores experimentales que están en conflicto. El problema de la optimización de varias respuestas ha sido abordado mediante la función de Derringer (función de deseabilidad) cuya principal característica es que las soluciones se obtienen imponiendo a priori los criterios del analista en cuanto a la conformidad o no de las respuestas, y mediante la búsqueda del frente Pareto de soluciones optimales.
En este trabajo se muestra la utilidad de un procedimiento de optimización multicriterio basado en la función de deseabilidad cuando se utiliza como técnica de análisis la voltamperometría de redisolución en varios casos de determinación de trazas de metales: Cu(II), Pb(II) y Cd(II). Los dos últimos sujetos a reglamentación cuando se determinan en mejillones. También se ha optimizado un procedimiento para la determinación, por voltamperometría adsortiva de redisolución, de dos antiinflamatorios en medios distintos, la indometacina en medio acuoso y la acemetacina en orina. En todos los casos el conflicto de los factores experimentales se ha resuelto utilizando una función de deseabilidad.
También se ha abordado la optimización de un sistema FIA con detección amperométrica para determinar sulfonamidas resolviendo la situación de conflicto entre la maximización de la intensidad de la señal FIA y la minimización de su variabilidad a través de la función de deseabilidad. Además, como el grupo de las sulfonamidas tiene fijado un límite máximo de residuo (LMR) en leche de 100 g L-1, se han calculado los valores del límite de decisión (CC) y la capacidad de detección (CC) en el LMR según indica la Decisión 2002/657/CE tanto en medio acuoso como en su aplicación en leche como matriz más compleja.
Esta misma metodología se utilizó para la determinación de dos fungicidas (verde de malaquita, MG, y su metabolito verde de leucomalaquita, LMG). Actualmente el MG no está registrado para su uso con animales productores de alimentos en ningún lugar del mundo. Sin embargo, los consumidores están expuestos a residuos de MG procedente de su uso ilegal, como demuestra la detección frecuente de residuos de MG en pescado y productos derivados. Sólo en la Unión Europea, el Sistema de Alertas Rápidas para Alimentos y Piensos (RASFF, Rapid Alert System for Food and Feed) desde agosto de 2004 hasta marzo de 2010 ha recogido en su base de datos 100 incidencias sobre la presencia en los mercados comunitarios de MG y/o su derivado LMG en pescado y productos relacionados.
La metodología basada en el frente Pareto de soluciones optimales consiste en determinar el conjunto de condiciones experimentales que conducen a los valores óptimos en, al menos, una de las respuestas. La exploración de esta región del dominio experimental, que comprende las condiciones experimentales que constituyen el frente Pareto, permite al analista considerar las posibles ventajas o inconvenientes relacionados con los factores experimentales y, a la vez, mantener sus criterios en cuanto a considerar una respuesta suficientemente válida. A diferencia de lo que ocurre con la función de deseabilidad, con esta metodología esto se hace a posteriori, es decir, después de haber obtenido las posibles soluciones óptimas al problema. Esta metodología ha sido aplicada a la optimización de distintos procedimientos basados en análisis por inyección en flujo.




DEPARTAMENTO:

QUIMICA

TESIS DOCTORALES

TITULO:

NUEVAS SONDAS CROMO-FLUOROGÉNICAS A PARTIR DE DERIVADOS ORGANOPALADIO Y COMPUESTOS INDÉNICOS

AUTOR:

MORENO MEDIAVILLA, DANIEL

FECHA LECTURA:

04/02/2011

HORA:

12:00

CENTRO LECTURA:

FACULTAD DE CIENCIAS. SALÓN DE ACTOS

DIRECTOR/ES:

TOMAS TORROBA PEREZ

TRIBUNAL

TOMÁS TORRES CEBADA




GABRIEL GARCÍA HERBOSA




LAURENT POUYSÈGU




ALBERTO TÁRRAGA TOMÁS




JOAQUÍN MARÍA CAMPOS ROSA

RESUMEN:

Los sensores químicos moleculares, fluorogénicos y cromogénicos han adquirido una gran importancia en el mundo científico, la aplicación de estos sistemas se basa en el desarrollo de sistemas de detección de especies químicas de interés mediante simples cambios de color y/o emisión fluorescente.

Durante los últimos años nuestro grupo de trabajo ha puesto a punto una nueva familia de sondas fluorogénicas intrínsecas muy selectivas, capaces de desarrollar grandes diferencias de fluorescencia en presencia de determinados analitos; en esta Tesis Doctoral se han estudiado una serie de sistemas capaces de realizar una detección selectiva de analitos seleccionados entre miembros de series análogas de biomoléculas, y también sondas colorimétricas capaces de actuar en la detección de especies para las que no existen en la actualidad quimiosensores específicos y actúan como contaminantes medioambientales.

SUMMARY:

Fluorogenic and chromogenic molecular chemical sensors have become extremely important in the chemical science. These systems are doubly interesting; first from the point of basic research, they study the host-guest interactions, mediated by a dyestuff, oriented to the signalling of coordination processes; second, the applications of these systems is intended to the development of detection systems for selected interesting analytes from simple colour absorption or fluorescent emission changes.

During the last period, the research group has developed a new family of intrinsically fluorogenic probes, very selective and capable of generate large differences in the fluorescent emission in the presence of selected analytes; in this PhD Thesis, I have studied a series of such systems capable of selectively detect a range of analytes from related biomolecular compounds. I have also developed colorimetric probes able to make detection of species for which there are not currently specific chemical sensors.

PALABRAS CLAVE: Dosímetro Químico· Sonda fluorescente· regla molecular· aminas biogénicas· aminoácidos· contaminación ambiental.

KEYWORDS: Chromogenic chemodosimeter · fluorescent probe · molecular ruler · Biogenic amines · aminoacids· enviromental contamination.

Código UNESCO: 230608/230610/230106






DEPARTAMENTO:

QUIMICA

TESIS DOCTORALES







TITULO:

OPTIMIZACION DEL FUNCIONAMIENTO DE PROCEDIMIENTOS ANALITICOS EN CROMATOGRAFIA Y ESPECTROSCOPIA MEDIANTE EL USO DE DISEÑO DE EXPERIMENTOS Y QUIMIOMETRIA

AUTOR:

REAL GARCIA, BLANCA DELIA

FECHA LECTURA:

15/10/2010

HORA:

12:00

CENTRO LECTURA:

FACULTAD DE CIENCIAS (SALÓN DE ACTOS)

DIRECTOR/ES:

Mª CRUZ ORTIZ FERNANDEZ Y LUIS ANTONIO SARABIA PEINADOR

TRIBUNAL

LUIS CUADROS RODRÍGUEZ




ANA HERRERO GUTIERREZ




JOSE MANUEL ANDRADE GARDA




MARIA SAGRARIO SANCHEZ PASTOR




INMACULADA GARCÍA LOMILLO

RESUMEN:

A la demanda creciente de un control eficaz de los analitos presentes en el entorno, el análisis químico responde utilizando unos procedimientos muy complejos que descansan sobre sofisticados instrumentos capaces de generar centenares de miles de datos en pocos minutos. Que esta estructura se despliegue con seguridad depende de dos herramientas: i) La Quimiometría como teoría de la Química Analítica, que es la guía para especificar exactamente qué información puede extraerse de los datos empíricos proporcionados por cualquier instrumento o método analítico. ii) La Metodología del Diseño de Experimentos que formaliza operativamente el proceso de modificar controladamente los factores de un procedimiento analítico de forma que se pueda evaluar con la máxima precisión cual es su efecto sobre la identificación y la cuantificación de un analito.

En la mayoría de las ocasiones el análisis químico forma parte de las decisiones que hay que tomar en un ámbito regulado legalmente, por ejemplo, seguridad alimentaria, seguridad laboral, garantía sanitaria y calidad medioambiental entre otros. Como consecuencia, estos análisis químicos han de cumplir con especificaciones y criterios de funcionamiento bien definidos y sujetos a revisión frecuente.

Algunas de estas normas, como es el caso de las europeas Decisión 2002/657/CE para los residuos veterinarios en alimentos y el SANCO/2009/10684 para los plaguicidas, abandonan el concepto de método analítico de referencia, substituyéndolo por el de método validado. De este modo es posible incorporar cualquier avance en los procedimientos analíticos, en particular los propiciados por la utilización de la estructura de los datos experimentales (orden de la señal). Por esta razón, en esta tesis se han evaluado los procedimientos analíticos conforme a lo indicado en las normas anteriores, pero esto ha exigido utilizar versiones multivariantes y/o multivía de parámetros como exactitud en sus vertientes de precisión y veracidad, sensibilidad y capacidad de detección etc.

Un aspecto relevante de los criterios de funcionamiento de estas normas es el que atañe a la identificación inequívoca de los analitos. Esta exigencia ha ido creciendo de la mano de la gran especificidad de los detectores basados en la espectrometría de masas, pero a su vez ha generado nuevos problemas porque la presencia de interferentes no previstos conduce a falsos negativos al falsear las relaciones relativas de los iones identificadores. La Quimiometría indica que la estructura de tres vías que tienen los datos de las determinaciones hechas por GC-MS junto con la propiedad de segundo orden del análisis en factores paralelos (PARAFAC) permitirían una identificación inequívoca del analito con independencia de la presencia de coeluyentes.

Disponiendo de instrumentos, como por ejemplo un GC-MS, capaces de registrar la abundancia de centenares de iones (m/z) para cada analito, queda abierto el problema de seleccionar aquellos que además de conducir a una identificación inequívoca del analito permitan la mejor cuantificación del mismo. De nuevo la quimiometría proporciona herramientas para que esta decisión sea óptima en la práctica, sin explorar una a una todas las posibles combinaciones de fragmentaciones con sentido químico para el analito en cuestión.

En otras ocasiones se sabe que las muestras a analizar pueden tener de modo sistemático determinados interferentes. Aun así la Quimiometría afirma que incluyendo en las muestras de calibrado los probables interferentes, mediante señales de orden uno incluso no específicas es posible utilizando calibrados por mínimos cuadrados parciales (PLS) obtener buenos resultados cuantitativos en muestras problema similares. Si además se desea una identificación del analito se deberá disponer de señales de orden dos. Según el propósito del análisis, la Quimiometría junto con el conocimiento químico del problema indica al analista el tipo de dato experimental que ha de disponer.

Además el analito se encuentra en muestras complejas lo que requiere etapas de extracción que dependen de muchos factores experimentales cuando se intenta disponer de una señal específica, por ejemplo una extracción en fase sólida previa a una GC-MS. Por el contrario si no se busca la especificidad de la señal, será obligado analizar el efecto que sobre la señal de orden uno o de orden tienen los interferentes esperables. En ambos casos la metodología del diseño de experimentos es clave para abordar los problemas sin una reducción arbitraria de los factores (y sus niveles), dicho de otro modo es clave para respetar cuidadosamente las preguntas que el analista se hace sobre la importancia real de los factores experimentales que teóricamente afectan a la calidad de la determinación analítica (robustez, exactitud como precisión y veracidad, sensibilidad y capacidad de detección). En este sentido el uso de diseños experimentales “a medida” es clave.

Para las determinaciones analíticas en muestras complejas es de particular interés el análisis del efecto de la etapa de tratamiento de la muestra (extracción y limpieza) sobre la calidad de la determinación analítica que obliga a disponer de un calibrado para cada tratamiento distinto. Sin embargo al acoplar diseños a medida con modelos PARAFAC, la propiedad de segundo orden permite desarrollar de modo muy eficiente esta experimentación.

Como analitos en el contexto de la normativa se manejan triazinas (a las que es aplicable el Documento SANCO/2009/10684), tetraciclina (Decisión 2002/657/EC) y cromo en juguetes (Directiva 2009/48/CE).

En el trabajo presentado:

-Primero se repasan los elementos esenciales de la metodología utilizada en la tesis. Del diseño de experimentos: diseños factoriales a dos y más niveles, diseños a medida y D-óptimos. De quimiometría: análisis de agrupamientos, componentes principales, PARAFAC y regresiones PLS de dos y tres vías, así como las generalizaciones multivariantes del límite de decisión y la capacidad de detección (para concentración cero o para un límite permitido) así como de la sensibilidad analítica.

-A continuación se profundiza en el calibrado con señales de orden uno generadas en la determinación de cromo por espectroscopia molecular UV-Vis en presencia de interferentes después de comprobar mediante un diseño D-óptimo que actúan de modo distinto sobre la señal. En primer lugar se optimiza mediante la reacción que permite obtener una señal espectrofotométrica adecuada. Después se analiza un modelo de calibrado 2-PLS, la evaluación de las figuras de mérito correspondientes y la determinación de Cr(VI) juguetes.

-El trabajo continúa con la determinación de tetraciclina en suero de leche mediante espectroscopia de fluorescencia molecular empleando la propiedad de orden dos para el análisis del efecto de varios interferentes sin separación previa del analito así como comprobar el fracaso del método de adición estándar en la cuantificación de tetraciclina en el suero de leche. El análisis de este último resultado conduce a la necesidad de introducir un procedimiento experimental “ad hoc” junto con el modelado PARAFAC de las matrices de excitación-emisión para la cuantificación.

-Se propone por otro lado, un procedimiento para la selección de iones identificadores en CG-MS de acuerdo al Documento SANCO/2009/10684. Partiendo de un registro cromatográfico en modo full SCAN y utilizando un PCA y el criterio de que la intensidad relativa de los iones identificadores respecto del pico base ha de ser mayor del 10% se hace una primera selección. Seguidamente un análisis de agrupamiento que junto con la verificación de las tolerancias relativas permite elegir los iones identificadores. Finalmente se registran los cromatogramas en modo SIM a las relaciones m/z seleccionadas y se hacen los modelos PARAFAC. Con los loadings muestrales estandarizados se valida el método, evaluando las figuras de mérito establecidas en la normativa citada ((CCα, CCβ, veracidad, precisión y tolerancia de las masas respecto al patrón). El procedimiento se aplica a la determinación de triazinas, familia de herbicidas usada con frecuencia en labores agrícolas y de limpieza. Estas sustancias son prioritarias y por ello están incluidas en el anexo X de la Decisión 2455/2001/EC. Aunque utilizados bajo control, no tienen porque ser un riesgo para la salud (FAO 1976), lo cierto es que se han detectado en zonas bastante alejadas de su punto de aplicación, tanto en aguas subterráneas como en cursos de agua superficiales, incluso en sedimentos. Por ello la Comisión Europea en su Directiva para el agua potable solo permite un máximo de 0.1 µg L-1 para cualquier pesticida aislado, y hasta 0.5 µg L-1 para la totalidad de los presentes. Ello obliga a prestar una atención especial a su dinámica en el suelo y su migración al agua. También existen otras directivas europeas que prohíben que lleguen al consumidor a través de la cadena alimentaria.

El procedimiento descrito es general y va mas allá del análisis de la familia de pesticidas estudiado, ya que permitiría la búsqueda de iones característicos, para posteriormente identificar inequívocamente no sólo los pesticidas incluidos en la lista de prioritarios, sino aquellos otros (menos usados) pero que se utilizan sin control. Estos análisis químicos que no están dirigidos a identificar un analito previamente seleccionado son los llamados “análisis non-target”. La alta especificidad que introduce la GC-MS, cuando se utiliza en modo SIM, o la utilización de LC/MS-MS, propicia que no puedan detectarse otros analitos diferentes de los buscados lo que ha motivado una creciente preocupación de las autoridades sanitarias europeas por diseñar y estudiar la viabilidad de implantar análisis “non-target” de modo rutinario.

-Además se han incorporado los diseños D-óptimos para la optimización del pretratamiento mediante extracción en fase sólida (SPE) cuando se determinan triazinas por GC-MS. El procedimiento analítico se aplica a muestras de agua superficiales y de subterráneas y en diversas infusiones (té, manzanilla, etc.).

Desde una perspectiva global puede decirse que esta tesis muestra el papel de los dos pilotes (Quimiometría y Diseño de Experimentos) en la construcción del edificio práctico de los análisis químicos sistemáticos. Más allá de aportar resultados concretos tanto metodológicos y analíticos se puede afirmar que la interpretación multivariante-multivía de los datos experimentales obtenidos mediante un diseño adecuado de la experimentación es un vehículo al servicio de la comprensión de los problemas analíticos, su valor reside en inducir un pensamiento fructífero sobre ellos.





DEPARTAMENTO:

QUIMICA

TESIS DOCTORALES







TITULO:

DETERMINACIÓN DE ARSÉNICO POR TÉCNICAS ELECTROQUÍMICAS: DESARROLLO DE SENSORES Y BIOSENSORES

AUTOR:

SANLLORENTE MÉNDEZ, SILVIA

FECHA LECTURA:

01/10/2010

HORA:

12:00

CENTRO LECTURA:

FACULTAD DE CIENCIAS (SALÓN DE ACTOS)

DIRECTOR/ES:

MARIA JULIA ARCOS MARTINEZ

TRIBUNAL

ANA CRISTINA MENDES DIAS CABRAL




OLGA DOMINGUEZ RENEDO




MARÍA EUGENIA GALLARDO ALBA




MARIA ASUNCION ALONSO LOMILLO




MOHAMMED EL KAOUTIT ZERRY

RESUMEN:

En la sociedad actual existe una gran sensibilidad respecto a la seguridad medioambiental, agroalimentaria, etc., entendida como el control de elementos contaminantes en los distintos ámbitos de la actividad.

El arsénico es un elemento extremadamente tóxico para el organismo humano. Y no sólo en concentraciones altas, donde la exposición causa efectos agudos que pueden llegar a ser letales, también la exposición durante un largo período a bajas concentraciones relativas de arsénico (por ejemplo, por ingestión de agua contaminada) tiene efectos negativos crónicos para la salud. Por eso, el arsénico en las aguas superficiales (ríos, lagos, embalses) y subterráneas (acuíferos) susceptibles de ser utilizadas para consumo, constituye una gran amenaza para la salud. Es tal la problemática, que ha llevado a organismos como la Organización Mundial de la Salud (OMS), la Unión Europea (Directiva 98/83) o la Agencia de Protección Ambiental estadounidense (USEPA) a establecer la reducción del límite del contenido de arsénico en agua de consumo de 50 a 10 μg/L (WHO, 1993).

Actualmente, el arsénico es uno de los elementos químicos que mayor daño causan el medio ambiente a nivel mundial. La toxicidad de este elemento depende considerablemente de su forma química, siendo los compuestos de arsénico (III) mucho más tóxicos que los compuestos de arsénico pentavalente. Por ello, en el caso del arsénico, sería de gran utilidad el desarrollo de un procedimiento analítico que no sólo permita la cuantificación de dicho elemento sino también la especiación de ambos estados de oxidación en una determinada muestra.

Las técnicas electroquímicas, además de haber demostrado su elevada sensibilidad en la determinación de trazas metálicas contaminantes, presentan otra ventaja añadida, la posibilidad de poder ser empleadas en el análisis de dichos contaminantes "in situ". En este sentido existe actualmente un creciente interés en el desarrollo de electrodos miniaturizados desechables como es el caso de los electrodos serigrafiados ("screen-printed electrodes"). Se trata de electrodos planos constituidos sobre un sustrato de plástico en el que se imprimen diferentes capas compuestas de tintas de diversa naturaleza. El desarrollo de la tecnología de serigrafiado ha permitido la producción en masa y con un bajo coste de electrodos desechables para su empleo en instrumentos electroquímicos, además, la posibilidad de modificación de estos electrodos, por ejemplo mediante la deposición electroquímica de una película metálica, de un polímero o de nanopartículas, les confiere gran versatilidad y un rango de aplicabilidad sumamente elevado, abriendo numerosas expectativas en el campo del análisis químico.



Este trabajo se ha centrado en la puesta a punto de nuevos métodos de análisis que permitan la especiación de arsénico en agua. Empleando dietilditiocarbamato (DDTC) como agente complejante mediante voltamperometría diferencial de impulsos de redisolución adsortiva empleando un electrodo de mercurio de gota colgante (HMDE). Utilizando electrodos serigrafiados para el análisis de arsénico modificados con nanopartículas de platino para analizar arsénico mediante voltamperometría cíclica. Además, se han diseñado electrodos serigrafiados con enzimas inmovilizadas para la determinación de As(III) y As(V) respectivamente, mediante medidas amperométricas.



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