Design, preparation and characterization of polymer inclusion membranes as an emerging technique for preconcentration and speciation measurements

Resumen

El agua es un bien preciado y necesario para la humanidad, no solo por su consumo directo sino también por sus usos industriales o agrícolas, entre otros. La presencia de substancias no deseadas o contaminantes afecta directamente a su calidad. Por ello, se necesitan metologías analíticas que permitan su análisis para poder detectar y/o cuantificar las diferentes especies o compuestos que puedan limitar su uso. La investigación que se presenta en esta tesis se centra en el diseño, la preparación y caracterización de nuevas metodologías analíticas basadas en membranas funcionalizadas para la preconcentración y especiación de contaminantes en medio acuoso. Frecuentemente, el análisis directo de muestras ambientales no se puede llevar a cabo, debido a una alta complejidad de la matriz o bien porque la concentración de los compuestos de interés a ser analizados se encuentra por debajo del límite de detección de la técnica. Por ello, es necesaria una etapa previa que permita la separación y/o preconcentración para poder eliminar las interferencias y/o mejorar su detección a niveles bajos de concentración. Por otra parte, también es importante obtener información sobre las diferentes especies químicas presentes en la muestra, ya que la toxicidad está estrechamente relacionada en función de la especie. Además, es importante diseñar dispositivos que permitan la miniaturización y automatización de los procesos y que también permitan el análisis in situ. Teniendo en cuenta todos los aspectos anteriormente mencionados, en esta tesis se han desarrollado métodos analíticos simples e innovadores basados en membranas de inclusión polimérica (PIM) para el tratamiento de muestra de agua con el fin de facilitar su análisis. De este modo se ha desarrollado un dispositivo basado en PIM, utilizando Aliquat 336 como agente portador, el cual ha permitido la satisfactoria determinación de arsenato en aguas subterráneas. También, una membrana similar ha sido acoplada en un sistema de análisis en continuo permitiendo la detección y determinación online de arsenato. Por otra parte, se ha explorado la utilización de un adsorbente comercial basado en dióxido de titanio, llamado Adsorbsia As600, el cual ha demostrado una alta capacidad para la retención de ambas formas inorgánicas de arsénico. De este modo, la utilización de minicolumnas conteniendo el adsorbente han facilitado la detección de arsénico total en muestras de agua. Se ha hecho énfasis en la preparación de PIMs así como en la caracterización de las propiedades fisicoquímicas y electroquímicas mediante la modificación del líquido iónico (LI), Aliquat 336, utilizado como agente portador. Los resultados obtenidos han demostrado que en función del carácter hidrofílico de la membrana, este afecta directamente a su eficacia en sistemas de transporte. También, por tal de reducir el impacto sobre el medio ambiente, se ha desarrollado una nueva metodología de preparación de PIMs que evita la utilización de disolventes nocivos y a su vez utiliza por primera vez, polímeros de fuentes renovables o biodegradables. Se presenta también el uso de PIMs, conteniendo D2EHPA como agente extractante, como técnica emergente para la realización de estudios de especiación de zinc en disoluciones nutrientes. Los estudios han demostrado que el flujo de metal a través de la membrana es proporcional a la fracción libre de este, aun con la presencia de diversos ligandos orgánicos. Del mismo modo, los resultados obtenidos con PIM se han relacionado con la internalización de metal en raíces de plantas de patata (Solanum tuberosum), demostrando que diferentes procesos intervienen en la internalización de metal en las plantas los cuales no se observan en sistemas químicos. Finalmente, se ha presentado otra innovadora aplicación de las PIMs basada en su satisfactoria utilización como adsorbente para la preconcentración de tres pesticidas. La membrana utilizada solo está formada por polímero y plastificante, sin la adición de un agente portador. Esta metodología analítica ha facilitado el análisis de pesticidas a concentraciones traza en muestras de agua de río.