Desarrollo de métodos analíticos medioambientalmente sostenibles por espectrometría FTIR

Abstract

Esta Tesis Doctoral se ha orientado hacia la sostenibilidad medioambiental en el análisis cuantitativo por espectrometría vibracional. Cuatro han sido los ejes centrales que se han considerado: i) la búsqueda de disolventes alternativos a los habituales -clorados- o, en su defecto, la reducción de su consumo, ii) la automatización en el análisis, apostando por el empleo de la multiconmutación, iii) el empleo de técnicas de extracción combinadas con la espectrometría vibracional; y iv) el tratamiento integral de las muestras en montajes en flujo. Así, se han desarrollado una serie de aplicaciones para su utilización como técnica rutinaria en el control de calidad.<br/><br/>Los resultados obtenidos en los 7 trabajos incluidos en la Memoria de Tesis muestran la potencialidad de la espectrometría vibracional por Transformada de Fourier en el ámbito del análisis de muestras de naturaleza diferente. Se han aplicado diversas estrategias para lograr el desarrollo de métodos analíticos medioambientalmente sostenibles.<br/> <br/>La técnica de reflectancia total atenuada en el infrarrojo medio (ATR-FTIR) permite el análisis directo de muestras acuosas, que absorben fuertemente. El empleo de accesorios ATR con celda de cristal de diamante ha resultado ser extraordinariamente útil debido a su dureza y resistencia. La posibilidad de obtener el espectro de prácticamente cualquier sustancia líquida o sólida la convierte en una técnica especialmente interesante, reduciendo al máximo la manipulación de la muestra y eliminando el consumo de disolventes nocivos.<br/><br/>Por otra parte, se ha aplicado la multiconmutación acoplada con las técnicas del infrarrojo para resolver diversos problemas analíticos. Son aspectos prácticos de la multiconmutación: la versatilidad de la estrategia de análisis, la reducción de la manipulación de la muestra, la facilidad de diseño, la posibilidad de automatización sencilla y la miniaturización de los sistemas. Respecto a la versatilidad, hemos mostrado tres estrategias que plantean la multiconmutación de manera diferente: en una de ellas tiene como principal función reducir la manipulación de muestras y patrones midiendo en modo de flujo parado; en las otras dos se aprovecha su capacidad para realizar diluciones de muestra y adición de un estándar en línea, ejemplos de la variedad de enfoques que permite la multiconmutación al plantear un diseño experimental adecuado al problema analítico. Respecto a la manipulación de la muestra, los sistemas con multiconmutación permiten una intervención mínima del analista aumentando la comodidad y mejorando la eficiencia del laboratorio de análisis, independientemente del incremento en la frecuencia de análisis. Además, la experiencia en el desarrollo de las aplicaciones ha demostrado que mediante conocimientos mínimos de programación y electrónica se pueden diseñar los sistemas necesarios para realizar casi cualquier proceso típico de un método de análisis. Esta ventaja, quizá escasamente explotada hasta ahora, sugiere una enorme cantidad de aplicaciones casi inmediatas de gran utilidad en el análisis de campo y de rutina.<br/><br/>También se han aplicado técnicas de tratamiento previo de la muestra, como la extracción presurizada con disolvente, que reduce el consumo de disolventes nocivos y mejora la frecuencia de análisis, y la extracción en fase sólida, que permite superar la limitación de la baja sensibilidad de la espectrometría FTIR, mediante preconcentración y elución en línea de los analitos, aplicada a muestras de tipo medioambiental.<br/><br/>Finalmente se ha realizado el tratamiento integral en línea de la muestra con extracción selectiva del analito reduciendo la manipulación de la muestra y el consumo de disolvente, consiguiendo un método analítico aplicable al control de calidad, sostenible y fácilmente automatizable.<br/><br/>En definitiva, se ha demostrado la gran capacidad de las técnicas FTIR y FTNIR para resolver problemas analíticos comunes y el papel decisivo que debe tener actualmente en los laboratorios analíticos.

In this Thesis we faced the development of new analytical methods in terms of sustainability using vibrational techniques. This is fulfilled through four different approaches: the search of green solvents or the minimization of the chlorinated solvents consumption; the automatization of the methods, mainly through the application of multicommutation; the use of extraction techniques previously to the measurement with the vibrational spectrometry techniques; and the full sample treatment in flow systems. <br/><br/>Seven different papers are presented here, showing the versatility of the Transform Infrared spectrometry in the quantitative analysis field, even applied to very different types of samples. <br/><br/>Attenuated Total Reflectance (ATR) technique in the mid-infrared region allows the direct measurement of aqueous samples. The use of diamond ATR accessories has advantages due its great hardness and chemical passivity and reduces the solvent consumption and sample manipulation, making the cleaning step easier.<br/><br/>On the other hand, the application of multiconmmutation coupled with vibrational techniques allows to carry out on-line dilution and standard addition with a minimum manipulation of sample and standards. The main factors inherent to multicommutation are the versatility of the analytical strategy, the reduction of sample manipulation, the easiness of the design of the required manifolds, the capability of easy automatization and the miniaturization of the systems. Multicommutation has been applied in a stopped-flow method and in two different continuous flow methods. Only a minimum training in electronics and informatics is needed for developing analytical methods with multicommutation. <br/><br/>Presurized solvent extraction and solid phase extraction have been applied in some methods as previous sample treatment techniques, allowing us to reduce the solvent consumption and analysis time in the first case and overcoming the trouble of the low sensitivity of infrared spectrometry through analyte preconcentration in the second case.<br/><br/>Finally, a method with on-line extraction as a full sample treatment is described, minimizing sample manipulation and improving the analytical throughput. <br/><br/>So, it is showed the potential of Infrared Transform spectrometry in the field of quantitative analysis, specially applied to quality control and routine analysis.