2024-03-28T13:44:37Zhttps://www.tdx.cat/oai/requestoai:www.tdx.cat:10803/31182017-09-02T08:16:25Zcom_10803_120col_10803_124
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Análisis multivariante
Espectrofotometría
Análisis cinético
Aplicación de técnicas quimiométricas para el desarrollo de nuevos métodos cinético-espectrofotométricos de análisis
[Barcelona] :
Universitat Autònoma de Barcelona,
2011
Accés lliure
http://hdl.handle.net/10803/3118
cr |||||||||||
AAMMDDs2011 sp ||||fsm||||0|| 0 spa|c
8469981099
Porcel García, Marta,
autor
Tesi
Doctorat
Universitat Autònoma de Barcelona. Departament de Química
2001
Universitat Autònoma de Barcelona. Departament de Química
Tesis i dissertacions electròniques
Coello Bonilla, Jordi,
supervisor acadèmic
Iturriaga Martínez, Hortensia,
supervisor acadèmic
TDX
La aplicación de métodos cinéticos de análisis a la determinación simultánea de especies ha aumentado en los últimos años por la incorporación de sistemas modernos de adquisición de datos y por la utilización de potentes herramientas matemáticas para procesar la información registrada. En concreto, los métodos cinéticos utilizados en esta memoria se basan en el registro espectrofotométrico, a múltiples longitudes de onda, de la señal analítica obtenida en el transcurso de una reacción química. La información así obtenida es de naturaleza tridimensional (longitud de onda-tiempo-muestra) y ha sido procesada mediante los métodos de calibración multivariable para la resolución de mezclas de naturaleza química muy similar. Como métodos de calibración multivariable se han utilizado tanto métodos lineales como no lineales. Entre los primeros, la regresión lineal múltiple (MLR) y los métodos basados en la reducción de variables, tanto los aplicados a datos de primer orden como los aplicados a datos de segundo orden. Para los datos de primer orden se ha utilizado la regresión en componentes principales (PCR), la regresión parcial por mínimos cuadrados (PLS) y la regresión continua (CR). Para los datos de segundo orden se ha utilizado los llamados métodos tridimensionales como el PARAFAC y el N-PLS. La ventaja de todos estos métodos respecto a los métodos clásicos de tratamiento de datos cinéticos es que no requieren el conocimiento previo del modelo cinético que siguen las especies de interés. Cuando el sistema ha presentado un comportamiento no lineal (ej. presencia de efectos sinérgicos), ha sido necesario el uso de métodos de calibración multivariables no lineales, en concreto, las redes neuronales artificiales (ANN).<br/>Después de una introducción a la calibración multivariable y a los métodos cinéticos, se realiza una revisión crítica de los trabajos publicados sobre el tema en los últimos años. A continuación, se presentan cinco trabajos que aplican las técnicas quimiométricas anteriormente mencionadas para el desarrollo de nuevos métodos cinético-espectrofotométricos de análisis.<br/>Determinación simultánea de mezclas de metanol y etanol<br/>Se han resuelto mezclas de metanol y etanol utilizando un método enzimático y ANNs como método de calibración multivariable. El sistema químico utiliza dos reacciones acopladas: la primera que es la enzimática donde la enzima alcohol oxidasa oxida los alcoholes primarios a aldehídos, y la segunda, que es la indicadora, donde la p-fenilendiamina se transforma en una mezcla de productos (la Base de Bandrowski y la p-quinona) por la acción catalítica de los aldehídos obtenidos en la primera reacción. La gran complejidad del sistema en estudio presupone la utilización de métodos de calibración no lineales que proporcionan mejores resultados que los obtenidos mediante PCR. La ANN óptima permite la cuantificación de ambos componentes de las mezclas con relaciones Etanol:Metanol que van desde 20:1 a 400:1 obteniéndose errores relativos estándar de predicción del orden del 5 % para ambos analitos. <br/>Determinación simultánea de enantiómeros utilizando métodos cinéticos<br/>Se utiliza como sistema de registro la técnica quiróptica de dicroísmo circular para la resolución de las mezclas de los enantiómeros de la 1-feniletilamina. El método se basa en la diferente velocidad de reacción de ambos enantiómeros con un reactivo quiral (-)-citronellal cuando se trabaja en condiciones lejanas a las de pseudo primer orden, las habituales en este tipo de reacciones. La misma reacción ha sido monitorizada en condiciones de pseudo primer orden utilizando la técnica UV-Vis y los resultados proporcionados por ambas técnicas han sido comparados utilizando los métodos de calibración: PCR, PLS y ANN. Los mejores resultados han sido los obtenidos efectuando una reducción de las variables obtenidas mediante la técnica de dicroísmo circular mediante un análisis en componentes principales y utilizando los scores como datos de entrada en la ANN. El error relativo estándar de predicción ha sido del orden del 3 % para ambos enantiómeros.<br/>Evaluación de métodos de calibración multivariable, bi y tridimensionales, en análisis cinético diferencial<br/>Las técnicas bidimensionales MLR, PCR, PLS y CR y algunos métodos tridimensionales tales como PARAFAC y N-PLS son evaluados como métodos de calibración para la determinación de mezclas ternarias en un sistema cinético de pseudo primer orden. Los diferentes métodos de calibración han sido primero aplicados a datos cinético-espectrofotométricos simulados, donde el efecto del solapamiento espectral y la diferencia en las constantes de velocidad han sido evaluados manteniendo constantes y a bajos niveles el ruido instrumental y las fluctuaciones de las constantes de velocidad. Posteriormente, han sido aplicadas a la resolución de mezclas de Co-Ni y de Co-Ni-Ga usando el reactivo complejante PAR y un sistema de mezcla de flujo interrumpido. Se han obtenido errores relativos estándar del orden del 8 % aun considerando un elevado solapamiento espectral y constantes de velocidad muy similares. El estudio de la influencia del ruido experimental en el sistema de tres componentes ha justificado las diferencias entre las simulaciones y los resultados experimentales. PARAFAC y MLR no permiten la resolución del sistema de tres componentes y CR proporciona resultados ligeramente mejores que los proporcionados por PCR, PLS y N-PLS.<br/>Selección de los intervalos de longitud de onda y tiempos para el calibrado de un sistema cinético de dos componentes<br/>Se propone un método para la selección de los mejores intervalos de longitudes de onda y tiempo en un sistema cinético-espectrofotométrico de dos componentes. Se basa en encontrar los intervalos que proporcionen la mínima correlación espectral y cinética entre los productos de reacción de cada uno de los analitos. El método se ha aplicado primero sobre datos simulados y posteriormente al sistema formado por la difilina y la proxifilina. Este sistema se ha caracterizado por la elevada similitud en el comportamiento cinético de ambas especies en condiciones de pseudo-primer orden y por el elevado solapamiento espectral de los productos de reacción. A pesar de ello, se han obtenido resultados satisfactorios para ambos analitos utilizando como método de calibración la regresión PLS. El error estándar de predicción y la desviación estándar entre replicados no han mostrado diferencias significativas para todos los modelos obtenidos siendo ambos errores del orden del 4 y 3 % para difilina y proxifilina respectivamente.<br/>Determinación simultánea de metilxantinas en un fármaco<br/>Se propone un método similar al del trabajo anterior para la determinación simultanea de teofilina, difilina y proxifilina en un fármaco comercial utilizando como técnica de calibración la regresión PLS. Los resultados han sido satisfactorios y han sido comparados con los obtenidos mediante HPLC, utilizado como método de referencia.<br/>Teniendo en cuenta los resultados obtenidos en todos los trabajos presentados, se puede concluir que los métodos cinéticos, junto a la calibración multivariable, pueden ser utilizados para la resolución de mezclas de naturaleza química muy similar, como los enantiómeros, o que tan solo se diferencian por su comportamiento cinético como es el caso de los catalizadores. Como métodos de calibración para sistemas lineales cabe destacar la regresión PLS y en sistemas con comportamiento claramente no lineal las ANNs, siendo su proceso de optimización un paso clave para su correcta aplicación y para obtener buenos resultados. Para estudiar el comportamiento de los métodos de calibración en sistemas cinético-espectrofotométricos las simulaciones constituyen una herramienta importante para observar tendencias generales. Las técnicas de calibración tridimensionales (N-PLS y PARAFAC) en situaciones de elevado solapamiento espectral y similitud cinética entre las especies analizadas simultáneamente no proporcionan resultados satisfactorios.
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