Desarrollo de fases sensoras ópticas para el control de la calidad de aguas y vinos

Résumé

Esta memoria presenta los resultados obtenidos durante la realización de la tesis doctoral titulada ¿Desarrollo de fases sensoras ópticas para el control de la calidad de aguas y vinos¿. Se ha estructurado en dos partes. Una parte, denominada introducción, que recoge información sobre las diferentes modalidades para el diseño de los sensores químicos y en particular de sensores ópticos, así como de la instrumentación empleada para su desarrollo. Asimismo, está incluida una introducción básica de los tipos de reacciones de polimerización empleados en la memoria, una descripción de las diferentes vías y técnicas para llevar a cabo el diseño y desarrollo de fases sensoras ópticas, así como la bibliografía empleada en la introducción. La segunda parte se denomina experimental y muestra la aplicación de ejemplos de las fases sensoras ópticas descritas en la introducción para la resolución de diferentes problemas analíticos. Esta parte a su vez se divide en tres bloques y cada bloque está compuesto por uno o más capítulos (en total seis) donde se recogen los resultados experimentales obtenidos. Posteriormente, se describen las conclusiones generales de la parte experimental. El primer capítulo se centra en la síntesis y caracterización de un polímero de impronta molecular (MIP) mediante la técnica de polimerización en disolución, utilizando como ¿molde¿ la molécula de tolueno (molécula representativa de los compuestos TEXs; tolueno, etilbenceno y xilenos). El MIP sintetizado fue implementado como fase sensora en un optosensor fluorescente convencional para el ¿screening¿ de TEXs en aguas de consumo humano. El test de ¿screening¿ reconoció muestras contaminadas rápidamente y a un precio económico con un nivel de corte de 700 µg L-1 de etilbenceno, que se corresponde con el nivel de contaminante máximo (MCL) establecido por la Agencia de Protección Ambiental Estadounidense (US EPA) en agua potable. El estudio de la fiabilidad del test se llevó a cabo para un total de 50 muestras y su aplicabilidad se evaluó analizando muestras de diferentes tipos de aguas. El segundo capítulo versa sobre el empleo del MIP sintetizado en el capítulo anterior y su implementación en el desarrollo de un optosensor fluorescente para el ¿screening¿ de xilenos en agua. El test de ¿screening¿ se realizó sin la necesidad de ninguna etapa de pre-concentración y analizó rápidamente muestras contaminadas con un nivel de corte de 10 µg mL-1. La fiabilidad del test se evaluó para un conjunto de 30 muestras. Su aplicabilidad se demostró analizando muestras de agua minerales, de grifo y de río. El tercer capítulo describe el desarrollo de una lámina sensora fluorescente para la determinación de ácido L-málico en vinos a través de la reacción enzimática entre el L-malato y el nicotinamida adenina dinucleótido (NAD+) en presencia del enzima L-malato deshidrogenasa. La inmovilización de las biomoléculas se llevó a cabo en vidrios sol-gel. La regeneración de la lámina sensora se produjo mediante la inmovilización del enzima diaforasa y el empleo de hexacianoferrato(III) como oxidante. Se evaluaron las características analíticas de la lámina sensora y se determinó el contenido de ácido L-málico en diferentes tipos de vinos. Los resultados obtenidos con la lámina sensora se compararon con un método de referencia basado en EAM UV-VIS (espectrofotometría de absorción molecular ultravioleta-visible). Este capítulo se realizó en los laboratorios del Departamento de Química de la Universidad de La Rioja. El cuarto capítulo trata del desarrollo de una película sensora para la determinación de iones europio(III) en agua mediante la inmovilización de un nuevo ligando organofosforado (bis(amida fosfínica) óxido de fosfina) en una membrana de inclusión polimérica. El ion europio(III) y el ligando organofosforado formaron un complejo luminiscente de estequiometría 1:2. La síntesis del ligando y la caracterización estructural del complejo se llevó a cabo en los laboratorios del Departamento de Química Orgánica de la Universidad de Almería. El complejo luminiscente se evaluó en disolución, mostrando características espectroscópicas y químicas excelentes para desarrollar películas sensoras poliméricas. La película sensora desarrollada mostró un tiempo de respuesta corto, un pH de operación óptimo de 5.0 y una elevada selectividad hacia otros iones lantánidos trivalentes. Por último, la película sensora se utilizó con éxito para determinar la concentración de iones europio(III) en agua con un límite de detección de 4.8 x 10-8 mol L-1. En el quinto capítulo se desarrolló una membrana sensora luminiscente a partir de un nuevo ligando organofosforado (bis(ácido fosfínico) óxido de fosfina) para determinar Eu(III) en agua. Tanto la síntesis como la caracterización del nuevo ligando se realizaron también en el Departamento de Química Orgánica de la Universidad de Almería. El complejo luminiscente formado entre Eu(III) y el ligando se evaluó en disolución, observando que sus propiedades químicas y espectroscópicas fueron excelentes para el desarrollo de membranas de inclusión polimérica. La membrana sensora mostró un tiempo de respuesta corto y un pH de trabajo óptimo de 5.0. Además, la membrana sensora presentó una buena selectividad hacia Eu(III) respecto a otros iones lantánido, aunque se observó una pequeña interferencia positiva de Tb(III) y proporcionó un límite de detección de 5.8 x 10-9 mol L-1. El sexto capítulo muestra el desarrollo de una sonda sensora luminiscente de fibra óptica para la detección acuosa de iones europio (III). En este caso, el ligando depositado sobre la fibra óptica fue el que se utilizó en el cuarto capítulo (bis(amida fosfínica) óxido de fosfina). Se emplearon dos configuraciones para llevar a cabo medidas luminiscentes off-line y on-line. La sonda desarrollada detectó iones europio(III) en agua en un amplio intervalo de concentraciones. El experimental de este capítulo se realizó durante una estancia de investigación en el Departamento de Ingeniería Eléctrica y Electrónica de la Universidad Pública de Navarra.