Seguimiento cuantitativo de procesos de degradación de contaminantes orgánicos fotosensibles mediante fluorescencia molecular y métodos de ánalisis de dptos de múltiples vías

Abstract

En esta Tesis Doctoral, se aborda la aplicación de metodologías de análisis de datos de múltiples vías, a datos tridimensionales de fluorescencia molecular de excitación-emisión obtenidos a lo largo de una reacción, para obtener de forma rápida información de interés en el desarrollo de técnicas basadas en procesos de eliminación oxidativa de contaminantes orgánicos. Se afrontan dos casos en particular: la foto-degradación de una mezcla de hidrocarburos policíclicos aromáticos (benzo[a]antraceno, benzo[a]pireno, benzo[k]fluoranteno, dibenzo[a,h]antraceno)y la foto-catálisis del fenol. <br/>Los espectros de fluorescencia de excitación y emisión registrados para cada muestra analizada constituyen una matriz o datos de segundo orden. Información cualitativa y cuantitativa acerca de las especies que participan en los procesos en estudio se ha extraido trabajando con métodos de análisis multivariante, que permiten analizar datos de múltiples vías como son el método de resolución de curvas basado en el análisis de factores paralelo (PARAFAC)yelbasadoenlaoptimizaciónpormínimoscuadrados(M CR -ALS),asícomoel método de calibración multivariante en mínimos cuadrados parciales para datos de múltiples vías (N -PLS). <br/>En la Tesis doctoral se realiza un análisis comparativo de los resultados encontrados por lo diferentes métodos de análisis multivariante. <br/>Los resultados encontrados fueron validados al comparar los resultados con los obtenidos cuando el seguimiento cuantitativo se realizaba mediante cromatografía líquida de alta resolución (H PLC), considerada como técnica de referencia para el seguimiento de este tipo de reacciones. <br/>La rapidez que aportan estas metodologías es una característica valiosa en estudios de optimización de dichos procesos. <br/>En esta Tesis empleando estas metodologías para el cálculo de constantes cinéticas se ha abordado el análisis simultáneo, empleando técnicas de diseño de experimentos, de variables de interés en el desarrollo de los procesos de foto-degradación. <br/>Del estudio realizado se derivan los siguientes resultados: <br/>*En la foto-degradación de una mezcla de hidrocarburos poli cíclicos aromáticos se evidenció la interacción de las variables experimentales y la importancia del análisis conjunto de sus efectos sobre el proceso para la selección de las condiciones óptimas de trabajo. En el dominio experimental en estudio, se encontró que la degradación es más rápida cuando se trabaja a pH ácido utilizando etanol como solvente e irradiando con una lámpara de baja presión de mercurio. <br/>*Tanto al aplicar PARAFAC como M CR -ALS el número de factores significativos fue de cuatro, uno por cada analito presente en la muestra. La bondad de los espectros recuperados en ambos casos fue evaluada calculando el coeficiente de similitud que resultó tener valor superior a 0.98 en todas las situaciones. Cuando los valores de concentración obtenidosenelprocesodedegradaciónmediantePARAFACoM CR -ALSaplicadosadatos EEM fueron representados frente a los obtenidos mediante H PLC se obtuvo una línea de regresión mediante mínimos cuadrados, con pendiente próxima a 1 e intercesión en el origen próxima a 0. El test conjunto de la pendiente y la ordenada en el origen para corroborar la ausencia de sesgo fue superado para todos los analitos. <br/>*En la determinación del fenol y sus dihidroxiderivados el error de predicción global tanto para PARAFAC como para M CR -ALS, era admisible y de ello se concluye que es posible realizar un seguimiento rápido y cuantitativo de la concentración del fenol y de la concentración de sus intermediarios, catecol, resorcinol e hidroquinona en un proceso de foto-degradación a partir de sus espectros fluorescentes de excitación-emisión. <br/>*El fenol y la hidroquinona se resuelven perfectamente y se obtienen errores bajos a los diferentes niveles de concentración analizados, mientras que catecol y el resorcinol que están fuertemente solapados presentan errores significativamente mayores. <br/>* Con el propósito de analizar si los errores encontrados fundamentalmente para el catecol y resorcinol eran susceptibles de mejora, se trabajó con mínimos cuadrados parciales para datos de múltiples vías (N -PLS), en particular tri-PLS1. Los valores encontrados de aplicar este método y los anteriormente descritos a un nuevo conjunto de mezclas representativas del proceso en estudio fueron comparados en términos del error global cometido. <br/>*El análisis de los efectos de las variables implicadas en el proceso de degradación en estudio:tipo de catalizador, pH del medio y concentración del sustrato en la constante de velocidad de la reacción permitió concluir que todas ellas interaccionan entre sí y la importancia de sus efectos resultó significativa a un nivel de confianza del 95% cuando se realizó un test estadístico A N O V A . <br/>A partir de los resultados encontrados en el desarrollo de esta Tesis, hemos corroborado que la utilización conjunta de la espectrofluorimetría de EEM y la aplicación de diferentes métodos de análisis de datos de múltiples vías, es una opción válida y atractiva para la monitorización cuantitativa de la foto-degradación de una mezcla de hidrocarburos policíclicos aromáticos y de la evolución de la degradación foto-catalítica del fenol y sus intermediarios, así como para el análisis cinético de los procesos estudiados .