La presente tesis doctoral está enfocada al desarrollo de herramientas analíticas
avanzadas, basadas en lenguas electrónicas potenciométricas y redes neuronales
artificiales, para la determinación de trazas de metales de transición, específicamente
Cu(II), Cd(II), Pb(II) y Zn(II) en muestras ambientales. En la búsqueda de nuevos
elementos de reconocimiento, se sintetizaron y caracterizaron dos nuevos derivados de
bis-tioureas, que fueron empleados como ionóforos en electrodos selectivos a plomo.
Los dos electrodos obtenidos fueron caracterizados completamente y se obtuvieron muy
buenos parámetros analíticos. La aplicabilidad de los dos dispositivos construidos se
comprobó en la determinación de plomo en muestras de suelos, los resultados obtenidos
se contrastaron de forma satisfactoria frente a un método de referencia (ICP-MS).
Con los electrodos construidos previamente y con otros formulados mediante
membranas comerciales, se conformaron las matrices de sensores que fueron empleadas en diversas aplicaciones. En la primera de ellas, se desarrolló una lengua electrónica
potenciométrica para la determinación simultánea de Cu2+, Cd2+, Pb2+ y Zn2+ a nivel de
trazas en muestras de suelos. El modelo fue construido mediante redes neuronales
artificiales, con muy buen ajuste y habilidad predictiva. La estrategia propuesta fue
aplicada a la determinación de los 4 analitos en muestras de suelos. Los resultados
obtenidos se compararon con un método de referencia (FAAS).
En la segunda aplicación se empleó una lengua electrónica como método de detección
del punto final en un sistema de valoración complexométrica, para resolver mezclas
ternarias de metales de transición. Con el objetivo de disminuir el tiempo de análisis, se
utilizó una metodología de valoración con un número reducido de adiciones fijas de
agente valorante. La información multivariada obtenida fue tratada con redes neuronales
artificiales, y se pudo determinar simultáneamente en muestras de suelos dopadas el
contenido de Cu2+, Cd2+ y Pb2+, lo que representa un aporte considerable, ya que estas
aplicaciones son prácticamente imposibles con las metodologías convencionales de
valoración.
Las aplicaciones posteriores estuvieron enfocadas al desarrollo de un sistema
automatizado, basado en lenguas electrónicas y análisis por inyección en flujo; para la
monitorización de procesos de biosorción de mezclas de metales de transición en raspo
de uva, residual de la industria vinícola. Se emplearon diferentes lenguas electrónicas
como método de detección y se lograron monitorizar satisfactoriamente diferentes
mezclas, de dos, tres y cuatro componentes. Con la información adquirida, se
obtuvieron los principales parámetros termodinámicos de los procesos estudiados, la
capacidad de sorción (q0), la capacidad de sorción del volumen del lecho (N0) y el
tiempo requerido para alcanzar el 50 % del sorbato (r). Estos fueron comparados con
los modelos teóricos de Thomas, Yoon-Nelson y BDST, en todos los casos se obtuvo un
buen ajuste. También se determinó el orden de selectividad del raspo de uva
(biosorbente) hacia los diferentes metales estudiados y el mecanismo predominante y
responsable de la biosorción fue el intercambio iónico. / This thesis is focused on the development of advanced analytical tools based on
potentiometric electronic tongues and artificial neural networks, for the determination of
transition metal traces, particularly Cu(II), Cd(II), Pb(II) and Zn(II) in environmental
samples. In the search for new recognition elements, two new bis-thiourea derivatives
were synthesized and characterized, which were used as ionophores in lead selective
electrodes. The electrodes obtained were fully characterized and yielded very good
analytical parameters. The applicability of the two devices constructed was verified in
the determination of lead in soil samples, the results obtained were compared
successfully against a reference method (ICP-MS).
Using these previously constructed electrodes in concert with additional electrodes
exploiting commercially fabricated sensory elements, a sensor array was formed and
thus used in various applications. The first of these applications was a potentiometric electronic tongue for the simultaneous determination of Cu2+, Cd2+, Pb2+ and Zn2+ at
trace levels in soil samples. The model was constructed with the use of artificial neural
networks and exhibited a very good fit and predictive ability. The proposed strategy was
applied to the determination of these 4 analytes in soil samples. The results were also
compared with a reference method (FAAS).
In the second application, the electronic tongue was employed as end point detection
method in titration system, to resolve ternary mixtures of transition metals. In order to
reduce the analysis time, a complexometric fixed volume titration methodology was
used. The multivariate information obtained was treated with artificial neural networks,
and the Cu2+, Cd2+ and Pb2+ volumes were simultaneously determined in soil spiked
samples, which represents a significant contribution to the state-of-the-art, as these
applications are virtually impossible to achieve with conventional titration
methodologies.
Subsequent applications were focused on the development of an automated system
based on electronic tongues and flow injection analysis, for the monitoring of
biosorption processes of mixtures of transition metals in grape stalk, wine industry
waste. Several electronic tongues were used as a detection method, and achieved the
satisfactorily monitoring of different mixtures of two, three and four components. Using
the obtained information, the main thermodynamic parameters of the studied processes
were successfully determined; these were the sorption capacity (q0), the sorption
capacity of the bed volume (N0) and the time required to reach 50% of the sorbate (r).
These were then compared to theoretical models of Thomas, Yoon-Nelson and BDST in
all cases a good fit was achieved. The mechanism responsible for biosorption, ion
exchange, and the order of selectivity grape stalk (biosorbent) towards different metals
studied was also determined.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:TDX_UAB/oai:www.tdx.cat:10803/117275 |
| Date | 22 February 2013 |
| Creators | Wilson Massó, Deivy |
| Contributors | Valle Zafra, Manuel del, Florido Pérez, Antonio, Universitat Autònoma de Barcelona. Departament de Química |
| Publisher | Universitat Autònoma de Barcelona |
| Source Sets | Universitat Autònoma de Barcelona |
| Language | Spanish |
| Detected Language | Spanish |
| Type | info:eu-repo/semantics/doctoralThesis, info:eu-repo/semantics/publishedVersion |
| Format | 195 p., application/pdf |
| Source | TDX (Tesis Doctorals en Xarxa) |
| Rights | info:eu-repo/semantics/openAccess, ADVERTIMENT. L'accés als continguts d'aquesta tesi doctoral i la seva utilització ha de respectar els drets de la persona autora. Pot ser utilitzada per a consulta o estudi personal, així com en activitats o materials d'investigació i docència en els termes establerts a l'art. 32 del Text Refós de la Llei de Propietat Intel·lectual (RDL 1/1996). Per altres utilitzacions es requereix l'autorització prèvia i expressa de la persona autora. En qualsevol cas, en la utilització dels seus continguts caldrà indicar de forma clara el nom i cognoms de la persona autora i el títol de la tesi doctoral. No s'autoritza la seva reproducció o altres formes d'explotació efectuades amb finalitats de lucre ni la seva comunicació pública des d'un lloc aliè al servei TDX. Tampoc s'autoritza la presentació del seu contingut en una finestra o marc aliè a TDX (framing). Aquesta reserva de drets afecta tant als continguts de la tesi com als seus resums i índexs. |
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