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EncuentroQUIMACOVA - UNIVERSITAT DE VALÈNCIA
Valencia, septiembre 2012
Vicerectorat d'Investigació i Política Científica
Dpto. de Química AnalíticaFacultad de Química
Personal de plantillaGuillermo Ramis Ramos
Ernesto F. Simó Alfonso
José Manuel Herrero Martínez
Becarios de doctoradoEstudiantes de proyecto y de doctoradoProfesores visitantes
Grupo de Cromatografía Líquida, Electroforesis Capilar y Espectrometría de Masas
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OBJETIVO GENERAL:Desarrollo de métodos analíticos en control de calidad industrial y ambiental
Investigación básica
Investigación aplicada
Problemas y nuevos retos
Soluciones
ENFOQUE METODOLÓGICO GENERAL:Diálogo entre investigación básica y aplicada
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DESGLOSE DE OBJETIVOS: Líneas de trabajo
Desarrollar y aplicar técnicas de tratamiento
multivariante de los datos cromatográficos y
electroforéticos
Explorar las fronteras de los métodos cromatográficos
y electroforéticos: altas temperaturas, nuevas fases
estacionarias, cromatografía en dos dimensiones (2D)
Resolución eficaz de problemas complejos de análisis
en el control de la calidad industrial y en la evaluación
de su impacto ambiental
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Métodos de caracterización y determinación de surfactantes:
- En materias primas y producto acabado
- En efluentes de depuradora, agua de mar, etc.
Alcoholes grasos etoxilados, FAE:
Alquil-éter sulfatos, AES:
O HO O O O
O- SO3
O O O -
Algunos ejemplos: análisis de surfactantes
O
O
O
O OO
OO O OO O
Antes de su separación por HPLC, los oligómeros de FAE y AES se
derivatizan con un anhídrido cíclico:
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Surfactantes en detergentes por HPLC-UV
0
100
200
300
Ab
sorb
ance
at
23
0 n
m (
mA
U)
A
n = 12
n = 14
n = 16 n = 18
n = 12
C12E2
C12E3
C12E1+
C12E4
C12E7
C12E9C12E8
C12E6
C12E0+
C12E5
10 20 30 40
0
100
200
300
Time (min)
B
n = 18n = 16n = 15
n = 14
n = 13C12E2S
C12E3S
C12E1S+
C12E4S
C12E7S
C12E9S
C12E8S
C12E6S
C12E0S+
C12E5SAlquil-éter-sulfatos
Alcoholes etoxilados
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Surfactantes en detergentes por HPLC
0
100
200
300
Ab
sorb
ance
at
23
0 n
m (
mA
U)
A
n = 12
n = 14
n = 16 n = 18
n = 12
C12E2
C12E3
C12E1+
C12E4
C12E7
C12E9C12E8
C12E6
C12E0+
C12E5
10 20 30 40
0
100
200
300
Time (min)
B
n = 18n = 16n = 15
n = 14
n = 13C12E2S
C12E3S
C12E1S+
C12E4S
C12E7S
C12E9S
C12E8S
C12E6S
C12E0S+
C12E5S
Objetivos en control de calidad industrial:
- Concentración total de cada clase (FAE, AES, etc)
- Corte hidrofóbico (longitud de las cadenas hidrocarbonadas)
- Proporción entre las series hidrocarbonadas
- Número medio de unidades de óxido de etileno
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Surfactantes en detergentes por HPLC
0
100
200
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Ab
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at
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0 n
m (
mA
U)
A
n = 12
n = 14
n = 16 n = 18
n = 12
C12E2
C12E3
C12E1+
C12E4
C12E7
C12E9C12E8
C12E6
C12E0+
C12E5
10 20 30 40
0
100
200
300
Time (min)
B
n = 18n = 16n = 15
n = 14
n = 13C12E2S
C12E3S
C12E1S+
C12E4S
C12E7S
C12E9S
C12E8S
C12E6S
C12E0S+
C12E5S
Objetivos en estudios ambientales:
- Velocidad de biodegradación de los oligómeros
- Concentración de los oligómeros residuales en el medio
- Potencial de bioconcentración de los oligómeros residuales
- Toxicidad de los oligómeros residuales
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¿Surfactantes en agua de mar?
Vertidos no
controlados
Depuración insuficiente
de aguas residuales
Es necesario conocer su impacto sobre especies biológicas
sensibles, cadena alimenticia (salud) y paisaje
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Alcoholes grasos etoxiladosy alquil-éter-sulfatos
Ab
so
rba
nce
at
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0 n
m,
mA
U
n = 12
n = 14
n = 13
0
100
200
300
234+1
5+0
iso-0 iso-0
234+1
5+0
4+1
B
Retention time, min
20 22 24 26 28
10
30
20
0
4+1
5+0
22
A
5+0
Agua de mar, Pobla de Farnals
Riu Barxell, AlcoiSurfactantes en muestrasambientales
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Cromatografía líquida bidimensional: 2D-HPLC
Montaje con 2 válvulas automáticas y 2 columnas
Inyector
Bomba
cuaternaria
1
2
3
4
5
6
C1
V1
1
2
3
4
5
6
1’
2’
3’
4’
5’
C3
C4
C5
C6
C2
Detector
V2
6’
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Alcoholes etoxilados (FAE) separados por series hidrocarbonadas en la 1ª dimensión
Surfactantes por cromatografía bidimensional: 2D-HPLC
800
Time, min
Ab
sorb
ance
, m
AU
400
0
10 20 30 40
n = 12
n = 13
n = 14n = 15
n = 16n = 18
n = 10
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Surfactantes por cromatografía bidimensional: 2D-HPLC
Alcohol etoxilado, separación de la serie n = 12
en la segunda dimensión
Absorb
ance, m
AU
18 22 26 30
100
200
0
tR, min
0
23
1
El objetivo de la 2D-HPLC es poder caracterizar muestras
muy complejas (mezclas de clases de compuestos)
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Detección de alcoholes en fragancias y otras muestras
O
R’-OH +O
O
R
R
R’- O
O O
O
R R
H++
O
O
O
O OO
OO O OO O
La derivatización con anhídridos cíclicos simétricos seguida de HPLC o CE:
- Es aplicable a otros analitos (no sólo a surfactantes)
- Permite obtener derivados fuertemente absorbentes y cargados que dan
una señal intensa en varios detectores (UV-vis, ELSD, MS), con límites de
detección mejores que por GC
Anhídridos cíclicos simétricos:
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Caracterización y autentificación de aceites esenciales (fragancias):
- Son sintéticos en más del 99%
- Contienen compuestos nocivos a baja concentración
- Los compuestos minoritarios permiten trazar el origen
Mentol Citronelol
Geraniol
Detección de alcoholes en fragancias y otras muestras
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4 8 t, min12 16
Abundance
Aceite esencial de menta:
GC:
5 10 15 20 25t, min
100
200
Absorb
ancia
, m
AU
Derivatización y HPLC-UV:
Mentol
Mentol
Detección de alcoholes en fragancias y otras muestras
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Control de calidad por electroforesis capilar, CE
Con frecuencia, problemas de análisis muy difíciles por HPLC, son
fáciles de resolver o están resueltos desde hace años por CE
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Control de calidad por electroforesis capilar: CE
CH2 N+
CH3
CH3
(CH2)n CH3
12 16 20 24 28
Tiempo (min)
0
4
8A
bso
rban
cia
a 214 n
m (
mU
A)
C
C
C
C
A12
14
16
18
J. Chromatogr. A 2000, 895, 227
Oligómeros de cloruro de
benzalconio (BKC) en un
desinfectante industrial
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Control de calidad por electroforesis capilar: CE
CH 3-(CH 2)m -CH-(CH 2)n-CH 3
SO3- Na
+
Separación de los 19 homólogos e isómeros del alquil-bencénsulfonato
lineal (LAS) en un detergente para textiles
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-ca
rote
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All-
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rote
ne
13
,13
’-C
is-β
-ca
rote
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A
0
2
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Ab
so
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nce
at 4
50
nm
, m
AU
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ne
All-
tra
ns-β
-ca
rote
ne
B
0 4 8 12Time, min
0
10
20C
Vio
laxa
nth
in+
ne
oxa
nth
in
All-
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ute
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9-
an
d 1
3-
Cis
-lu
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Ch
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ph
yll
b
Ch
loro
ph
yll
a
All-
tra
ns-
β-c
aro
ten
e
9-
an
d 1
3-C
is-
β-c
aro
ten
es
Control de calidad por CE: carotenoides en vegetales
Carlota
Tomate
Espinaca
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Técnicas multivariantes de clasificación y calibración
Filtrado y alineado de la señal, selección y
adquisición de las variables predictoras
Obtención de la señal: HPLC-UV, HPLC-
ELSD, HPLC-MS, CE-UV, CE-MS
Construcción y validación del modelo:
PCA, LDA, MLR, PCR, PLS1
Aplicación a muestras:
predicción de la clase, o
predicción de variables
cuantitativas
Exploración de
datos o calibrado
multidimensional
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Técnicas multivariantes de clasificación: predicción de la clase a la que pertenece la muestra
• Detección de leche de vaca en quesos de cabra y oveja
• Detección de aceites de diverso origen y calidad en aceite de oliva virgen• Detección de la variedad en aceite de oliva monovarietal
• Detección de harinas de leguminosas distintas del garrofín en espesantes
alimentarios
Autentificación del origen y la calidad en alimentos:
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Detección y clasificación de enzimas en productos de limpieza
1. Se separa e hidroliza la enzima y se
halla su perfil de aminoácidos por HPLC
Técnicas multivariantes de clasificación y calibración A
bso
rban
ce a
t 3
35
nm
(m
AU
)
0
40
80
120
Asp
Glu
Asn
Gln
His
Thr
Ar
g
Ala
Tyr
Val
MetIle
Phe + Leu
Gly
Trp
Lys
0 10 20 30 40 50Time (min)
Ser
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100
-20
-10
0
10
20
-10
6040
200
-20-40
C
proteases
amylases
lipases
cellulases
f1
f2 f3
Técnicas multivariantes de clasificación y calibración Detección y clasificación de enzimas en productos de limpieza
2. Se predice la clase
mediante un modelo de
análisis discriminante lineal desarrollado en la etapa de
calibración con estándares
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Técnicas multivariantes de clasificación y calibración Autentificación de aceite de oliva virgen extra
Gly
Ala
Ile
+L
eu
Cys
Th
rVa
lP
ro
Se
r
His
Tyr
Lys
Asp
Me
tG
lu
Arg
Ph
e
60 80 100 120 140 160 180 200
m/z
0
1
2
3
4
5
Re
lative
ab
un
da
nce
x 1
06
1. Se separan las proteinas, se hidrolizan
y se halla el perfil de aminoácidos por MS
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Técnicas multivariantes de clasificación y calibración Autentificación de aceite de oliva virgen extra
2. Se predice la clase mediante un análisis secuencial, aplicando modelos desarrollados en la etapa de calibración con estándares
Peanut
Soybean
-8 -4 0 4 8 121st discriminant function
-8
-4
0
4
8
2n
d d
iscri
min
an
t fu
nctio
n
Other
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Aplicación de metodologías convencionales
Problema de análisis + Bibliografía + Experiencia
Nuevos desarrollos
Transferencia tecnológica Avance científico
Problemas nuevos o
“viejos conocidos”
con nuevas exigencias
Técnicas
emergentes
INPUT
OUTPUTFormación de técnicos y científicos
EncuentroQUIMACOVA - UNIVERSITAT DE VALÈNCIAValencia, septiembre 2012
Vicerectorat d'Investigació i Política Científica
Muchas gracias
Grupo de Cromatografía Líquida, Electroforesis Capilar y Espectrometría de MasasDpto. de Química Analítica,
Fac. de Química
