Prácticas de Química Analítica

[ES]Preparación y Normalización de Disoluciones (Determinación gravimétrica de la humedad, Preparación y normalización de disoluciones, Disolución de aleaciones); Valoraciones Volumétricas (Introducción a la Valoración Volumétrica, Reacciones ácido-base, Reacciones de oxidación-reducción, Reacciones de precipitación, Reacciones de formación de complejos); Espectroscopía (Espectroscopía de Absorción molecular, Determinación de ácido benzoico, Determinación de calcio y magnesio, Determinación de hierro, Espectroscopía de Absorción Atómica); Métodos Electroanalíticos (Potenciometría, Electrodos Selectivos, Determinación potenciométrica, Valoración conductimétrica); Métodos de Separación (Cromatografía en capa fina, Cromatografía de gases, Cromatografía líquida de alta resolución (HPLC)); Normas de seguridad en el laboratorio, Material de laboratorio, Análisis de error y tratamiento de datos

[Necesidad del estudio profundo de la química analítica para el adelantamiento de las ciencias y de las artes provechosas a la pública prosperidad] : Discurso leido ante el claustro de la Universidad Central por Benito Hernando y Espinosa en el acto de recibir la investidura de Doctor en al Facultad de Ciencias, sección Físicas.

Tesis Universidad Central 1868.

Aplicación de estrategias innovadoras de E-Learning y autoevaluación en los ejercicios de intercomparación de los laboratorios de Química Analítica

La introducción de las Tecnologías Informáticas en los centros educativos de enseñanza universitaria, así como la penetración de Internet en la vida académica, nos ofrece todo un caudal de oportunidades para optimizar el proceso de enseñanza-aprendizaje y experimentar con nuevas formas de enseñanza, basadas en el manejo de las herramientas digitales. Estas nuevas prácticas en el aula, que se han ido desarrollando en los últimos años, potencian el aprendizaje constructivo y colaborativo entre los educandos haciendo que reflexionen acerca de sus ideas y de las de los demás. La introducción de las TICs en el marco educativo universitario ha modificado considerablemente no solo el modo de enseñanza/aprendizaje sino también en el contexto de la evaluación. Dentro del concepto de evaluación colaborativa, existe un gran número de trabajos y propuestas desde los inicios de las prácticas educativas formales en contextos virtuales. A pesar de esta presencia la evaluación colaborativa sigue siendo un campo por explorar debido a la dificultad que entraña, el extraer indicadores para la evaluación del aprendizaje mediante recursos virtual e-learning como foros, debates, u otras herramientas más complejas que conllevan el trabajo/aprendizaje colaborativo entre alumnos (grupos virtuales) como es el caso de las webQuest, Wikis, etc. Una ventaja metodológica es que la tecnología nos aporta la posibilidad no sólo de evaluar el producto colaborativo sino también el proceso. Este hecho es significativamente diferente del que ocurre en las prácticas presenciales que resulta de mucho interés para una verdadera evaluación formativa. El proyecto solicitado “Diseño y aplicación de estrategias innovadoras de evaluación colaborativa y autoevaluación e-learning en los ejercicios de intercomparación de los laboratorios de química analítica supondrá la implantación de metodologías activas y participativas orientadas a facilitar y mejorar el proceso de enseñanza-aprendizaje en general, y la innovación en estrategias de evaluación y de autoevaluación en particular, favoreciendo la participación de los alumnos en actividades formativas fuera del aula como parte fundamental de una docencia de calidad dentro del Espacio Europeo de Educación Superior (EEES). En concreto se utilizará como herramienta una webquest en la cual se desarrollarán tareas de evaluación colaborativa como la elaboración de una wiki, y un e-portafolio entre otras, de aplicación a distintas asignaturas del área de la química que implementan los ejercicios de intercomparación de los resultados obtenidos en los laboratorios de química analítica (implantado mediante proyectos de innovación). Estos ejercicios permiten que los estudiantes reciban información comparada de los resultados de su trabajo con el obtenido por otros estudiantes de su mismo nivel, motivándoles a trabajar lo mejor posible para obtener buenos resultados y que quede demostrado la calidad del trabajo realizado. La participación en estos ejercicios de intercomparación es un requisito contemplado en la norma UNE-EN-ISO 17025 para asegurar la competencia técnica necesaria para realizar ensayos de calidad y de forma fiable. Este proyecto está basado en la experiencia del equipo docente que forma parte de este proyecto en la implementación de varios proyectos de innovación que han logrado la implementación de los ejercicios de intercomparción en la Facultad de Químicas como un elemento diferenciador y de calidad de los Grados impartidos en la UCM.

Desarrollo de microanalizadores mediante tecnología LTCC para la monitorización de parámetros ambientales

El presente proyecto recoge el trabajo experimental realizado en el Grup de Sensors i Biosensors del departamento de Química para desarrollar un dispositivo miniaturizado válido para la determinación de ión nitrito en aguas contaminadas. Dentro de esta tarea, se han construido varios dispositivos con el objetivo de determinar el diseño que presenta mayores ventajas. Se ha continuado con los experimentos a fin de establecer las condiciones óptimas de operación; trabajo que, ha consistido en la observación de la respuesta obtenida frente a diferentes condiciones de trabajo: caudal, volumen de inyección y concentración. Posteriormente, se ha caracterizado el microsistema hallando el límite de detección y la repetitividad. Finalmente, se ha concluido la parte experimental con el análisis de muestras reales a fin de validar el microsistema construido.

Determinació de compostos orgànics contaminants en aigües residuals industrials

La determinació de compostos orgànics contaminants en aigües residuals d’origen urbà i industrial és un tema que ha suscitat un creixent interès, tant des del punt de vista del problema mediambiental que es deriva de l’abocament d’aquestes aigües al medi aquàtic públic com des de la perspectiva de reutilització de les aigües tractades en processos industrials. La majoria d’aquests contaminants no s’eliminen completament en plantes de tractament d’aigües convencionals, pel que s’han de controlar. Aquest fet implica desenvolupar nous processos de tractament que permetin millorar l'eficiència de l'eliminació de les plantes de tractament convencionals. Per tal d'investigar la presència d'aquests compostos contaminants a baixes concentracions és necessari desenvolupar nous mètodes analítics altament sensibles. En el nostre projecte s'han desenvolupat diferents mètodes analítics per determinar compostos orgànics contaminants en aigües residuals provinents de plantes de tractament d'aigües industrials, urbanes i plantes potabilitzadores, utilizant principalment la microextracció en fase sòlida (SPME) seguida de la cromatografia de gasos acoblada a un espectròmetre de masses (GC-MS). S'ha estudiat la presència de diferents famílies de compostos en aquestes aigües, com són: ftalats, amines alifàtiques primàries i nitrosamines. A més a més, s'han desenvolupat mètodes analítics per determinar amines alifàtiques primàries en llots actius provinents de diferents tipus de plantes de tractament d'aigües i plantes potabilitzadores.

Avenços en l'estudi de la litiasi renal: mètodes de chemical imaging i intel·ligencia artificial (ANN) per la caracterització de càlculs renals

La litiasi urinària és un trastorn que implica la formació de precipitats en qualsevol part del tracte urinari. Aquest és un desordre comú que afecta aproximadament a una desena part de la població de la Unió Europea al llarg de la seva vida. A més, durant els cinc anys posteriors a un episodi litiàsic el percentatge de recurrència dels pacients és del 45 al 75%. Aquest trastorn urinari està influït per una gran quantitat de variables, d’origen fisiològic, psicològic i ambiental. Els episodis litiàsics, es poden solucionar espontàniament, amb l’expulsió del càlcul renal, o bé a través de diverses intervencions mèdiques. Els tractaments mèdics derivats de la litiasi urinària; és a dir, la fragmentació del càlcul, intervencions quirúrgiques i tractaments posteriors generen unes grans despeses als sistemes mèdics. Pels motius exposats, la identificació del desordre que ha originat l’episodi litiàsic és de radical importància, per tal de minimitzar el risc de reincidència. Els mètodes més usuals per determinar les causes que desencadenen la formació del càlcul renal són les anàlisis d’orina i l’estudi del càlcul generat. La correcta descripció de la composició i, especialment, l’estructura del càlcul renal pot aportar informació clau sobre les possibles causes de la seva formació, tant de l’inici de nucleació del càlcul com de les successives etapes de creixement cristal·lí. Tenint en compte aquest darrer aspecte, el present estudi s’ha dirigit a la caracterització de càlculs urinaris mitjançant l’aplicació de metodologies d’imatge química (Hyperspectral Imaging), el que va contribuir a determinar les principals característiques espectrals de cada compost majoritari als càlculs renals. D’altra banda, la utilització de mostres de composició coneguda ha possibilitat la creació d’un model amb Xarxes Neuronals Artificials, que permet la classificació de noves mostres de composició desconeguda, de manera més ràpida que el procediment actual. Aquest treball constitueix una nova contribució a la comprensió de l’estructura de les pedres de ronyó, així com les condicions de la seva formació. Els resultats obtinguts destaquen les possibilitats que presenten les tècniques emprades al camp de la litiasi renal, que permeten complementar els coneixements existents enfocats a millorar la qualitat de vida dels pacients.

Determinació d'hidrocarburs aromàtics policíclics (PAHs) en mostres de sòls per cromatografia de gasos acoblada a l'espectrometria de masses (GC/MS)

La importància dels Hidrocarburs Aromàtics Policíclics (PAHs) com a contaminants ha estat sempre en debat. Des del moment en què no compleixen els requeriments de persistència, toxicitat i transport a llargues distàncies, no es consideren contaminants orgànics persistents (POPs). En conseqüència, no es troben inclosos dins la llista dels dirty dozen de la Convenció d’Estocolm sobre POPs. A més, ja que el seu alliberament no és intencionat, algunes veus han plantejat la possibilitat d’eliminar o reduir la quantitat d’aquests compostos a l’atmosfera i que arriben també, per deposició, al sòl, sediments, aigües, etc. Tanmateix, segons el Protocol firmat pel Comitè Estats Units-Europa (UNECE), els PAHs haurien d’haver estat inclosos a aquesta llista ja que són productes químics les emissions dels quals haurien de ser minimitzades o previngudes. És per això i l’interès pel medi ambient que dins el projecte Estudi de la influència de contaminants orgànics (BTEX i PAHs) en la mobilitat de metalls pesants en sòls, al qual es vol entendre quin és el mecanisme de transport dels metalls pesants en presència d’aquests contaminants, enfocat sobretot als marges de les carreteres per la combustió de gasolines i l’exhaust dels vehicles, que es justifica aquest treball de recerca. Aquest treball de recerca es basa en la posta a punt d’un mètode d’anàlisi de PAHs mitjançant la Cromatografia de Gasos acoblada a l’Espectrometria de Masses (GC/MS). Cadascun dels mètodes seguits estan reportats a la Environmental Protection Agency dels Estats Units (US EPA), però tot i així cal fer la optimització, realitzant o no, lleus modificacions d’aquests per ajustar-nos a les nostres necessitats específiques. En aquest treball de recerca s’exposen els diferents passos a realitzar un cop feta la presa de mostra fins l’expressió final dels resultats un cop identificats i quantificats els PAHs d’interès presents en una matriu de sòl. Això comprèn la seva extracció inicial mitjançant el Soxhlet, un cleanup posterior a partir tant de l’extracció en fase sòlida (SPE) amb una fase C18 com la cromatografia en columna utilitzant gel de sílice com a adsorbent. Finalment, s’han determinat els paràmetres influents en la separació, identificació i quantificació dels PAHs amb relació a la cromatografia de gasos i la seva detecció per espectrometria de masses.

Cuantificación de hormonas en comprimidos farmacéuticos por espectroscopía NIR: comparación de procedimientos de calibración

Los principales objetivos del presente trabajo son la puesta a punto de un método NIR por reflectancia para la determinación del contenido de los principios activos (API) de un preparado farmacéutico comercial y la comparación del efecto que tiene la forma física sobre la que se registra el espectro de las muestras de calibración sobre la sensibilidad y el camino óptico; polvo o comprimidos. El preparado comercial analizado es el Perifem® y los principios activos determinados son el valerato de estradiol y el acetato de medroxiprogesterona. El método utilizado para la preparación de las muestras de calibración ha sido la sobredosificación con API o con una mezcla de excipientes comprimidos comerciales molturados y como procedimiento de calibración se ha utilizado la Regresión Parcial por Mínimos Cuadrados (PLS). Además, se ha desarrollado un método HPLC para ser utilizado como método de referencia. A partir de los resultados obtenidos se puede concluir que la compactación de las muestras aumenta el camino óptico efectivo y, por tanto, la sensibilidad del método analítico.

Biosensor para el diagnóstico y seguimiento de inmunodeficiencias

La infección por el Virus de Inmunodeficiencia Humano (VIH) y el Síndrome de Inmunodeficiencia adquirida (SIDA) afecta a millones de personas en todo el mundo, y constituye una amenaza a la salud y la vida de muchas otras más, sobre todo en países en vías de desarrollo. Existe un gran interés en el desarrollo de nuevas metodologías analíticas para el diagnóstico de dicha enfermedad de forma rápida, económica y fuera del ámbito del laboratorio por personal no especializado. Los biosensores son dispositivos ideales para cubrir esta demanda analítica facilitando la toma de decisiones y permitiendo un uso racional de técnicas analíticas confirmatorias más costosas. Se plantea el diseño de una estrategia magneto-ELISA con detección óptica así como un dispositivo magneto biosensor electroquímico para el diagnóstico de SIDA a través del recuento de células marcadoras de la enfermedad presentes en la sangre. Ambas estrategias se basan en la captura inmunomagnética de linfocitos T CD4+ con partículas magnéticas modificadas con anticuerpos monoclonales específicos (anti-CD3). La detección de las células capturadas se realiza con un anticuerpo primario anti-CD4 marcado con biotina (antiCD4-biotina) y con un conjugado de estreptavidina y de la enzima HRP (peroxidasa de rábano picante). La unión de esta enzima al anticuerpo primario se realiza a través del complejo biotina/estreptavidina. Se proponen dos tipos de sistemas de detección: óptico y electroquímico. Esto se logra mediante la elección adecuada del sustrato para cada sistema planteado. El dispositivo biosensor basados en un transductor electroquímico renovable y magnético acoplado a partículas magnéticas específicas para las células marcadoras de la enfermedad, consigue la simplificación metodológica y facilita la transferencia de la tecnología hacia la fabricación de un biokit diagnóstico en el ámbito clínico. La potencial aplicación de los dispositivos analíticos propuestos en este trabajo tienen un interés social elevado por su idoneidad para realizar análisis, rápidos, económicos y en el ámbito de la propia consulta médica.

Estudi de la distribució de components i recobriment en comprimits farmacèutics mitjançant NIR-CI

La qualitat d’un producte elaborat és un factor important, tant pels consumidors, com pels òrgans reguladors que en defineixen normatives cada cop més estrictes. Iniciatives com la del PAT (Process Analytical Technology) en el sector farmacèutic, responen a aquestes necessitats. El PAT afavoreix la implantació de noves tècniques analítiques que facilitin el monitoratge i el control de paràmetres clau in-/on-line durant els processos de producció. En aquest sentit, el NIR-CI (Near Infrarred-Chemical Imaging) podria ser una eina molt útil en la millora de la qualitat de la indústria farmacèutica, ja que aprofita les avantatges del NIR com a tècnica analítica (ràpid, no invasiu, no destructiu) i les aplica a tota la superfície espacial de la mostra. És una tècnica capaç de proporcionar una gran quantitat d’informació, tant espectral com espacial, en una sola imatge. L’objectiu d’aquest treball és avaluar la capacitat de la tècnica NIR-CI, com a eina pel control de paràmetres de qualitat de comprimits farmacèutics. Concretament, s’han analitzat quantitativament la concentració i la distribució dels components (principi actiu i excipients) d’un comprimit farmacèutic amb i sense recobriment. A més, també s’ha determinat el gruix de la pel·lícula de laca de recobriment i la seva distribució a la superfície del comprimit. Per obtenir aquesta informació, es parteix d’imatges NIR-CI hiperespectrals dels comprimits. Per a l’extracció de les dades d’interès s’ha usat l’algoritme PLS en les diferents versions dels softwares Isys 5.0 i Unscrambler 9.8. La versió de l’Isys permet determinar la contribució de cada component pur a cada punt de la imatge, emprant únicament l’espectre del component en estudi. Amb la de l’Unscrambler, en canvi, es construeix un model de calibratge que, a partir d’unes mostres de referència, prediu la distribució del gruix de recobriment sobre la superfície del comprimit.

Aptasensores impedimétricos para la detección de trombina

En el presente trabajo se ha desarrollado el primer aptasensor (biosensor de aptámero) en nuestro grupo de investigación, Grup de Sensors i Biosensors de la Universidad Autònoma de Barcelona. En concreto se han desarrollado dos aptasensores para la detección de la proteína trombina, uno basado en la inmovilización de aptámeros por adsorción física, y otro basado en la inmovilización de aptámeros por enlace covalente mediante la reacción EDAC-NHS. El aptasensor utiliza la afinidad específica de la cadena de DNA (aptámero) por la proteína con la que interacciona. Los cambios de carga y estéricos del complejo aptámero proteína alteran la capacidad y la resistencia de transferencia interfacial de electrones en la superficie del electrodo. El principio de detección se basa en la detección de cambios de estas propiedades de interfase del electrodo con el marcador redox [Fe(CN)6]3- / [Fe(CN)6]4-, utilizando mediciones de Espectroscopia Electroquímica de Impedancia. El aptasensor basado en adsorción física del aptámero mostró una respuesta lineal a trombina en el rango de 7.5 a 75 pM y un límite de detección de 5pM, después de optimizar todas las condiciones experimentales. Posteriormente se estudió la especificidad del sistema respecto proteínas potencialmente interferentes presentes en suero sanguíneo, obteniendo cierta interferencia por parte de fibrinógeno e inmunoglobulina G, pero no por parte de albúmina. El sensor demostró ser regenerable mediante la ruptura del complejo formado entre el aptámero y la trombina con una solución de NaCl 2.0 M, aumento de la temperatura y agitación. El segundo aptasensor, basado en enlace covalente del aptámero mostró una respuesta lineal a trombina y limite de detección mejor que el anterior sensor; de 2.5 a 100 pM y 1.5 pM respectivamente. Aunque cabe destacar que este aptasensor está siendo optimizado actualmente.

Activación de espuma de poliuretano con nanopartículas de Ag y evaluación de sus propiedades catalíticas

Este trabajo se basa en la elaboración de nanocompuestos (con nanopartículas de Ag) con propiedades catalíticas efectivas aplicando la Síntesis Intermatricial sobre espuma de poliuretano comercial como matriz estabilizadora y medio de reacción. Encontrándose que las espumas muestran actividad catalítica en la reducción del p-nitrofenol con NaBH4 en experimentos en batch y experimentos con flujo, siendo siempre necesario un tiempo de activación que dé inicio a la reacción catalítica. En experimentos de catálisis con flujo, fue posible realizar ciclos de catálisis (hasta 5) manteniéndose la eficiencia catalítica del material y su reutilización. También se observó que al aumentar el caudal de trabajo aumentaba la eficiencia y disminuía el tiempo de activación.

Avaluació d'un espectrofotòmetre NIR en miniatura pel seu ús en processos industrials i controls de qualitat

En aquest treball s’avalua la idoneïtat d’un nou espectrofotòmetre NIR en miniatura per ser emprat com eina d’anàlisis de productes farmacèutics. L’avaluació es presenta en tres tipus d’assaigs: (1) anàlisi i comparació dels nivells de senyal i soroll de la resposta instrumental, (2) la identificació de matèries primes mitjançant la construcció de biblioteques espectrals i (3) la quantificació d’ingredient actiu en una formulació farmacèutica mitjançant models de calibratge multivariables. Els resultats obtinguts amb aquest instrument són comparables amb els obtinguts fent servir aparells convencionals, demostrant que aquesta nova tecnologia suposa un avenç en el control global de processos farmacèutics.

Estratègies d'immbolització orientada d'anticossos per a la detecció directa en biosensors òptics: influència en la sensibilitat i especificitat

Els assajos de diagnòstic clínic i biomèdic requereixen tècniques de detecció sensibles, selectives i ràpides que permeten mesurar concentracions de substàncies directament de mostres biològiques com sang, orina o sèrum. Els dispositius biosensors compleixen en gran mesura aquests requisits i en particular, molts esforços van dirigits actualment al disseny de versions compactes de mida reduïda tipus "point of care" (POC) que permeten, per exemple, deslocalitzar les anàlisis dels hospitals i que proporcionen un seguiment del pacient més proper i eficient. Tot i així, la transferència d'aquestes tecnologies a dispositius miniaturitzats i portàtils amb aplicacions definides encara no està totalment assolida. Apart de les dificultats inherents a la integració de components electrònics, òptics, de distribució de líquids, etc. en un sistema menut i portàtil, un important repte en la miniaturització de biosensors és la biofuncionalització de la superfície sensora i la seua estabilitat una vegada s'han immobilitzat els reactius biològics. La detecció de biomarcadors proteics es duu a terme principalment mitjançant immunoassajos, basats en el reconeixement específic de la proteïna per part d'anticossos específics. En el cas de biosensors, el format directe, en el qual un anticòs s'immobilitza sobre la superfície sensora i la proteïna diana es detecta directament de la mostra, hauria de ser el format preferible. Tanmateix, és un dels menys eficients en termes d'estabilitat i sensibilitat, degut en part a la necessitat d'immobilitzar l'anticòs en una orientació adequada sense perjudicar l'afinitat per la molècula diana. En aquest treball s'ha fet un estudi comparatiu entre diferents metodologies d'immobilització d'anticossos sobre un transductor òptic i s'han desenvolupat i optimitzat diferents estratègies de bloqueig de superfície a fi d'obtindre un procediment robust, estable, aplicable a superfícies sensores de diferent naturalesa i que a més, permeta la detecció sensible i selectiva en mostres complexes.

Use of NIR spectroscopy and multivariate process spectra calibration methodology for pharmaceutical solid samples analysis

Accomplish high quality of final products in pharmaceutical industry is a challenge that requires the control and supervision of all the manufacturing steps. This request created the necessity of developing fast and accurate analytical methods. Near infrared spectroscopy together with chemometrics, fulfill this growing demand. The high speed providing relevant information and the versatility of its application to different types of samples lead these combined techniques as one of the most appropriated. This study is focused on the development of a calibration model able to determine amounts of API from industrial granulates using NIR, chemometrics and process spectra methodology.