Anàlisi de la composició en metalls pesants de sòls adjacents a carreteres per fluorescència de raigs X portàtil

L’objectiu del present estudi és la caracterització i avaluació del grau de contaminació per metalls pesants dels sòls adjacents a una carretera de l’àrea metropolitana de Barcelona. Aquesta caracterització inclou la comparació dels valors mesurats amb els nivells màxims legals i la determinació de l’origen antropogènic o litogènic dels metalls mitjançant mètodes estadístics. Per a assolir aquest objectiu, s’emprarà la tècnica de la fluorescència de raigs X portàtil (FPXRF), de manera que l’estudi també inclourà la validació dels resultats obtinguts mitjançant aquesta tècnica per comparació amb un mètode de referència, així com l’estudi de la principal limitació que presenta la tècnica, que és la presència d’humitat a les mostres.

Variacion del modulo de 'Young' con el tratamiento termico en aceros al carbono hipoeutectoides

En trabajos anteriores se ha constatado que varios aceros al carbono hipoeutectoides, en estado de temple, presentan valores del módulo de Young inferiores a los correspondientes en estado de revenido. En todos los casos la determinación se ha realizado mediante ultrasonidos. En concreto, para el acero C22E (EN 10083), el módulo se incrementa ligeramente desde 209 GPa (material templado) hasta 211 GPa (revenido a 650 °C), para el acero C45E el módulo aumenta desde 199 GPa hasta 211 GPa (revenido a 500 °C) y para el acero C55E el módulo varía desde 202 GPa hasta 209 GPa para el acero revenido a 650 °C. El presente trabajo se centra en la caracterización estructural de los tres aceros mencionados a los distintos estados de tratamiento térmico, utilizando las técnicas de microscopía óptica de reflexión y microscopía electrónica de barrido, y se propone una explicación de la variación del módulo a partir del comportamiento de las dislocaciones y su interacción con átomos de soluto y con otras dislocaciones.

Estudi de les addicions de Michael i aza-Michael. I, Catalitzades per lantànids. II, Catalitzades per un nou organocatalitzador suportat en nanopartícules d'or

Aquesta memòria es centra en un gran tema de la química orgànica que és la catàlisi asimètrica de les addicions de Michael. Més concretament, en aquest treball s’estudia la enantioselectivitat que proporcionen dos lligand en qüestió, un d’ells basat en metalls i l’altre organocatalític, en unes reaccions de Michael. Així doncs, s’estudiaren dos tipus de sistemes. El primer cas és l’addició de Michael entre 2-tert-butoxicarbonil-1-indanona i tres acceptors de Michael diferents com són la metilvinilcetona, el Nacriloïloxazolidinona i l’azodicarboxilat de di-tert-butil, catalitzat per combinacions de metalls lantànids (majoritariament Yb) amb lligands quirals de tipus pybox. La segona part de la memòria es centra en l’estudi d’enantioinducció que proporciona un nou organocatalitzador en les addicions de Michael esmentades en l’apartat anterior. Aquest catalitzador està format pel derivat de la cincona 11-(9-mercaptononiltio)-10,11-dihidrocinconina suportat en nanopartícules d’or.

Statistical dynamics of dislocation systems: The influence of dislocation-dislocation correlations.

During plastic deformation of crystalline materials, the collective dynamics of interacting dislocations gives rise to various patterning phenomena. A crucial and still open question is whether the long range dislocation-dislocation interactions which do not have an intrinsic range can lead to spatial patterns which may exhibit well-defined characteristic scales. It is demonstrated for a general model of two-dimensional dislocation systems that spontaneously emerging dislocation pair correlations introduce a length scale which is proportional to the mean dislocation spacing. General properties of the pair correlation functions are derived, and explicit calculations are performed for a simple special case, viz pair correlations in single-glide dislocation dynamics. It is shown that in this case the dislocation system exhibits a patterning instability leading to the formation of walls normal to the glide plane. The results are discussed in terms of their general implications for dislocation patterning.

Quadratic tranverse anisotropy term due to dislocations in Mn12 acetate crystals directly observed by EPR spectroscopy

High-sensitivity electron paramagnetic resonance experiments have been carried out in fresh and stressed Mn12 acetate single crystals for frequencies ranging from 40 GHz up to 110 GHz. The high number of crystal dislocations formed in the stressing process introduces a E(Sx2-Sy2) transverse anisotropy term in the spin Hamiltonian. From the behavior of the resonant absorptions on the applied transverse magnetic field we have obtained an average value for E=22 mK, corresponding to a concentration of dislocations per unit cell of c=10-3.

Dislocation jamming and Andrade creep

We simulate the glide motion of an assembly of interacting dislocations under the action of an external shear stress and show that the associated plastic creep relaxation follows Andrades law. Our results indicate that Andrade creep in plastically deforming crystals involves the correlated motion of dislocation structures near a dynamic transition separating a flowing from a jammed phase. Simulations in the presence of dislocation multiplication and noise confirm the robustness of this finding and highlight the importance of metastable structure formation for the relaxation process.

Statistical dynamics of dislocation systems: The influence of dislocation-dislocation correlations.

During plastic deformation of crystalline materials, the collective dynamics of interacting dislocations gives rise to various patterning phenomena. A crucial and still open question is whether the long range dislocation-dislocation interactions which do not have an intrinsic range can lead to spatial patterns which may exhibit well-defined characteristic scales. It is demonstrated for a general model of two-dimensional dislocation systems that spontaneously emerging dislocation pair correlations introduce a length scale which is proportional to the mean dislocation spacing. General properties of the pair correlation functions are derived, and explicit calculations are performed for a simple special case, viz pair correlations in single-glide dislocation dynamics. It is shown that in this case the dislocation system exhibits a patterning instability leading to the formation of walls normal to the glide plane. The results are discussed in terms of their general implications for dislocation patterning.

Quadratic tranverse anisotropy term due to dislocations in Mn12 acetate crystals directly observed by EPR spectroscopy

High-sensitivity electron paramagnetic resonance experiments have been carried out in fresh and stressed Mn12 acetate single crystals for frequencies ranging from 40 GHz up to 110 GHz. The high number of crystal dislocations formed in the stressing process introduces a E(Sx2-Sy2) transverse anisotropy term in the spin Hamiltonian. From the behavior of the resonant absorptions on the applied transverse magnetic field we have obtained an average value for E=22 mK, corresponding to a concentration of dislocations per unit cell of c=10-3.

Síntesi de nous macrocicles nitrogenats poliinsaturats. Estudis de coordinació i reactivitat

La síntesi i caracterització estructural d'un nou tipus de macrocicles nitrogenats de 15, 20 i 25 membres, els quals contenen triples i dobles enllaços i diferents unitats aríliques a la seva estructura, ha estat estudiada. S'han preparat els complexos de pal·ladi(0) dels corresponents macrocicles poliinsaturats de 15 membres, els quals són estables a l'aire i a la humitat i en alguns casos presenten quiralitat. La seva caracterització completa s'ha portat a terme mitjançant RMN i difracció de raigs-X. S'ha estudiat també la reacció de cicloisomerització d'aquests macrocicles emprant diferents catalitzadors basats en metalls de transició, observant-se que el catalitzador de Wilkinson, de rodi(I), és el que ha donat més bons resultats. Finalment, s'ha realitzat una introducció a l'estudi del mecanisme d'aquest tipus de reaccions mitjançant ESI-MS, així com també un estudi inicial de la reacció de cicloisomerització enantioselectiva.

Avaluació de la tècnica de fitoextracció per a la reducció de concentracions de metalls pesants en sòls contaminats per la indústria minera

L’explotació minera, especialment la mineria metàl•lica, ha estat sempre associada ariscos de contaminació ambiental de sòls, aigües i vegetació, originats per l’activitatextractiva, les operacions de concentració dels minerals i pels emplaçaments de residusminers sense una gestió adequada. En molts casos els residus miners s’abocavendirectament a rius i rierols o s’acumulaven en piles pròximes a centres habitats iactivitats agrícoles. Concretament s’estudia els cas de les mines d’Osor. Donada la possible presència de quantitats elevades de metalls pesants en aquests sòlses decideix avaluar una tècnica de remediació de sòls lleugera com la fitoextracció. Lafitoextracció es basa en l’ús de plantes bioacumuladores que absorbeixen metalls delsòl. Aquesta tècnica permet una descontaminació del sòl no agressiva i de baix cost peròrequereix un tractament de llarga durada

Recuperació de metalls en l’aigua residual de la indústria galvànica mitjançant l’electròlisi i l’energia solar

Proposta del procés d’electròlisi com a mètode de recuperació de metalls pesants presents en les aigües de rentat de la indústria galvànica i l’obtenció de l’energia necessària a través de l’energia solar fotovoltaica

Recuperació de metalls en l’aigua residual de la indústria galvànica mitjançant l’electròlisi i l’energia solar

Proposta del procés d’electròlisi com a mètode de recuperació de metalls pesants presents en les aigües de rentat de la indústria galvànica i l’obtenció de l’energia necessària a través de l’energia solar fotovoltaica

Avaluació de la tècnica de fitoextracció per a la reducció de concentracions de metalls pesants en sòls contaminats per la indústria minera

L’explotació minera, especialment la mineria metàl•lica, ha estat sempre associada a riscos de contaminació ambiental de sòls, aigües i vegetació, originats per l’activitat extractiva, les operacions de concentració dels minerals i pels emplaçaments de residus miners sense una gestió adequada. En molts casos els residus miners s’abocaven directament a rius i rierols o s’acumulaven en piles pròximes a centres habitats i activitats agrícoles. Concretament s’estudia els cas de les mines d’Osor. Donada la possible presència de quantitats elevades de metalls pesants en aquests sòls es decideix avaluar una tècnica de remediació de sòls lleugera com la fitoextracció. La fitoextracció es basa en l’ús de plantes bioacumuladores que absorbeixen metalls del sòl. Aquesta tècnica permet una descontaminació del sòl no agressiva i de baix cost però requereix un tractament de llarga durada

Avaluació de la toxicitat de metalls pesants i arsènic en diferents models biològics

En aquest estudi, la toxicitat de diversos metalls pesants i l'arsènic va ser analitzada utilitzant diferents models biològics. En la primera part d'aquest treball, el bioassaig de toxicitat Microtox, el qual està basat en la variació de l'emissió lumínica del bacteri luminiscent Vibrio fischeri, va ser utilitzat per establir les corbes dosi-resposta de diferents elements tòxics com el Zn(II), Pb(II), Cu(II), Hg(II), Ag(I), Co(II), Cd(II), Cr(VI), As(V) i As(III) en solucions aquoses. Els experiments es varen portar a terme a pH 6.0 i 7.0 per tal de mostrar que el pH pot influir en la toxicitat final mesurada d'alguns metalls degut als canvis relacionats amb la seva especiació química. Es varen trobar diferents tipus de corbes dosi-resposta depenent del metall analitzat i el pH del medi. En el cas de l'arsènic, l'efecte del pH en la toxicitat de l'arsenat i l'arsenit es va investigar utilitzant l'assaig Microtox en un rang de pHs comprès entre pH 5.0 i 9.0. Els valors d'EC50 determinats per l'As(V) disminueixen, reflectint un augment de la toxicitat, a mesura que el pH de la solució augmenta mentre que, en el cas de l'As(III), els valors d'EC50 quasi bé no varien entre pH 6.0 i 8.0 i només disminueixen a pH 9.0. HAsO42- i H2AsO3- es varen definir com les espècies més tòxiques. Així mateix, una anàlisi estadística va revelar un efecte antagònic entre les espècies químiques d'arsenat que es troben conjuntament a pH 6.0 i 7.0. D'altra banda, els resultats de dos mètodes estadístics per predir la toxicitat i les possibles interaccions entre el Co(II), Cd(II), Cu(II), Zn(II) i Pb(II) en mescles binàries equitòxiques es varen comparar amb la toxicitat observada sobre el bacteri Vibrio fischeri. L'efecte combinat d'aquests metalls va resultar ser antagònic per les mescles de Co(II)-Cd(II), Cd(II)-Zn(II), Cd(II)-Pb(II) i Cu(II)-Pb(II), sinèrgic per Co(II)-Cu(II) i Zn(II)-Pb(II) i additiu en els altres casos, revelant un patró complex de possibles interaccions. L'efecte sinèrgic de la combinació Co(II)-Cu(II) i la forta disminució de la toxicitat del Pb(II) quan es troba en presència de Cd(II) hauria de merèixer més atenció quan s'estableixen les normatives de seguretat ambiental. La sensibilitat de l'assaig Microtox també va ser determinada. Els valors d'EC20, els quals representen la toxicitat llindar mesurable, varen ser determinats per cada element individualment i es va veure que augmenten de la següent manera: Pb(II) < Ag(I) < Hg(II)  Cu(II) < Zn(II) < As(V) < Cd(II)  Co(II) < As(III) < Cr(VI). Aquests valors es varen comparar amb les concentracions permeses en aigues residuals industrials establertes per la normativa oficial de Catalunya (Espanya). L'assaig Microtox va resultar ser suficientment sensible per detectar els elements assajats respecte a les normes oficials referents al control de la contaminació, excepte en el cas del cadmi, mercuri, arsenat, arsenit i cromat. En la segona part d'aquest treball, com a resultats complementaris dels resultats previs obtinguts utilitzant l'assaig de toxicitat aguda Microtox, els efectes crònics del Cd(II), Cr(VI) i As(V) es varen analitzar sobre la taxa de creixement i la viabilitat en el mateix model biològic. Sorprenentment, aquests productes químics nocius varen resultar ser poc tòxics per aquest bacteri quan es mesura el seu efecte després de temps d'exposició llargs. Tot i això, en el cas del Cr(VI), l'assaig d'inhibició de la viabilitat va resultar ser més sensible que l'assaig de toxicitat aguda Microtox. Així mateix, també va ser possible observar un clar fenomen d'hormesis, especialment en el cas del Cd(II), quan s'utilitza l'assaig d'inhibició de la viabilitat. A més a més, diversos experiments es varen portar a terme per intentar explicar la manca de toxicitat de Cr(VI) mostrada pel bacteri Vibrio fischeri. La resistència mostrada per aquest bacteri podria ser atribuïda a la capacitat d'aquest bacteri de convertir el Cr(VI) a la forma menys tòxica de Cr(III). Es va trobar que aquesta capacitat de reducció depèn de la composició del medi de cultiu, de la concentració inicial de Cr(VI), del temps d'incubació i de la presència d'una font de carboni. En la tercera part d'aquest treball, la línia cel·lular humana HT29 i cultius primaris de cèl·lules sanguínies de Sparus sarba es varen utilitzar in vitro per detectar la toxicitat llindar de metalls mesurant la sobreexpressió de proteines d'estrès. Extractes de fangs precedents de diverses plantes de tractament d'aigues residuals i diferents metalls, individualment o en combinació, es varen analitzar sobre cultius cel·lulars humans per avaluar el seu efecte sobre la taxa de creixement i la capacitat d'induir la síntesi de les proteïnes Hsp72 relacionades amb l'estrès cel·lular. No es varen trobar efectes adversos significatius quan els components s'analitzen individualment. Nogensmenys, quan es troben conjuntament, es produeix un afecte advers sobre tan la taxa de creixement com en l'expressió de proteins d'estrès. D'altra banda, cèl·lules sanguínies procedents de Sparus sarba es varen exposar in vitro a diferents concentracions de cadmi, plom i crom. La proteïna d'estrès HSP70 es va sobreexpressar significativament després de l'exposició a concentracions tan febles com 0.1 M. Sota les nostres condicions de treball, no es va evidenciar una sobreexpressió de metal·lotioneïnes. Nogensmenys, les cèl·lules sanguínies de peix varen resultar ser un model biològic interessant per a ser utilitzat en anàlisis de toxicitat. Ambdós models biològics varen resultar ser molt adequats per a detectar acuradament la toxicitat produïda per metalls. En general, l'avaluació de la toxicitat basada en l'anàlisi de la sobreexpressió de proteïnes d'estrès és més sensible que l'avaluació de la toxicitat realitzada a nivell d'organisme. A partir dels resultats obtinguts, podem concloure que una bateria de bioassaigs és realment necessària per avaluar acuradament la toxicitat de metalls ja que existeixen grans variacions entre els valors de toxicitat obtinguts emprant diferents organismes i molts factors ambientals poden influir i modificar els resultats obtinguts.