Desenvolupament de mètodes de preconcentració emprant membranes líquides suportades i extracció en fase sòlida per a la determinació de l'herbicida glifosat i el seu metabòlit AMPA en aigües naturals

El glifosat, N-(fosfonometil) glicina, és un dels herbicides més utilitzats arreu del món a causa de la seva baixa toxicitat i al seu ampli espectre d'aplicació. A conseqüència del gran ús que se'n fa, és necessari monitoritzar aquest compost i el seu principal metabòlit, l'àcid aminometilfosfònic (AMPA), en el medi ambient. S'han descrit diversos mètodes instrumentals basats en cromatografia de gasos (GC) i de líquids (HPLC), sent aquesta darrera l'opció més favorable a causa del caràcter polar dels anàlits. Per assolir nivells de concentració baixos cal, però, la preconcentració dels anàlits. En aquest treball s'estudien diferents alternatives amb aquest objectiu. S'ha avaluat la tècnica de membrana líquida suportada (SLM) on la membrana consisteix en una dissolució orgànica, que conté un transportador (en el nostre cas, un bescanviador d'anions comercial, Aliquat 336), que impregna un suport polimèric microporós que se situa entre dues solucions aquoses: la de càrrega, que conté els anàlits inicialment, i la receptora, on es retenen els anàlits després del seu transport a través de la membrana. Les condicions d'extracció més adequades s'obtenen treballant en medi bàsic amb NaOH on els anàlits estan en forma aniònica i les majors recuperacions s'obtenen amb HCl 0,1 M o NaCl 0,5 M, la qual cosa indica que l'ió clorur és la força impulsora del transport. Un cop dissenyat el sistema, es duen a terme experiments de preconcentració amb dues geometries diferents: un sistema de membrana laminar (LSLM) on recircula la fase receptora i un sistema de fibra buida (HFSLM). Els millors resultats s'obtenen amb el mòdul de fibra buida, amb factors de concentració de 25 i 3 per a glifosat i AMPA, respectivament, fent recircular durant 24 hores 100 ml de solució de càrrega i 4 ml de solució receptora. També s'aplica una tècnica més selectiva, la cromatografia d'afinitat amb ió metàl·lic immobilitzat (IMAC), basada en la interacció entre els anàlits i un metall immobilitzat en una resina a través d'un grup funcional d'aquesta. En aquest estudi s'immobilitza pal·ladi al grup funcional 8-hidroxiquinoleïna de la resina amb matriu acrílica Spheron Oxine 1000 i s'avalua per a l'extracció i preconcentració de glifosat i AMPA. Per a ambdós anàlits l'adsorció és del 100 % i les recuperacions són superiors al 80 % i al 60 % per a glifosat i AMPA, respectivament, utilitzant HCl 0,1 M + NaCl 1 M com a eluent. Aquests resultats es comparen amb els obtinguts amb dues resines més, també carregades amb pal·ladi: Iontosorb Oxin 100, que té el mateix grup funcional però matriu de cel·lulosa, i Spheron Thiol 1000, on el grup funcional és un tiol i la matriu també és acrílica. Per al glifosat els resultats són similars amb totes les resines, però per a l'AMPA la resina Spheron Thiol és la única que proporciona recuperacions superiors al 93 %. Finalment, una altra opció estudiada és l'acoblament de dues columnes de cromatografia líquida (LC-LC). En l'estudi l'objectiu és millorar el mètode existent per a glifosat i AMPA en aigües naturals on el LOD era de 0,25 ug/l. El mètode consisteix en la derivatització precolumna amb el reactiu fluorescent FMOC i l'anàlisi amb l'acoblament LC-LC-fluorescència. Variant lleugerament les condicions de derivatització s'aconsegueix quantificar 0,1 ug/l de glifosat i AMPA. Es fortifiquen aigües naturals amb 0,1, 1 i 10 ug/l dels anàlits per validar el mètode. S'obtenen recuperacions d'entre el 85 % i el 100 %, amb desviacions estàndard relatives inferiors al 8 %. Aplicant una tècnica de preconcentració prèvia a la derivatització i anàlisi utilitzant una resina de bescanvi aniònic, Amberlite IRA-900, es millora la sensibilitat del mètode i s'assoleix un LOD per al glifosat de 0,02 ug/l.

Desenvolupament de metodologia analítica per al seguiment d'herbicides fenoxiacètics i cafeïna en el medi ambient

El control d'herbicides i altres anàlits orgànics presents en el medi ambient constitueix una pràctica habitual en els laboratoris des de l'establiment de legislacions que limiten la seva concentració. Per aquesta raó, cal el desenvolupament de noves metodologies analítiques per al seguiment de compostos orgànics en el medi. Molt sovint aquests anàlits es troben a nivells traça en aigües i sòls, conjuntament amb un alt contingut de substàncies húmiques i fúlviques. Així, un dels reptes existents és el tractament de la mostra (extracció, concentració i "clean-up" d'aquests anàlits per a una bona quantificació). Aquests processos han de venir complementats per tècniques cromatogràfiques que permetin la mesura final dels anàlits. La investigació que es presenta en aquesta tesi es centra en el desenvolupament d'un mètode per a la determinació de 2,4-D i MCPA i els seus metabòlits fenòlics i d'un altre per a la determinació de cafeïna. El primer dels procediments desenvolupats s'ha aplicat al seguiment dels herbicides i els metabòlits fenòlics en sòls d'un camp de golf, mentre que el segon s'ha emprat per a la determinació de cafeïna en aigües naturals i, posteriorment, en aigües residuals.

Development of chemical separation processes for the treatment and monitoring of metallic cations and oxoanions in polluted waters

The chemical contamination of natural waters is a global problem with a worldwide impact. Considering the relevance of this problem, this thesis is intended, on one hand, to develop different separation/preconcentration techniques based on membranes ability to permeate anions for the transport of toxic oxyanions of chromium(VI) and arsenic contained in aqueous matrices. In particular, we have investigated supported liquid membranes and polymer inclusion membranes, both of which contain the commercial quaternary ammonium salt Aliquat 336 as a carrier, as well as commercial anion exchange membranes. On the other hand, we have focused on the development of chemical sensors to facilitate the monitoring of several metals from different aqueous matrices. Thus, a selective optical sensor for Cr(VI) based on polymeric membranes containing Aliquat 336 as an ionophore has been designed. Additionally, mercury-based screen-printed electrodes have been evaluated for for cadmium, lead, copper and zinc detection.

High-performance ceramic membranes with a separation layer of metal oxide nanofibers

In conventional fabrication of ceramic separation membranes, the particulate sols are applied onto porous supports. Major structural deficiencies under this approach are pin-holes and cracks, and the dramatic losses of flux when pore sizes are reduced to enhance selectivity. We have overcome these structural deficiencies by constructing hierarchically structured separation layer on a porous substrate using lager titanate nanofibers and smaller boehmite nanofibers. This yields a radical change in membrane texture. The resulting membranes effectively filter out species larger than 60 nm at flow rates orders of magnitude greater than conventional membranes. This reveals a new direction in membrane fabrication.

Ceramic membranes for separation of proteins and DNA by in situ growth of alumina nanofibres with a nanomesh of metal oxide nanofibres

Ceramic membranes were fabricated by in situ synthesis of alumina nanofibres in the pores of an alumina support as a separation layer, and exhibited a high permeation selectivity for bovine serum albumin relative to bovine hemoglobin (over 60 times) and can effectively retain DNA molecules at high fluxes.

High-flux ceramic membranes with a nanomesh of metal oxide nanofibers

Traditional ceramic separation membranes, which are fabricated by applying colloidal suspensions of metal hydroxides to porous supports, tend to suffer from pinholes and cracks that seriously affect their quality. Other intrinsic problems for these membranes include dramatic losses of flux when the pore sizes are reduced to enhance selectivity and dead-end pores that make no contribution to filtration. In this work, we propose a new strategy for addressing these problems by constructing a hierarchically structured separation layer on a porous substrate using large titanate nanofibers and smaller boehmite nanofibers. The nanofibers are able to divide large voids into smaller ones without forming dead-end pores and with the minimum reduction of the total void volume. The separation layer of nanofibers has a porosity of over 70% of its volume, whereas the separation layer in conventional ceramic membranes has a porosity below 36% and inevitably includes dead-end pores that make no contribution to the flux. This radical change in membrane texture greatly enhances membrane performance. The resulting membranes were able to filter out 95.3% of 60-nm particles from a 0.01 wt % latex while maintaining a relatively high flux of between 800 and 1000 L/m2·h, under a low driving pressure (20 kPa). Such flow rates are orders of magnitude greater than those of conventional membranes with equal selectivity. Moreover, the flux was stable at approximately 800 L/m2·h with a selectivity of more than 95%, even after six repeated runs of filtration and calcination. Use of different supports, either porous glass or porous alumina, had no substantial effect on the performance of the membranes; thus, it is possible to construct the membranes from a variety of supports without compromising functionality. The Darcy equation satisfactorily describes the correlation between the filtration flux and the structural parameters of the new membranes. The assembly of nanofiber meshes to combine high flux with excellent selectivity is an exciting new direction in membrane fabrication.

Synthesis and characterization of sodalite–polyimide nanocomposite membranes

Nanocomposite membranes are fabricated from sodalite nanocrystals (Sod-N) dispersed in BTDA-MDA polyimide matrices and then characterized structurally and for gas separation. No voids are found upon investigation of the interfacial contact between the inorganic and organic phases, even at a Sod-N loading of up to 35 wt.%. This is due to the functionalization of the zeolite nanocrystals with amino groups (==Si_(CH3)(CH2)3NH2), which covalently link the particles to the polyimide chains in the matrices. The addition of Sod-N increases the hydrogen-gas permeability of the membranes, while nitrogen permeability decreases. Overall, these nanocomposite membranes display substantial selectivity improvements. The sodalite–polyimide membrane containing 35 wt.% Sod-N has a hydrogen permeability of 8.0 Barrers and a H2/N2 ideal selectivity of 281 at 25 C whereas the plain polyimide membrane exhibits a hydrogen permeability of 7.0 Barrers and a H2/N2 ideal selectivity of 198 at the same testing temperature.

Metal oxide nanofibres membranes assembled by spin-coating method

Ceramic membranes are of particular interest in many industrial processes due to their ability to function under extreme conditions while maintaining their chemical and thermal stability. Major structural deficiencies under conventional fabrication approach are pin-holes and cracks, and the dramatic losses of flux when pore sizes are reduced to enhance selectivity. We overcome these structural deficiencies by constructing hierarchically structured separation layer on a porous substrate using larger titanate nanofibres and smaller boehmite nanofibres. This yields a radical change in membrane texture. The differences in the porous supports have no substantial influences on the texture of resulting membranes. The membranes with top layer of nanofibres coated on different porous supports by spin-coating method have similar size of the filtration pores, which is in a range of 10–100 nm. These membranes are able to effectively filter out species larger than 60 nm at flow rates orders of magnitude greater than conventional membranes. The retention can attain more than 95%, while maintaining a high flux rate about 900 L m-2 h. The calcination after spin-coating creates solid linkages between the fibres and between fibres and substrate, in addition to convert boehmite into -alumina nanofibres. This reveals a new direction in membrane fabrication.

Fouling of tubular ceramic membranes during processing of cane sugar juice

This paper examines the fouling characteristics of four tubular ceramic membranes with pore sizes 300 kDa, 0.1 μm and 0.45 μm installed in a pilot plant at a sugar factory for processing clarified cane sugar juices. All the membranes, except the one with a pore size of 0.45 μm, generally gave reproducible results through the trials, were easy to clean and could handle operation at high volumetric concentration factors. Analysis of fouled and cleaned ceramic membranes revealed that polysaccharides, lipids and to a lesser extent, polyphenols, as well as other colloidal particles cause fouling of the membranes. Electrostatic and hydrophobic forces cause strong aggregation of the polymeric components with one another and with colloidal particles. To combat irreversible fouling of the membranes, treatment options that result in the removal of particles having a size range of 0.2–0.5 μm and in addition remove polymeric impurities, need to be identified. Chemical and microscopic evaluations of the juices and the structural characterisation of individual particles and aggregates identified options to mitigate the fouling of membranes. These include conditioning the feed prior to membrane filtration to break up the network structure formed between the polymers and particles in the feed and the use of surfactants to prevent the aggregation of polymers and particles.

Sensitivity of Dot-ELISA on Nitrocellulose Membranes in Comparison with ELISA on Polystyrene Plates for the Detection of Four Plant Viruses

ABSTR.4CT Senitivity of dot-immunobindinding ELf SA on nitrocellulose membrane (DotELISA)was compared with double-antibody sandwich ELISA (DAS-ELlSA) on polystyrene plates for the detection of bean yellow mosaic virus (BYMV), broad bean stain virus (WMV-2). Dot-ELISA was 2 and 1O times more sensitive than DAS-ELISA for the detection of BBSV and WMV-2, respectively, whereas DAS-ELISA was more sensitive than Dot-ELiSA for {he detection of BYMV. Both techniques were equally sensitive for the detection of BYDV. Using one day instead uf the two-day procedure, the four viruses were still detectable and the ralative sensitivity of both techniques remained the same.