1608
2012
“Unidad de Ensayos Medioambientales”
UNIVERSIDAD DE OVIEDO
Servicios Científico‐Técnicos
Ubicación de la Unidad
Campus de Mieres. C/ Gonzalo Gutiérrez Quirós S/N, 3ª planta. 33600 ‐Mieres (Asturias)
Tlf: 985 45 80 59
Responsable de la UnidadJorge Pisonero Castro
985 45 80 00 (ext. 5851) [email protected]
Técnicos de la UnidadAzucena Lara Gonzalo
985 45 82 16 [email protected]
Beatriz Gutiérrez Iglesias985 45 80 [email protected]
Asesor CientíficoEsteban Abad HolgadoLaboratorio de Dioxinas, Dpto. Química Ambiental, IDAEA‐CSIC, Barcelona
Unidad de Ensayos Medioambientales
Ensayos Medioambientales (SCTs)
Objetivo:
Aplicar y desarrollar métodos analíticos para muestras de origen ambiental (suelos, aguas, …)
Equipamiento de la Unidad (2009‐2011)
Equipos en general:
Equipos con detección Espectrometría de Masas:
Equipación complementaria: MAE, Soxtherm, centrífuga, rotavapor, baños US, balanza analítica
de precisión,…
Unidad de Ensayos Medioambientales
Ensayos Medioambientales (SCTs)
Sensores de pH y conductividad, valorador potenciométrico
Cromatografía Iónica
Analizador TOC
Analizador elemental CNHS
Fluorímetro y pistola XRF
Cromatografía de Gases: GCMS, HS, GCxGC, MDGC, Py
Plasma de acoplamiento inductivo‐Espectrómetro de Masas ICP‐MS: HPLC y LA
Dioxinas: Alta resolución en MS (HRMS)
• Analizador XRF portátil
• Aplicación principal: elementos presentes
en muestras de suelo (semicuantitativo)
Ensayos Medioambientales (SCTs)
Fluorescencia
Fluorímetro
•Medida de fluorescencia, fosforescencia,
quimioluminiscencia y bioluminiscencia en disolución
• Aplicación principal: aguas (ej: trazadores en
Hidrogeología)
• Equipo reservable
Pistola rayos X
Cary Eclipse VARIAN
X‐MET5100 OXFORD INSTRUMENTS
Sensor de conductividadSensor de pH
Valorador potenciométrico: Alcalinidad total
Ensayos Medioambientales (SCTs)
Sensores y Valorador
Determinación
CO32‐ y HCO3
‐
Crison BASIC 20 Crison BASIC 30+
Metrohm 848 TRITINO PLUS
Determinación
pH
Determinación
(µ,m) S/cm
mL HCl
pH
CO32‐
HCO3‐
AGUAS
Ensayos Medioambientales (SCTs)
Cromatografía Iónica (IC)
Aniones en aguas
Cationes en aguas
Fase movil:
1.7mM HNO3
0.75mM ac. dipicolínico
Columna: METROSEP C4‐100Metrohm883 BASIC IC PLUS
Fase movil:
1.8mM Na2CO3
1.7mM NaHCO3
Supresión Química:
100mM H2SO4 y H2O
Columna:METROSEP A Supp 4
PO43‐
SO42‐
Cl‐F‐ Br‐
NO2‐
NO3‐
CO32‐
HCO3‐
Mg2+K+Li+
Na+
NH4+
Ca2+
Ensayos Medioambientales (SCTs)
Analizador de Carbono Orgánico Total (TOC)
Shimadzu TOC‐VCSH(ASI‐V, TNM‐1)
Shimadzu SSM‐5000A
TOC: Carbono Orgánico Total
TC: Carbono Total
IC: Carbono Inorgánico Total
Combustión a alta temperatura (690 ‐ 900ºC)
Adición de ácido (HCl ‐ H3PO4, pH<3)
Medida Indirecta
TOC = TC – IC
Combustión a 720ºC, detección simultánea de TC y TN
Accesorio para muestras de agua: TN (nitrógeno total)
Ensayos Medioambientales (SCTs)
Analizador elemental CHNS
CC HH
NN SS
Petróleo
Derivados
Suelos
TruSpec CHNLECO Instrumentos
TruSpec SLECO Instrumentos
Combustión 950 ºCCHN Combustión 1350 ºCS
Ensayos Medioambientales (SCTs)
Fraccionamiento de Petróleos (SARA)
Saturados
Aromáticos
Resinas
Maltenos
Asfaltenos
Detección:
Gravimetría
PetróleoDerivados
Extracto suelo contaminado
Hex
DCM
Hex
DCM:Hex (4:1)
MeOH
% Saturados% Aromáticos% Resinas% Asfaltenos
A
A
S
R
S A R A
Objetivo:
Aplicar y desarrollar métodos analíticos para muestras de origen ambiental (suelos, aguas, …)
Equipamiento de la Unidad (2009‐2011)
Equipos en general:
Equipos con detección Espectrometría de Masas:
Equipación complementaria: MAE, Soxtherm, centrífuga, rotavapor, baños US, balanza analítica de
precisión,…
Unidad de Ensayos Medioambientales
Ensayos Medioambientales (SCTs)
Sensores de pH y conductividad, valorador potenciométrico
Cromatografía Iónica
Analizador TOC
Analizador elemental CNHS
Fluorímetro y pistola XRF
Cromatografía de Gases: GCMS, HS, GCxGC, MDGC, Py
Plasma de acoplamiento inductivo‐Espectrómetro de Masas ICP‐MS: HPLC y LA
Dioxinas: Alta resolución en MS (HRMS)
Ensayos Medioambientales (SCTs)
GCMS
Cromatografía de Gases – Espectrometría de Masas (GC‐MS)
Shimadzu QP‐2010 Plus Agilent 7890A GC System + 5975C inert XL MSD
Gran número de aplicaciones!!!
Ensayos Medioambientales (SCTs)
GCMS
Cromatografía de Gases – Espectrometría de Masas (GC‐MS)
Software: librería MS
DI‐GCMS (SCAN)
Shimadzu QP‐2010 Plus Agilent 7890A GC System + 5975C inert XL MSD
16 EPA‐PAHs (SIM)
Ensayos Medioambientales (SCTs)
GCMS
Cromatografía de Gases – Espectrometría de Masas (GC‐MS)
SATURADA
AROMÁTICA
PetróleoDerivados
Extracto suelo contaminadoTOTAL
% TPHTotal Petroleum Hydrocarbons
m/z 191 m/z 217
Biomarcadores
m/z 184
m/z 198
m/z 178
m/z 192
Correlación con roca madre
SCAN
Ensayos Medioambientales (SCTs)
GCMS
Head Space (HS‐GCMS)
HS‐GCMS
HSAOC‐5000 (CombiPal)
Cuantificación BTEX (SIM)
¿FUTURO?
B
T Eo‐X
m,p‐X
modo SCAN: librería MS
Ensayos Medioambientales (SCTs)
GCMS
Cromatografía de Gases Multidimensional (MDGC‐MS)
FUTURO
Shimadzu GCMS‐QP2010 Plus + GC2010 Plus
MS GC 2 GC 1
InyFID
Válvula
GC conv.
+GC 1 (FID)
GC 2 (MS)
MDGC
MS
GC 1(FID)
2GC
Ensayos Medioambientales (SCTs)
GCMS
Pirolizador (Py‐GCMS)
FUTURO
Frontier LAB PY‐2020iD
Descomposición de la muestra a T muy elevada
Formación fragmentos volátiles ─ GCMS
Ej. aplicación: fracción asfalténica de petróleos
PyPy
Ensayos Medioambientales (SCTs)
GCMS
Comprehensive two‐dimensional gas chromatography (GCxGC‐MS) FUTURO
GC conv.
GCxGC‐FID
GCxGC‐MS
FIDIny
Modulador
Splitter
MS
GC
col. 1
col. 2
Ensayos Medioambientales (SCTs)
ICPMS
Plasma de Acoplamiento Inductivo – Espectrometría de Masas (ICP‐MS) FUTURO
Accesorios:
ISIS (Integrated Sample Introduction System with Discrete Sampling)
HMI (High Matrix Introduction)
Flow Controler
Muestras matriz compleja (ej. agua mar)
Necesario introducción orgánicos en el plasma
Nebulización a flujo constante, dilución automática, muestreo discreto y eliminación de la matriz
Agilent ICPMS 7700x
Aplicaciones ICPMS: determinación elemental en gran variedad de tipos de muestra
Ensayos Medioambientales (SCTs)
ICPMS
Plasma de Acoplamiento Inductivo – Espectrometría de Masas (ICP‐MS) FUTURO
Metales en petróleo o derivados
VNi
Elementos por Dilución Isotópica (IDA):
As, Cd, Cr, Cu, Hg, Ni, Pb, Zn
Al, Sb, As, Ba, B, Cd, Ca, Co, Cu, Cr, Sn, Sr, Fe, Mg, Mn, Hg, Mo, Ni, Ag, Pb, K, Se, Na, Tl, Ti, U, V, Zn
Accesorios:
ISIS (Integrated Sample Introduction System with Discrete Sampling)
HMI (High Matrix Introduction)
Flow Controler
Muestras matriz compleja (ej. agua mar)
Necesario introducción orgánicos en el plasma
Nebulización a flujo constante, dilución automática, muestreo discreto y eliminación de la matriz
Agilent ICPMS 7700x
Ensayos Medioambientales (SCTs)
ICPMS
Cromatografía de Líquidos (HPLC‐ICPMS): ESPECIACIÓN
Agilent HPLC 1260 Infinity
FUTURO
As (AsIII, AsV, especies orgánicas)
Hg (Hginorg, MeHg)
Especiación de:
Ensayos Medioambientales (SCTs)
ICPMS
Ablación Láser (LA‐ICPMS)
Photon Machines
Ar‐F Excimer
Laser Ablation System Estalagmita
Medida directa de sólidos con alta resolución espacial
Análisis (mapeo) de superficies
Cuantificación: con materiales de referencia
Aplicaciones en muestras:
• geológicas → ej. estalagmitas
• bioquímicas → ej. tejidos
• industriales → ej. vidrios y metales
• etc.
Trabajos realizados y colaboraciones
Ensayos Medioambientales (SCTs)
UNIVERSIDAD DE OVIEDO
‐ Química, Minas, Geología, INDUROT
‐ Grupo de Biotecnología y Geoquímica Ambiental
Proyecto en Colaboración con Repsol
‐ Grupo de Espectrometría de Láseres y Plasmas
Desarrollo de métodos para Ablación Láser (LA‐ICPMS)
Otros ORGANISMOS PÚBLICOS
‐ Fundación CIUDEN (Ciudad de la Energía)
‐ Facultad de Geología, Universidad de Barcelona
EMPRESAS
‐ ISC–ScienceDesarrollo de metodologías basadas en Análisis por Dilución Isotópica (IDA) y Espectrometría de Masas (MS)
‐ Consultorias e Ingenierias
Objetivo:
Aplicar y desarrollar métodos analíticos para muestras de origen ambiental (suelos, aguas, …)
Equipamiento de la Unidad (2009‐2011)
Equipos en general:
Equipos con detección Espectrometría de Masas:
Equipación complementaria: MAE, Soxtherm, centrífuga, rotavapor, baños US, balanza analítica de
precisión,…
Unidad de Ensayos Medioambientales
Ensayos Medioambientales (SCTs)
Sensores de pH y conductividad, valorador potenciométrico
Cromatografía Iónica
Analizador TOC
Analizador elemental CNHS
Fluorímetro y pistola XRF
Cromatografía de Gases: GCMS, HS, GCxGC, MDGC, Py
Plasma de acoplamiento inductivo‐Espectrómetro de Masas ICP‐MS: HPLC y LA
Dioxinas: Alta resolución en MS (HRMS)
DIOXINAS/FURANOS
Cromatografía de Gases –Espectrometría de Masas de
Alta Resolución (GC‐HRMS)
O
OClCl
ClCl
Ensayos Medioambientales (SCTs)
DIOXINAS/FURANOS
Ensayos Medioambientales (SCTs)
¿Qué son?
Son compuestos cíclicos, aromáticos y clorados constituidos por tres anillos y que pueden contener en su molécula entre 1 y 8 átomos de cloro y uno o dos átomos de oxígeno.
Se caracterizan por ser altamente persistentes, estables y bioacumulables.
Su estructura general es:
Policlorodibenzo-furanos
(PCDFs)OCl Cl
x y
Policlorodibenzo-p-dioxinas
(PCDDs)OCl
O
Clx y
DIOXINAS/FURANOS
Ensayos Medioambientales (SCTs)
¿Cómo se generan?
- Muchos de los procesos térmicos cotidianos: chimeneas caseras, barbacoas, humos de cigarrillos, humo de los coches, quema incontrolada de residuos
Este tipo de contaminantes se generan como subproductos no deseados en procesos que impliquen combustiones incompletas y/o reacciones químicascomplejas, debido a la presencia en el medio de materia orgánica y sustanciascloradas en las condiciones adecuadas para que se produzca su síntesis.
Los procesos que pueden implicar dicha formación son:
- Incendios agrícolas y forestales
- Producción de plaguicidas
- Procesos de blanqueo de pasta de papel, si se utiliza cloro elemental o sus derivados
- Producción de sustancias cloradas mediante reacciones de síntesis
DIOXINAS/FURANOS
Ensayos Medioambientales (SCTs)
¿Dónde podemos encontrarlos?
Se ha detectado la presencia de este tipo de contaminantes tóxicos a niveles de traza en la mayoría de las muestras abióticas (suelo, aire y agua) así como en alimentos, animales y personas debido a su capacidad de bioacumulación en la materia grasa.
El Comité de Alimentación Humana (CCAH) y la Organización Mundial de la Salud(OMS) han establecido que el efecto cancerígeno de las dioxinas y derivados no se produce para ingestas inferiores a 14 pg EQT-OMS por Kg de masa corporal(Reglamento (CE) nº 2375/2011).
DIOXINAS/FURANOS
Ensayos Medioambientales (SCTs)
¿Son todos igual de tóxicos/nocivos?
FET*concentración en muestra= EQT
De los 210 compuestos conocidos de dioxinas/furanos (75 dioxinas y 135 furanos), únicamente 17 de ellos (7 dioxinas y 10 furanos) contribuyen de manera significativa a la toxicidad de las mezclas.
Para establecer la mayor o menor toxicidad de cada compuesto, o de una mezcla de varios congéneres se han establecido unos Factores de Equivalencia de Toxicidad (FET) los cuales, teniendo en cuenta la concentración de cada compuesto nos proporciona la Toxicidad Equivalente (EQT).
Los FET han sido adoptados por convenios internacionales y son estimativos. Toman como congénere más tóxico la 2,3,7,8-tetraclorodioxina, cuyo FET=1, mientras que para el resto de los 16 toman valores entre 0,5-0,00001.
2,3,7,8-tetraclorodioxina (TCDD)
FET= 17
O
OClCl
ClCl
2 83
DIOXINAS/FURANOS
Ensayos Medioambientales (SCTs)
DETERMINACIÓN DE PCDDs Y PCDFs EN MUESTRAS AMBIENTALES
El objetivo inicial es la determinación de PCDDs y PCDFs, concretamente los tetra, penta, hexa, hepta y octa sustituidos, en muestras ambientales: suelos, aire, aguas, sedimentos, fangos…, siguiendo el método EPA1613.(EN-1948)Las etapas fundamentales que caracterizan la metodología a seguir son:
1.- Extracción adecuada a las características particulares de cada tipo de muestra con adición de los 17 isómeros marcados con 13C para realizar la cuantificación final por dilución isotópica.
Se puede realizar manualmente mediante el clásico soxhlet o automáticamente, empleando el Power-Prep/PLE de una o varias bombas.
Power-Prep/PLE TM
Pressurized LiquidExtraction System
(FMS Inc.)
DIOXINAS/FURANOS
Ensayos Medioambientales (SCTs)
DETERMINACIÓN DE PCDDs Y PCDFs EN MUESTRAS AMBIENTALES
2.- Purificación del extracto mediante cromatografía de adsorción sólido-líquido.
Al igual que en la extracción, se puede llevar a cabo mediante el empleo de columnas de vidriopreviamente preparadas y de forma manual, o de manera automática con el Power-Prep Clean Up.
En ambos casos se emplean columnas de sílice (neutra, ácida y básica), alúmina y C activo.
Power-Prep/Clean Up TM
Clean Up System(FMS Inc.)
PasvialSample Vial concentration
(Hitc S.A.)
3.- Tras la limpieza se realiza una preconcentración en corriente de N2 y se lleva a sequedad.
DIOXINAS/FURANOS
Ensayos Medioambientales (SCTs)
DETERMINACIÓN DE PCDDs Y PCDFs EN MUESTRAS AMBIENTALES
- Análisis del extracto purificado por cromatografía de gases (GC) acoplado a espectrometría de masas de alta resolución (HRMS)Cuantificación mediante dilución isotópica.
Muestreador automático modelo “Triplus”
(Thermo)
Cromatógrafo de gases, modelo “Trace GC Ultra”
(Thermo)
Espectrómetro de masas de alta resolución modelo “DFS”
(Thermo)
DIOXINAS/FURANOS
Ensayos Medioambientales (SCTs)
ESPECTROMETRO DE MASAS (DFS)
Sector Magnético
Sector Eléctrico
Fuente de
iones
Método: MID (Multiple Ion Detection) Técnica: Lock-Cali
Lock mass Cali mass
Target masses
12 3
4 5 6 7
Time window for one GC peak
DIOXINAS/FURANOS
Ensayos Medioambientales (SCTs)
ESPECTROMETRO DE MASAS (DFS)
Sector Magnético
Sector Eléctrico
Fuente de
iones
Beneficios-La metodología MID permite alcanzar mayores sensibilidades, en el análisis de PCDDs y PCDFs se necesita trabajar en niveles de picogramos.
-La alta resolución (según norma EPA1613 no se ha de bajar de R=10000) permite una elevada selectividad (aunque se pierde algo de intensidad en la señal).
-Una relación S/N elevada
DIOXINAS/FURANOS
Ensayos Medioambientales (SCTs)
EJEMPLOS DE CROMATOGRAMAS
m/z nativasmás abundantes
m/z marcadasmás abundantes
m/z referencia (PFTBA,FC43)
Según normativa EPA
(método EPA1613)
DIOXINAS/FURANOS
Ensayos Medioambientales (SCTs)
EJEMPLOS DE CROMATOGRAMAS
DIOXINAS/FURANOS
Ensayos Medioambientales (SCTs)
EJEMPLOS DE CROMATOGRAMAS
DIOXINAS/FURANOS
Ensayos Medioambientales (SCTs)
EJEMPLOS DE CROMATOGRAMAS
1608
2012
“Unidad de Ensayos Medioambientales”
UNIVERSIDAD DE OVIEDO
Servicios Científico‐Técnicos