Desarrollo de métodos de electroforesis capilar en fase micelar. Aplicación al análisis de herbicidas y de sus productos de degradación

Abstract

La Electroforesis Capilar en Fase Micelar (MECC) es una nueva técnica de separación desarrollada a partir de la Electroforesis Capilar en Zona (CZE) y basada en principios tanto cromatográficos como electroforéticos, capaz de separar compuestos aniónicos y neutros conjuntamente: mientras que para los compuestos neutros el fundamento de la separación es similar al de la cromatografía líquida, para los compuestos aniónicos la separación está basada principalmente en sus diferentes movilidades electroforéticas.<br/>La presente tesis doctoral se ha planteado con el objetivo principal de profundizar en esta técnica analítica y estudiar su aplicación en la determinación de compuestos de interés medioambiental, concretamente herbicidas de las familias de los fenoxiácidos y las fenilureas y productos derivados de su degradación. <br/>Para ello se ha dividido la memoria en 5 capítulos:<br/>En el capítulo 1º se realiza una introducción de la técnica CZE, estudiándose fundamentos teóricos de separación y detección y su instrumentación. Finalmente se realiza un pequeño estudio experimental de separación de varios herbicidas fenoxiácidos. Con ello se obtiene una base teórica y experimental sobre la Electroforesis Capilar necesaria para el capítulo 2º, en el cual se profundiza en el análisis mediante MECC. <br/>En este capítulo se estudian las bases teóricas de esta técnica y se aplica en la resolución de una mezcla de herbicidas fenoxiácidos y fenilureicos. El estudio de la técnica MECC se completa en el capítulo 3º, donde se optimiza la separación de la mezcla de los herbicidas adicionando a la disolución de trabajo diferentes alcoholes alifáticos. Se discuten las variaciones experimentales observadas y se desarrolla un modelo teórico que explica estas variaciones. En este modelo entran en juego factores como las características fisico-químicas de las micelas y sus variaciones cuando están en contacto con alcoholes lineales.<br/>En el capítulo 4º intentamos superar una de las mayores limitaciones de la Electroforesis Capilar que es la falta de sensibilidad. Para ello se desarrollan sistemas de pre-concentración de la muestra on-line, basados en la inyección de grandes volúmenes de muestra y la posterior eliminación de parte la matriz que contiene esta muestra, y sistemas de pre-concentración off-line mediante columnas de extracción en fase sólida de carbono grafitizado. Con estos dos procedimientos de concentración se consigue llegar a las sensibilidades necesarias para utilizar el sistema MECC en el análisis de pesticidas de muestras medioambientales.<br/>Toda la información obtenida en los capítulos anteriores es aplicada en el capítulo 5º en un estudio de degradación de varios herbicidas fenoxiácidos y fenilureicos. Para ello se tuvo en cuenta diversas vías de degradación como son la fotodegradación o la hidrólisis, y diferentes condiciones ambientales. Con este estudio se consiguieron datos relevantes en la comprensión de los mecanismos de degradación de los herbicidas estudiados: cinéticas de reacción y constantes de velocidad de degradación, productos de derivados de la fotodegradación y la hidrólisis, etc.

Micellar Electrokinetic Capillary Chromatography (MECC) is a new separation technique developed from Capillary Zone Electrophoresis (CZE) and based on chromatographic and electrophoretic principles. It is able to separate anionic and neutral compounds simultaneously. The separation of neutral compounds by MECC is similar to that by Liquid Chromatography. For anionic compounds, the separation is largely based on its different electrophoretic mobilities. <br/>The main objective of this doctoral thesis is to study this analytical technique and its application in the determination of compounds of environmental interest, concretely, phenylurea and phenoxyalkyl acid herbicides and products derived of their degradation. <br/>The thesis has been divided in 5 chapters: <br/>In the 1st chapter, it is carried out an introduction of CZE procedure, being considered theoretical principles of separation and detection and their instrumentation. It finishes by performing a brief experimental study of separation of several phenoxyalkyl acid herbicides. We obtain a theoretical and experimental basis about Capillary Zone Electrophoresis required in 2nd chapter, in which we examine the analytical technique MECC. <br/>In this chapter, the theoretical principles of this technique are developed and applied in the resolution of a mixture of phenylurea and phenoxyalkyl acid herbicides. The study of MECC is completed in 3rd chapter, where the separation of the mixture of herbicides is optimised adding aliphatic alcohols. The observed experimental variations are discussed and explained by a theoretical model. In this model, it is explained factors like the physico-chemical characteristics of the micelles and their variations when they are in contact with aliphatic alcohols. <br/> In the 3rd chapter, we try to overcome one of the biggest limitations in the Capillary Electrophoresis: the sensibility. We develop on-column sample pre-concentration systems, based on the injection of a very large volume of sample and the elimination of the sample matrix. We also expose off-column sample pre-concentration systems by means of solid phase extraction cartridge of graphitized carbon black. With these concentration procedures, it was possible to achieve the necessary sensibilities to use MECC system in environmental analysis. <br/> All the information obtained in previous chapters is applied in 5th chapter in a degradation study of several phenylurea and phenoxyalkyl acid herbicides. We kept in mind various degradation processes like photodegradation or hydrolysis and different environmental conditions. We reach interesting data to the understanding of degradation mechanisms of the determined herbicides: kinetic of reaction and degradation constants, products derived of photodegradation and hydrolysis, et cetera.