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Análisis de explosivos mediante electroforesis capilar definitivo gonzalo garcía jiménez

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  • 1. Análisis de explosivos mediante Electroforesis Capilar Gonzalo García Jiménez Máster Química Sostenible
  • 2. Índice
    • Explosivos . Definición. Propiedades. Clasificación
    • Electroforesis Capilar (EC)
    • Análisis de residuos explosivos por EC
    • Aplicación de LIBS como detección de explosivos
  • 3. Explosivos
    • Material que, mediante iniciación (térmica, mecánica...) puede experimentar una descomposición rápida y autopropagante, resultando en la formación de un material más estable, liberando calor, presión o radiación en un tiempo muy breve.
  • 4. Explosivos de baja potencia
    • Detonación a bajas velocidades
    • Pueden dividirse en :
        • Pirotecnia RD 563/2010
        • Propelentes
    Impulso de sustancias contenidas en aerosoles Propulsión de un cohete
  • 5. Explosivos de gran potencia
    • Detonan a altas velocidades
    • Se dividen a su vez en:
        • Primarios : E act muy bajas. Pb(N 3 ) 2 , NH 4 I 3
        • Secundarios : fines bélicos e industriales. TNT, Nitroglicerina, Pentrita...
  • 6. Inspección de explosivos (I)
    • Instrumentación fija: controles de seguridad (aeropuertos, acceso a un edificio, etc.) -> Rayos X
    • Instrumentación móvil: paquetes, mochilas, minas,etc . Espectrometría de Movilidad Iónica (IMS), LIBS (futuro prometedor)
    • Adiestramiento de perros: sistema de detección de explosivos más fiable.
  • 7. Inspección de explosivos (II)
    • Centro olfativo del perro 40 veces superior al del ser humano.
    • Pueden discriminar señales muy débiles, combinación de vapores, todo ello frente a un gran ruido de fondo.
    • Dependencia del operador, temperatura, humedad.
    • Limitación de 90-120 minutos/día de trabajo.
    • Elevados costes:
        • 20.000 - 25.000 € : selección del perro y entrenamiento
        • 5.000 €/año: mantenimiento del perro
        • 20.000 - 35.000 €/año: instructor
    • Otras tecnologías: abejas, ratas .
  • 8. Electroforesis Capilar (EC)
    • Método de separación basado en la diferente velocidad de migración de especies cargadas, en el seno de una disolución amortiguadora, a través de la cual se aplica un campo eléctrico constante (20-30kV).
    • Surge como mejora a la electroforesis convencional, aportando una serie de ventajas:
        • Vol. de muestra extraordinariamente pequeño (nL frente al μ L de la convencional).
        • Posibilidad de emplear detectores cuantitativos, frente a las técnicas de coloración de electroforesis convencional.
  • 9. Fundamento de EC Considerando el flujo electrosmótico
  • 10.
    • Orden de elución
    • Posibilidades de modificar el flujo electrosmótico
    eliminación inversión
  • 11. Modalidades
    • Electroforesis capilar de zona (CZE)
    • Electroforesis capilar en gel
    • Isotacoforesis
    • Isoelectroenfoque
  • 12. Electroforesis capilar en zona 1 -> generalmente de sílice; (40-100cm) X (10-100 μ m). 2 -> Absorción UV/Vis , Fluorescencia, LIF, EM, Conductividad, Amperometría. 3 -> Electrocinética, Hidrodinámica 1 2 3
  • 13. Detección simultánea de cationes y aniones por CZE en residuos explosivos de baja potencia
  • 14.
    • Análisis de residuos post-explosión -> Química Forense
    • Ventaja de no tener que cambiar las condiciones del sistema para analizar cationes o aniones.
    • Análisis rápido y eficiente.
    • Posibilidad de detección.
    Cl - NO 2 - SCN - SO 4 2- NO 3 - CN - ClO 3 - ClO 4 - NH 4 + Na + Ca 2+ K + Mg 2+
  • 15. DISEÑO EXPERIMENTAL 7 seg. 5 seg. Detector Cationes 208 nm Aniones 235 nm 10,2 cm 30 cm
  • 16. ¿Qué necesitamos?(I)
    • Beckman Coulter P/ACE MDQ Capillary Electrophoresis System equipado con un detector de fotodiodos en serie.
    • Medida del capilar : 40,2 cm X 50 μ m d.i.
    • Muestras (H335, Pyrodex RS, polvo de destello, pólvora negra)
    • Estándares (KCl, KNO 3 , KNO 2 , KClO 4 , KClO 3 , KSCN, KCN,Na 2 SO 4 , NH 4 Cl, NaCl, MgCl 2 , SrCl 2 ) en grado de reactivo analítico (Aldrich, Spectrum).
    12.500 $
  • 17. ¿Qué necesitamos?(II)
    • Surfactante TMAOH Revertir polaridad del capilar.
    • Agente complejante de cationes
    • Agente de mejora de resolución
    • Agente de visualización de cationes
    • Agente de visualización de aniones
    • Tampón de pH
    • Agente complejante de cationes : α - HIBA -> alcalinotérreos
    Analitos no dan señal UV
  • 18. ¿Qué necesitamos?(III)
    • Agente de mejora de resolución : Éter 18-corona-6
    K + , NH 4 + Separación de cationes empleando HIBA e imidazol Problema de resolución
  • 19. ¿Qué necesitamos?(IV)
    • Agente de visualización de cationes: Imidazol
    • Agente de visualización de aniones: 1,3,6- Naftalentrisulfonato
    sinergia
  • 20. Optimización (I)
    • Las interacciones entre cromóforos, complejantes, y electrolitos van a condicionar la resolución, altura y asimetría de picos.
    1, amonio; 2, potasio; 3, sodio; 4, calcio; 5, magnesio; 6, estroncio; 7, bromuro; 9, cloruro; 10, nitrito; 11, nitrato; 12, sulfato; 13, perclorato; 14, tiocianato; 15, clorato. Det.235nm
  • 21. Optimización (II) Altura de picos Asimetría Buffer 2 : NO 2 - y NO 3 - , SCN - y ClO 3 - ;0,47 y 0,70,( <1 )
  • 22. Optimización (III)
    • Finalmente: 15mM α -HIBA, 6mM imidazol, 4mM éter 18-corona-6, 3mM 1,3,6-NTS, 5% Acetonitrilo, pH 6,5, empleando 0,5M TMAOH.
    • Para evitar problemas de muestreo -> empleo de patrones internos
    • (Sr 2+ , Cl - )
    Validación (I)
  • 23. Validación (II)
    • Ensayo rápido y reproducible de residuos explosivos.
    • Implementación en análisis iónico completo en un solo ensayo.
  • 24. Detección de explosivos basada en LIBS (I)
    • Basado en la generación del plasma por un pulso de láser intenso y corto (ns o inferior).
  • 25. Detección de explosivos basada en LIBS (II)
    • Explosivos (C, H , O , N ).
    • Diferente relación respecto otras sustancias (ricos en O y N , pobres en C e H ).
  • 26. Detección de explosivos basada en LIBS (III)
    • Respuesta en tiempo real
    • No necesaria preparación de muestra
    • Buen LD
    • Material portátil
    • Detección a 50-100 m.
    • Necesaria detección en línea recta
    • Peligrosidad del láser pulsado
    • Efecto matriz, impurezas...
    ventajas inconvenientes COSTE ESTIMADO: DECENAS DE MILES DE €
  • 27.  
  • 28.  
  • 29. Bibliografía
    • Douglas A. Skoog, F.J. Holler, Timothy A. Nieman, Principios de análisis instrumental, 5ª ed. Mc Graw Hill, 2000.
    • Janet M. Doyle, Bruce R. McCord, Novel electrolyte for the analysis of cationes in low explosive residue by capillary electrophoresis, Journal of cromatography B, 1998 , 714, p.105-111.
    • Kristy G. Hopper, Holly LeClair, Bruce R.McCord, A novel method for analysis of explosives residue by simultaneous detection of anions and cations via capillary zone electrophoresis, Talanta, 2005 , 67, p.304-312.
    • Suman Singh, Sensors—An effective approach for the detection of explosives , Journal of Hazardous Materials, 2007 , 144, p.15-25.
    • V. Lazic, A. Palluci, S.Jovicevic, C.Poggi, E. Buono, Analysis of explosive and other organic residues by laser induced breakdown spectroscopy, Spectrochimica Acta Part B, 2009 , 64, p.1028-1039 .
    • Manuel A. Sanchidrian, Fernando Sanz, La seguridad frente a artefactos explosivos, Ministerio de Defensa, 2009 , p.1-188.