Análisis de explosivos mediante electroforesis capilar definitivo gonzalo garcía jiménez

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Análisis de explosivos mediante electroforesis capilar definitivo gonzalo garcía jiménez

  1. 1. Análisis de explosivos mediante Electroforesis Capilar Gonzalo García Jiménez Máster Química Sostenible
  2. 2. Índice <ul><li>Explosivos . Definición. Propiedades. Clasificación </li></ul><ul><li>Electroforesis Capilar (EC) </li></ul><ul><li>Análisis de residuos explosivos por EC </li></ul><ul><li>Aplicación de LIBS como detección de explosivos </li></ul>
  3. 3. Explosivos <ul><li>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. </li></ul>
  4. 4. Explosivos de baja potencia <ul><li>Detonación a bajas velocidades </li></ul><ul><li>Pueden dividirse en : </li></ul><ul><ul><ul><li>Pirotecnia RD 563/2010 </li></ul></ul></ul><ul><ul><ul><li>Propelentes </li></ul></ul></ul>Impulso de sustancias contenidas en aerosoles Propulsión de un cohete
  5. 5. Explosivos de gran potencia <ul><li>Detonan a altas velocidades </li></ul><ul><li>Se dividen a su vez en: </li></ul><ul><ul><ul><li>Primarios : E act muy bajas. Pb(N 3 ) 2 , NH 4 I 3 </li></ul></ul></ul><ul><ul><ul><li>Secundarios : fines bélicos e industriales. TNT, Nitroglicerina, Pentrita... </li></ul></ul></ul>
  6. 6. Inspección de explosivos (I) <ul><li>Instrumentación fija: controles de seguridad (aeropuertos, acceso a un edificio, etc.) -> Rayos X </li></ul><ul><li>Instrumentación móvil: paquetes, mochilas, minas,etc . Espectrometría de Movilidad Iónica (IMS), LIBS (futuro prometedor) </li></ul><ul><li>Adiestramiento de perros: sistema de detección de explosivos más fiable. </li></ul>
  7. 7. Inspección de explosivos (II) <ul><li>Centro olfativo del perro 40 veces superior al del ser humano. </li></ul><ul><li>Pueden discriminar señales muy débiles, combinación de vapores, todo ello frente a un gran ruido de fondo. </li></ul><ul><li>Dependencia del operador, temperatura, humedad. </li></ul><ul><li>Limitación de 90-120 minutos/día de trabajo. </li></ul><ul><li>Elevados costes: </li></ul><ul><ul><ul><li>20.000 - 25.000 € : selección del perro y entrenamiento </li></ul></ul></ul><ul><ul><ul><li>5.000 €/año: mantenimiento del perro </li></ul></ul></ul><ul><ul><ul><li>20.000 - 35.000 €/año: instructor </li></ul></ul></ul><ul><li>Otras tecnologías: abejas, ratas . </li></ul>
  8. 8. Electroforesis Capilar (EC) <ul><li>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). </li></ul><ul><li>Surge como mejora a la electroforesis convencional, aportando una serie de ventajas: </li></ul><ul><ul><ul><li>Vol. de muestra extraordinariamente pequeño (nL frente al μ L de la convencional). </li></ul></ul></ul><ul><ul><ul><li>Posibilidad de emplear detectores cuantitativos, frente a las técnicas de coloración de electroforesis convencional. </li></ul></ul></ul>
  9. 9. Fundamento de EC Considerando el flujo electrosmótico
  10. 10. <ul><li>Orden de elución </li></ul><ul><li>Posibilidades de modificar el flujo electrosmótico </li></ul>eliminación inversión
  11. 11. Modalidades <ul><li>Electroforesis capilar de zona (CZE) </li></ul><ul><li>Electroforesis capilar en gel </li></ul><ul><li>Isotacoforesis </li></ul><ul><li>Isoelectroenfoque </li></ul>
  12. 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. 13. Detección simultánea de cationes y aniones por CZE en residuos explosivos de baja potencia
  14. 14. <ul><li>Análisis de residuos post-explosión -> Química Forense </li></ul><ul><li>Ventaja de no tener que cambiar las condiciones del sistema para analizar cationes o aniones. </li></ul><ul><li>Análisis rápido y eficiente. </li></ul><ul><li>Posibilidad de detección. </li></ul>Cl - NO 2 - SCN - SO 4 2- NO 3 - CN - ClO 3 - ClO 4 - NH 4 + Na + Ca 2+ K + Mg 2+
  15. 15. DISEÑO EXPERIMENTAL 7 seg. 5 seg. Detector Cationes 208 nm Aniones 235 nm 10,2 cm 30 cm
  16. 16. ¿Qué necesitamos?(I) <ul><li>Beckman Coulter P/ACE MDQ Capillary Electrophoresis System equipado con un detector de fotodiodos en serie. </li></ul><ul><li>Medida del capilar : 40,2 cm X 50 μ m d.i. </li></ul><ul><li>Muestras (H335, Pyrodex RS, polvo de destello, pólvora negra) </li></ul><ul><li>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). </li></ul>12.500 $
  17. 17. ¿Qué necesitamos?(II) <ul><li>Surfactante TMAOH Revertir polaridad del capilar. </li></ul><ul><li>Agente complejante de cationes </li></ul><ul><li>Agente de mejora de resolución </li></ul><ul><li>Agente de visualización de cationes </li></ul><ul><li>Agente de visualización de aniones </li></ul><ul><li>Tampón de pH </li></ul><ul><li>Agente complejante de cationes : α - HIBA -> alcalinotérreos </li></ul>Analitos no dan señal UV
  18. 18. ¿Qué necesitamos?(III) <ul><li>Agente de mejora de resolución : Éter 18-corona-6 </li></ul>K + , NH 4 + Separación de cationes empleando HIBA e imidazol Problema de resolución
  19. 19. ¿Qué necesitamos?(IV) <ul><li>Agente de visualización de cationes: Imidazol </li></ul><ul><li>Agente de visualización de aniones: 1,3,6- Naftalentrisulfonato </li></ul>sinergia
  20. 20. Optimización (I) <ul><li>Las interacciones entre cromóforos, complejantes, y electrolitos van a condicionar la resolución, altura y asimetría de picos. </li></ul>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. 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. 22. Optimización (III) <ul><li>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. </li></ul><ul><li>Para evitar problemas de muestreo -> empleo de patrones internos </li></ul><ul><li>(Sr 2+ , Cl - ) </li></ul>Validación (I)
  23. 23. Validación (II) <ul><li>Ensayo rápido y reproducible de residuos explosivos. </li></ul><ul><li>Implementación en análisis iónico completo en un solo ensayo. </li></ul>
  24. 24. Detección de explosivos basada en LIBS (I) <ul><li>Basado en la generación del plasma por un pulso de láser intenso y corto (ns o inferior). </li></ul>
  25. 25. Detección de explosivos basada en LIBS (II) <ul><li>Explosivos (C, H , O , N ). </li></ul><ul><li>Diferente relación respecto otras sustancias (ricos en O y N , pobres en C e H ). </li></ul>
  26. 26. Detección de explosivos basada en LIBS (III) <ul><li>Respuesta en tiempo real </li></ul><ul><li>No necesaria preparación de muestra </li></ul><ul><li>Buen LD </li></ul><ul><li>Material portátil </li></ul><ul><li>Detección a 50-100 m. </li></ul><ul><li>Necesaria detección en línea recta </li></ul><ul><li>Peligrosidad del láser pulsado </li></ul><ul><li>Efecto matriz, impurezas... </li></ul>ventajas inconvenientes COSTE ESTIMADO: DECENAS DE MILES DE €
  27. 29. Bibliografía <ul><li>Douglas A. Skoog, F.J. Holler, Timothy A. Nieman, Principios de análisis instrumental, 5ª ed. Mc Graw Hill, 2000. </li></ul><ul><li>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. </li></ul><ul><li>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. </li></ul><ul><li>Suman Singh, Sensors—An effective approach for the detection of explosives , Journal of Hazardous Materials, 2007 , 144, p.15-25. </li></ul><ul><li>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 . </li></ul><ul><li>Manuel A. Sanchidrian, Fernando Sanz, La seguridad frente a artefactos explosivos, Ministerio de Defensa, 2009 , p.1-188. </li></ul>

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