Avances técnicos y metodológicos en descargas luminescentes y movilidad iónica acopladas a espectrometría de masas

Abstract

Existe una constante demanda dirigida hacia la mejora de técnicas y metodologías analíticas con las que afrontar los desafíos actuales en análisis químico. El objetivo de las mejoras técnicas va encaminado bien a modificar la instrumentación ya existente o a desarrollar nueva instrumentación con la que disponer de mejores prestaciones, por ejemplo en términos de límites de detección, costes y tiempo de análisis. Los avances metodológicos, por su parte, van ligados a la aplicación de un método convencional y a cómo éste se puede modificar o adaptar para la medida de nuevos tipos de muestras o para resolver novedosos retos. A lo largo de la presente Tesis Doctoral se ha abordado el desarrollo de técnicas y metodologías para estudiar problemáticas relacionadas principalmente con análisis de compuestos orgánicos volátiles (VOCs). Dado que varias de las novedosas técnicas utilizadas también ofrecen la posibilidad de analizar materiales, no se ha querido dejar pasar la oportunidad de investigar su empleo para la caracterización de ciertas muestras de interés en la actualidad. En el primer capítulo se ha evaluado las prestaciones de un prototipo de descarga luminiscente pulsada (PGD) acoplado a espectrometría de masas tipo tiempo de vuelo (TOFMS) para el análisis de materiales no conductores. Para ello, se ha llevado a cabo la optimización de las condiciones para el análisis de vidrios (en términos de resolución en profundidad, sensibilidad, etc.) utilizando dos tipos de cámaras de descarga, una desarrollada en nuestro Grupo y otra comercial y se ha comparado su comportamiento. Tras la selección de la cámara de descarga más adecuada, se ha demostrado la aplicabilidad de la cámara desarrollada para la caracterización (cualitativa y cuantitativa) de recubrimientos nanométricos (conductores y semiconductores) depositados sobre vidrios. En el segundo capítulo se ha investigado el acoplamiento de un equipo de cromatografía de gases (CG) con un prototipo PGD-TOFMS para la detección de VOCs. En trabajos previos se habían realizado estudios preliminares con este tipo de acoplamientos pero apenas se habían indagado sus características analíticas. En el presente capítulo se ha querido evaluar cómo las regiones temporales de una descarga luminiscente pulsada pueden ser una gran fuente de información estructural para la identificación y determinación de VOCs y cómo, en base a esta información, las descargas luminiscentes pulsadas pueden competir con la ionización electrónica (fuente de ionización tradicional para el análisis de VOCs) como fuente de ionización. Además, las prestaciones analíticas del nuevo acoplamiento se han evaluado para el análisis de un problema real como es la detección de las concentraciones exigidas por la legislación para BTEX (benceno, tolueno, xileno y etilbenceno) en aguas. El tercer capítulo es un ejemplo de desarrollo metodológico, ya que se ha puesto a punto una metodología para la identificación de VOCs en aliento como potenciales biomarcadores en pacientes con cáncer oral utilizando CG y espectrometría de masas con ionización por impacto electrónico. El trabajo realizado ha englobado aspectos como desarrollo de un protocolo de toma de muestra, elección del sistema de muestreo más adecuado para el propósito propuesto, selección y optimización del sistema de preconcentración (microextracción en fase sólida), análisis de las muestras de aire exhalado y de aire procedente de la cavidad oral y, por último, utilización de una serie de herramientas estadísticas y matemáticas para la identificación de VOCs que pueden actuar como biomarcadores, así como su posterior evaluación de su capacidad de diagnóstico. El cuarto capítulo constituye un claro exponente de desarrollo instrumental. El trabajo se ha divido en dos partes. La primera parte se ha centrado en la evaluación del comportamiento de un prototipo, basado en movilidad iónica diferencial (DMA), para el análisis de VOCs; para ello se ha estudiado el comportamiento de una fuente de ionización tradicional (fotoionización) y, por otro lado, se ha desarrollado, evaluado y demostrado para este tipo de muestras el potencial de un nuevo acoplamiento de una fuente de ionización que no había sido previamente utilizada en movilidad iónica como son las descargas luminiscentes a presión atmosférica. Además, otra parte del trabajo se ha centrado en la investigación de otra vertiente de instrumentación basada en espectrometría de movilidad iónica para el análisis y caracterización de polímeros polares.