Desenvolupament de sorbents polimèrics per a l'extracció en fase sòlida de contaminants orgànics polars en aigües

Abstract

The main objective of this thesis was to synthesise and apply new polymeric sorbents to obtain good recoveries in the solid-phase extraction (SPE) of organic polar pollutants in real water samples. The synthesised sorbents were used in SPE on-line coupled to high-performance liquid chromatography in order to establish analytical methods which can determine these pollutants in tap and river water samples.<br/><br/>These synthesised sorbents were several chemically modified polymeric sorbents obtained by introducing different polar functional groups in the chemical structure of a polystyrene-divinylbenzene resin. Thus, the surface of these polymers was more hydrophilic and the polar compounds could be more strongly retained in these sorbents than in the unmodified resin and other commercially available sorbents. Nevertheless, the increase in the capacity of retention of the chemically modified sorbents also implied that more interferences from the matrix were retained, such as humic substances. These substances appear in the chromatograms as an initial broad band which hampers the determination of the more polar analytes. For this reason, a method based on the addition of sodium sulphite to the sample was developed to decrease this matrix interference.<br/><br/>The synthesis of molecularly imprinted polymers was also studied. These polymers were prepared using 4-nitrophenol as the template and the non-covalent method, and allowed 4-nitrophenol to be selectively extracted from real water samples. It was also demonstrated the possibility to use these polymers as sorbents in the SPE on-line coupled to liquid chromatography.

L'objectiu fonamental de la present Tesi Doctoral ha estat el desenvolupament i aplicació de nous sorbents polimèrics per tal d'obtenir bones recuperacions en l'extracció en fase sòlida (SPE) de contaminants orgànics polars presents en mostres d'aigua. Aquests sorbents han estat emprats en la SPE acoblada en línia a la cromatografia de líquids d'alta resolució (HPLC) per tal d'establir mètodes d'anàlisi d'aquests contaminants en aigües de diferent procedència.<br/><br/>Existeixen molts sorbents comercialment disponibles per a realitzar el procés de SPE, però la majoria donen molt baixes recuperacions pels analits més polars i per tant aquests compostos són difícils de determinar a baixos nivells. Una altra important limitació d'aquests sorbents és la seva manca de selectivitat, fet especialment important quan s'analitzen mostres mediambientals d'elevada complexitat. <br/><br/>Per tal d'obtenir unes recuperacions més elevades pels analits polars que amb els sorbents convencionals, en la present tesi s'han desenvolupat nous sorbents polimèrics químicament modificats mitjançant la reacció de Friedel-Crafts. Aquesta reacció ha permès la introducció de diferents grups funcionals polars una la reïna de poliestirè-divinilbenzè (PS-DVB). La seva introducció ha augmentat la polaritat de la superfície de la reïna i d'aquesta manera els analits polars han quedat més retinguts en aquests sorbents químicament modificats que en la reïna de partida. Aquests nous sorbents s'han comparat favorablement amb altres sorbents comercials de diferents tipus en l'extracció de diversos compostos fenòlics i plaguicides polars.<br/><br/>També s'ha avaluat l'efecte de diferents propietats físiques (àrea superficial i diàmetre de partícula i porus) de la reïna de partida sobre el grau de funcionalització en la modificació química del PS-DVB amb el grup o-carboxibenzoil. S'ha obtingut un grau de modificació similar amb tres reïnes i per tant s'ha demostrat que les diferents propietats físiques de les reïnes emprades no tenen efecte sobre el grau de funcionalització amb el grup o-carboxibenzoil. No obstant, s'han obtingut unes recuperacions més grans pels analits més polars amb la reïna que té una àrea superficial més elevada degut a la possibilitat d'un major nombre d'interaccions &#61552;-&#61552;.<br/><br/>Degut a l'increment de capacitat de retenció dels polímers químicament modificats apareix l'inconvenient que més interferències de la matriu, com ara les substàncies húmiques, queden retingudes en aquests sorbents. Les substàncies húmiques formen part de la matèria orgànica dissolta en l'aigua i apareixen en els cromatogrames en forma de banda inicial ampla que dificulta la determinació dels analits que elueixen primer, és a dir, els analits més polars. En aquesta tesi s'ha desenvolupat un tractament químic de la mostra amb sulfit sòdic que permet reduir considerablement aquesta banda i per tant facilita la determinació dels compostos més polars sense interferència dels àcids húmics.<br/><br/>En la recerca de sorbents més selectius per a la SPE, l'experimentació d'aquesta tesi s'ha encaminat cap als sorbents polimèrics amb empremta molecular (MIP). Així doncs, s'ha sintetitzat un nou tipus de sorbent selectiu que consisteix en un polímer amb empremta molecular pel 4-nitrofenol. <br/><br/>L'existència d'aquesta empremta molecular pel 4-nitrofenol s'ha demostrat fent un estudi de l'especificitat d'aquest MIP per a l'extracció selectiva del 4-nitrofenol a partir d'una mescla de compostos fenòlics. L'estudi demostra la possibilitat d'emprar un polímer amb empremta molecular com a sorbent en la SPE acoblada en línia a HPLC. Per tal d'obtenir una extracció selectiva del 4-nitrofenol s'han optimitzat alguns paràmetres crítics en el procés de SPE. Aquest sorbent també ha estat avaluat i comparat favorablement amb sorbents comercials en l'extracció de mostres d'aigua del riu Ebre.