Nanotubos de carbonoempleo como material adsorbente para la determinación de metales

Zusammenfassung

Desde el descubrimiento de los nanotubos de carbono (CNTs) en 1991, se hizo patente su evidente potencial como material adsorbente para la extracción en fase sólida (SPE) debido a su elevada área superficial y volumen interno, su estabilidad, resistencia mecánica y la posibilidad de establecer interacciones π-π. En esta tesis doctoral y tras una amplia revisión bibliográfica, se presenta una visión general de las tendencias en el uso de CNTs para la determinación de especies metálicas en muestras ambientales, biológicas y alimentarias mediante SPE. Se ha descrito también la síntesis, purificación, así como las diversas estrategias para su funcionalización. Como los procedimientos de síntesis de nanotubos disponibles en la actualidad no aseguran la homogeneidad del producto en relación con su longitud y con su diámetro, y teniendo en cuenta que su toxicidad depende de su morfología, en los últimos años se ha hecho un gran esfuerzo para caracterizar los CNTs. En este trabajo se presenta una revisión de las técnicas usadas para la caracterización de los nanotubos de carbono basada en más de 170 referencias en el período 2000-2014. Durante la realización de esta tesis doctoral se han desarrollado nuevos métodos de extracción en fase sólida para la determinación de metales traza en muestras de orina usando MWCNTs (nanotubos de carbono de pared múltiple). En primer lugar, y debido a la gran tendencia a la agregación espontánea que presentan los CNTs puros, se han estudiado diferentes procesos de oxidación de los mismos ya que la funcionalización con grupos carboxílicos, hidroxilo, etc. mejora su solubilidad y su capacidad de adsorción. Para evaluar la eficacia de la oxidación realizada se han empleado diferentes técnicas de caracterización y se estudió su uso como adsorbentes en sistemas de SPE. Se han desarrollado dos nuevos métodos de inyección en flujo (FIA) por espectrometría de absorción atómica con atomización electrotérmica (ETAAS) para la determinación de cadmio y plomo en orina. En ambos casos, el Cd y el Pb se separaron de la matriz de orina por medio de un procedimiento de extracción en fase sólida, utilizando MWCNTs oxidados como material adsorbente y posteriormente fueron cuantitativamente eluidos con ácido nítrico. Los efectos de los parámetros que influyen en los procesos de adsorción-elución y las condiciones de espectrometría atómica se estudiaron por medio de diferentes estrategias de diseño factorial. Los métodos desarrollados mostraron unas adecuadas características analíticas y se aplicaron con éxito a la determinación de cadmio y plomo en muestras de orina de personas sanas. Por último se ha desarrollado un nuevo método para la determinación conjunta de Cd y Pb en muestras de orina, el cual implica una extracción en fase sólida dispersiva (DSPE) y la determinación directa de ambos metales mediante espectrometría de absorción atómica con atomización electrotérmica en las suspensiones obtenidas. Como material adsorbente se emplearon, al igual que en los casos anteriores, nanotubos de carbono multipared oxidados. El método obtenido es sensible, rápido, está libre de interferencias de matriz y evita las etapas de adsorción y elución necesarias en los procedimientos de SPE empleados habitualmente. Se aplicó para la determinación de Cd y Pb en muestras de orina de personas sanas no expuestas, obteniéndose unos resultados satisfactorios.