DETERMINACIÓN DE TENSIOACTIVOS ANIÓNICOS EN MATRICES ...

UNIVERSIDAD DE GRANADA

FACULTAD DE CIENCIAS

DEPARTAMENTO DE QUIacuteMICA ANALIacuteTICA

DETERMINACIOacuteN DE TENSIOACTIVOS

ANIOacuteNICOS EN MATRICES AMBIENTALES

COMPORTAMIENTO DEL JABOacuteN EN UNA

PARCELA AGRIacuteCOLA

TESIS DOCTORAL

ANTONIO SAMUEL CANTARERO MALAGOacuteN

GRANADA 2010

Editor Editorial de la Universidad de GranadaAutor Antonio Samuel Cantaro MalagoacutenDL GR 2386-2010ISBN 978-84-693-1319-0

MEMORIA presentada para aspirar

al Grado de Doctor Europeo en

Quiacutemica por la Universidad de

Granada

VISADA en Granada a 11 de Enero

de 2010

Fdo Dr Joseacute Luiacutes Viacutelchez Quero

Catedraacutetico del Departamento de

Quiacutemica Analiacutetica de la Universidad

de Granada

Fdo Dr Alberto Navaloacuten Montoacuten

de Granada

Fdo A Samuel Cantarero Malagoacuten

Licenciado en Quiacutemica

Fdo Dr Oscar Ballesteros Garciacutea

Profesor Titular del Departamento

de Quiacutemica Analiacutetica de la

Universidad de Granada

A mis padres Ana y Francisco

A mi sobrina y ahijada Alba

AGRADECIMIENTOS

Agradecimientos

Durante estos uacuteltimos antildeos muchas son las personas que de manera

directa o indirecta han contribuido en el desarrollo de la presente Tesis y

que llegado este momento es justo recordar en unas breves liacuteneas su

inestimable y casi siempre desinteresada ayuda

Quiero expresar en primer lugar mi maacutes sincero agradecimiento a mis

directores el Dr D Joseacute Luis Viacutelchez Quero el Dr D Alberto Navaloacuten

Montoacuten y el Dr D Oacutescar Ballesteros Garciacutea por su dedicacioacuten y su

constancia las cuales fueron imprescindibles para la consecucioacuten de la

presente Memoria

A todo el personal de Cepsa Quiacutemica SA Puente Mayorga

antiguamente llamada Petresa SA muy especialmente al personal del

laboratorio Ignacio Ceacutesar Coral Juan Carlos Joseacute Luis Almeida Joseacute

Luis Berna Paco Esauacute y al resto de compantildeeros por su acogida su

apoyo sus consejos su amistad que han sido y son parte

fundamentalmente no soacutelo de la presente Tesis sino de mi crecimiento

personal y profesional Al principio solamente fueron compantildeeros o

tutores pero con el paso del tiempo y tras tres antildeos repletos de aneacutecdotas

y vivencias se han convertido en amigos y colegas a los que siempre

guardareacute una profunda admiracioacuten y respeto

A mis compantildeeros del grupo FQM-338 del Departamento de Quiacutemica

Analiacutetica sobre todo a Bartolomeacute Marcio Inma Jalila Alberto Ana y

Karim Sin olvidar las caras nuevas como Fernando Esther Noemiacute y

Arno o la estancia breve pero intensa de Pedro de Guatemala A todos

gracias por vuestro aacutenimo

Agradecimientos

Al DrD Guillermo Crovetto y al Dr D Cristoacutebal Valenzuela sin olvidar

a Bartolomeacute y a Inocencio por su esencial contribucioacuten en el desarrollo

del estudio de campo de la presente Tesis

A los profesores DrD Marco P Seabra Dos Reis y Dr D Pedro Manuel

Saraiva de la Universidad de Coimbra y al profesor Dr D Joseacute Carlos

Marques de la Universidad de Madeira por hacer posible mi inolvidable

estancia europea en Coimbra Agradezco no soacutelo los conocimientos

adquiridos sino tambieacuten la amabilidad y la hospitalidad mostrada por

todos los miembros del grupo de investigacioacuten en especial de Cristina

A mis actuales compantildeeros de Denga SA por la paciencia y el apoyo

mostrados durante estos cruciales uacuteltimos meses de redaccioacuten

Mencioacuten especial merecen mi familia y mis amigos a los cuales tengo

que agradecer tantas cosas que con un simple ldquograciasrdquo no es suficiente

para expresar todo lo que han aportado aportan y aportaraacuten en mi vida

En definitiva a todos los citados y a los que faltan por mencionar muchas

gracias

IacuteNDICE

Iacutendice i

OBJETO DE LA TESIS 1

ACROacuteNIMOS 7

CAPIacuteTULO 1- INTRODUCCIOacuteN 13

1- AGENTES TENSIOACTIVOS 15

11 - Antecedentes histoacutericos 15

12 - Definicioacuten y propiedades 20

13 - Clasificacioacuten 25

14 - Consumo y usos 30

15 - Constitucioacuten de los detergentes 32

16 - Los tensioactivos y el ambiente 33

161 - Concepto de Biodegradacioacuten 33

162 - Ecosistemas 36

163 - El impacto ambiental de los tensioactivos 40

164 - Legislacioacuten ambiental 43

2- TENSIOACTIVOS ANIOacuteNICOS JABOacuteN Y SULFATO DE ALQUILBENCENO

LINEAL (LAS) 46

21 - Descripcioacuten y propiedades del LAS y el jaboacuten 46

211 - Descripcioacuten propiedades fiacutesicas y quiacutemicas del LAS 46

212 - Descripcioacuten del jaboacuten 49

213 - Propiedades fiacutesicas y quiacutemicas del jaboacuten 51

214 - Capacidad detersiva del jaboacuten y del LAS 56

22 - Siacutentesis 59

221 - Siacutentesis del LAS 59

222 - Siacutentesis del jaboacuten 65

23 - Consumo y aplicaciones 78

231 - Consumo y aplicaciones del LAS 78

232 - Consumo y aplicaciones del jaboacuten 81

24 - Comportamiento ambiental del jaboacuten y del LAS 84

241 - Biodegradabilidad del LAS 84

242 - Eliminacioacuten del LAS 96

243 - Estudios de monitorizacioacuten 97

ii Iacutendice

244 - Actividad ambiental del LAS 103

245 - El LAS y la salud Humana 105

246 - Biodegradabilidad del jaboacuten 109

247 - Eliminacioacuten y monitorizacioacuten del jaboacuten 116

248 - Actividad ambiental del jaboacuten 118

25 - Meacutetodos para la determinacioacuten del LAS y el jaboacuten 119

251 - Meacutetodos para la determinacioacuten del LAS 119

252 - Meacutetodos para la determinacioacuten del jaboacuten 131

3- LA VEGA DE GRANADA 136

32 - Caracteriacutesticas fiacutesicas y socioeconoacutemicas de la Vega de Granada 137

33 - Calidad de las aguas subterraacuteneas en la Vega de Granada 138

CAPIacuteTULO 2- MATERIALES Y MEacuteTODOS 141

1- INTRODUCCIOacuteN 143

2- DISOLUCIONES REACTIVOS Y DISOLVENTES EMPLEADOS 143

21 - Disoluciones 143

22 - Reactivos 146

23 - Gases 147

24 - Disolventes 147

3- MATERIAL DE LABORATORIO E INSTRUMENTACIOacuteN 148

31 - Material de laboratorio 148

32 - Instrumentacioacuten 150

321 - Cromatoacutegrafo de liacutequidos 150

322 - Sonda ultrasoacutenica digital 151

323 - Equipo de extraccioacuten 151

324 - Otros aparatos e instrumentos 152

4- PROGRAMAS INFORMAacuteTICOS 153

Iacutendice iii

5- OPTIMIZACIOacuteN DE VARIABLES 154

51 - Meacutetodos univariantes 154

52 - Meacutetodos multivariantes 155

521 - Disentildeos experimentales 156

522 - Idoneidad del modelo 159

6- CALIBRACIOacuteN Y PARAacuteMETROS ANALIacuteTICOS DEL MEacuteTODO 164

61 - Rechazo de valores anoacutemalos 167

62 - Funcioacuten de calibracioacuten 168

63 - Paraacutemetros de calidad del meacutetodo analiacutetico 171

631 - Rango dinaacutemico lineal y Linealidad 172

632 - Precisioacuten 173

633 - Sensibilidad o Resolucioacuten analiacutetica 173

634 - Liacutemites de deteccioacuten y cuantificacioacuten 175

7- VALIDACIOacuteN DEL MEacuteTODO ANALIacuteTICO 184

71 - Ensayos de recuperacioacuten 184

72 - Metodologiacutea de adicioacuten de patroacuten 185

CAPIacuteTULO 3- DETERMINACIOacuteN DE TENSIOACTIVOS POR HPLC

OPTIMIZACIOacuteN DE LAS VARIABLES 191

2- DETERMINACIOacuteN DE JABOacuteN POR HPLC OPTIMIZACIOacuteN DE LAS

VARIABLES 194

211 - Patrones individuales 194

212 - Patroacuten de jaboacuten proveniente del aacutecido graso de coco 198

22 - Optimizacioacuten de las variables implicadas en el proceso cromatograacutefico 201

221 - Seleccioacuten de la fase estacionaria 202

222 - Optimizacioacuten del gradiente y del flujo 209

223 - Composicioacuten de la fase moacutevil 213

224 - Temperatura de la columna y la ganancia del fotomultiplicador 221

225 - Optimizacioacuten de la longitud de onda de excitacioacuten y de emisioacuten 225

iv Iacutendice

226 - Optimizacioacuten de la composicioacuten del vial y el volumen de inyeccioacuten 226

227 - Resultados oacuteptimos 230

23 - Optimizacioacuten de la reaccioacuten de derivacioacuten para fluorescencia 232

231 - Justificacioacuten de la reaccioacuten de derivacioacuten 232

232 - Eleccioacuten de la reaccioacuten de derivacioacuten 233

233 - Eleccioacuten del patroacuten interno 235

234 - Eleccioacuten del disolvente para la reaccioacuten de derivacioacuten 235

235 - Optimizacioacuten del tiempo y la temperatura de reaccioacuten 237

236 - Optimizacioacuten del volumen de reaccioacuten y de la cantidad de reactivos 244

237 - Cantidad maacutexima de analito a derivar 250

238 - Estudio de la estabilidad de la reaccioacuten de derivacioacuten 251

239 - Resumen del protocolo de derivacioacuten optimizado 252

2310 - Prueba de derivacioacuten en muestra real 253

24 - Optimizacioacuten de la reaccioacuten de derivacioacuten para ultravioleta 254

241 - Justificacioacuten y eleccioacuten de la reaccioacuten de derivacioacuten 254

242 - Meacutetodo cromatograacutefico Seleccioacuten de la λ maacutexima de absorcioacuten 256

243 - Eleccioacuten del dte de la reaccioacuten de derivacioacuten y del patroacuten interno 258

245 - Optimizacioacuten volumen de reaccioacuten y de la cantidad de reactivos 265

3- DETERMINACIOacuteN DEL LAS POR HPLC OPTIMIZACIOacuteN DE LAS

VARIABLES 271

31 - Contextualizacioacuten 271

33 - Composicioacuten del vial de inyeccioacuten 275

34 - Aplicacioacuten en muestra real 277

CAPIacuteTULO 4- TRATAMIENTO DE MUESTRA 279

2- TRATAMIENTO DE MUESTRA PARA LA DETERMINACIOacuteN DE JABOacuteN 282

Iacutendice v

21 - Antecedentes previos y justificacioacuten 282

22 - Variables implicadas en el proceso de extraccioacuten con eacuteter de petroacuteleo 284

221 - Soxhlet 287

222 - Ultrasonidos 290

223 - Microondas 296

224 - Conclusiones 299

23 - Variables implicadas en el proceso de conversioacuten de jaboacuten caacutelcico 301

24 - Variables implicadas en el proceso de extraccioacuten del jaboacuten potaacutesico 308

241 - Soxhlet 310

245 - Estudio de la etapa de centrigufacioacuten 317

246 - Resumen del tratamiento de muestra 318

3- TRATAMIENTO DE MUESTRA PARA LA DETERMINACIOacuteN DE LAS 322

32 - Variables implicadas en el proceso de extraccioacuten 323

311 - Soxhlet 325

33 - Estudio del proceso de extraccioacuten en fase soacutelida 330

2- METODOLOGIacuteA DE CUANTIFICACIOacuteN CAacuteLCULO DE LOS PARAacuteMETROS

ANALIacuteTICOS EN LA DETERMINACIOacuteN DE JABOacuteN 336

21 - Justificacioacuten y propuesta de la metodologiacutea de cuantificacioacuten 336

22 - Evaluacioacuten del efecto matriz y de la recuperacioacuten 340

221 - Soxhlet 342

vi Iacutendice

224 - Comparacioacuten entre teacutecnicas de extraccioacuten 360

23 - Caacutelculo de los paraacutemetros analiacuteticos 363

231 - Verificacioacuten del modelo 365

232 - Liacutemite de deteccioacuten y cuantificacioacuten 365

233 - Rango dinaacutemico lineal y linealidad 367

ANALIacuteTICOS EN LA DETERMINACIOacuteN DEL LAS 370

31 - Justificacioacuten y propuesta de metodologiacutea de validacioacuten 370

321 - Soxhlet 372

4- INTERCOMPARACIOacuteN ENTRE TEacuteCNICAS DE EXTRACCIOacuteN 397

42 - Intercomparacioacuten de teacutecnicas de extraccioacuten para el jaboacuten 399

43 - Intercomparacioacuten de teacutecnicas de derivacioacuten para el jaboacuten 401

44 - Intercomparacioacuten de teacutecnicas de extraccioacuten para el LAS 402

CAPIacuteTULO 6- DETERMINACIOacuteN DE TENSIOACTIVOS EN LODOS 405

Iacutendice vii

2- DETERMINACIOacuteN DE LAS EN LODOS DE EDAR 408

22 - Caracterizacioacuten de las muestras 410

23 - Tratamiento de muestra 413

24 - Resultados 414

25 - Tratamiento estadiacutestico 419

26 - Discusioacuten 424

3- DETERMINACIOacuteN DE JABOacuteN EN LODOS DE EDAR 427

34 - Resultados 432

4- COMPARACIOacuteN DE RESULTADOS ENTRE EL JABOacuteN Y EL LAS 439

CAPIacuteTULO 7- DETERMINACIOacuteN DE TENSIOACTIVOS EN SEDIMENTOS

MARINOS 443

2- DETERMINACIOacuteN DE LAS EN SEDIMENTOS MARINOS 446

24 - Resultados 451

3- DETERMINACIOacuteN DE JABOacuteN EN SEDIMENTOS MARINOS 458

viii Iacutendice

34 - Resultados 462

5- DETERMINACIOacuteN DE JABOacuteN EN TIERRA 469

54 - Resultados 471

CAPIacuteTULO 8- ESTUDIO DE CAMPO 475

1 - INTRODUCCIOacuteN 477

2 - CARACTERIZACIOacuteN DEL SUELO Y DEL AGUA EMPLEADOS EN EL

ESTUDIO 478

21 - Estudio del suelo empleado 478

211 - Propiedades fiacutesicas del suelo 479

212 - Propiedades quiacutemicas del suelo 487

22 - Estudio del agua de pozo empleado 496

3 - ESTUDIO DE LOS PROCESOS DE ADSORCIOacuteN DESORCIOacuteN DEL JABON EN

LABORATORIO 500

31 - Experiencia en discontinuo (tanque) 500

311 - Relacioacuten suelodisolucioacuten 501

312 - Aplicacioacuten de modelos simples al estudio de adsorcioacutendesorcioacuten 505

313 - Control del pH 512

314 - Establecimiento de las Isotermas 512

315 - Aplicacioacuten de un modelo complejo a la adsorcioacuten desorcioacuten 522

32 - Experiencia en continuo (columna) 544

321 - Descripcioacuten de la instalacioacuten experimental 544

322 - Columnas ensayadas 547

Iacutendice ix

4 - EXPERIENCIA EN CAMPO 550

41 - Descripcioacuten de las parcelas experimentales 550

42 - Ensayo con jaboacuten 552

421 - Puesta a punto de la metodologiacutea de toma de muestras de suelo 552

422 - Estudio estacional 553

423 - Estudio comparado de los resultados de campo 576

CONCLUSIONS 585

SUMMARY 597

x Iacutendice

OBJETO DE LA TESIS

Objeto de la Tesis 3

El objeto de la presente Memoria de Doctorado es el estudio del

comportamiento ambiental de los dos tensioactivos anioacutenicos de mayor

consumo a nivel mundial el jaboacuten y el sulfonato de alquilbenceno lineal

Este estudio forma parte de los proyectos de investigacioacuten

ldquoESTUDIO DE LIXIVIACIONDEGRADACION DE TENSIOACTIVOS

DE INTEREacuteS COMERCIAL EN SUELOS AGRIacuteCOLASrdquo (Ref P06-FQM-

01529) y ldquoEVOLUCIOacuteN QUIacuteMICA DE TENSIOACTIVOS DE INTEREacuteS

COMERCIAL EN AGUAS SUELOS Y SEDIMENTOS ACUAacuteTICOS

IMPLICACIONES AMBIENTALESrdquo (Ref CTQ2007-61503PPQ)

financiados por el Ministerio de Educacioacuten y Ciencia y la Junta de

Andaluciacutea respectivamente

Ambos proyectos se llevan a cabo en el grupo de investigacioacuten de

Quiacutemica Analiacutetica de la Universidad de Granada FQM-338 QUIacuteMICA

ANALIacuteTICA Y CIENCIAS DE LA VIDA Con el apoyo de la empresa

CEPSA QUIacuteMICA el mayor fabricante de Alquilbenceno Lineal (LAB

precursor del LAS

La creciente preocupacioacuten de la Unioacuten Europea en materia de regulacioacuten

de tensioactivos conjunto con la escasez de informacioacuten ambiental

relevante del jaboacuten debido entre otras cosas a la falta de metodologiacuteas

analiacuteticas capaces de determinar el jaboacuten en diferentes matrices

ambientales y su indudable importancia econoacutemica justifican por siacute

mismos el estudio medioambiental del jaboacuten Del mismo modo y a pesar

de la existencia de numerosas publicaciones acerca del comportamiento

ambiental del LAS el intereacutes del mismo radica en las novedosas

4 Tesis Doctoral

conclusiones que se pueden derivar de su estudio y monitorizacioacuten

conjunto con el jaboacuten en diferentes matrices ambientales

Para la realizacioacuten del estudio de campo se ha seleccionado un suelo de

especial intereacutes como es la Vega de Granada que ademaacutes de poseer una

gran relevancia agriacutecola reuacutene las condiciones idoacuteneas para llevar a cabo

la investigacioacuten propuesta pues estaacute regada con aguas residuales de

procedencia urbana y por tanto con escasa o nula contaminacioacuten

industrial con lo que no se introducen agentes toacutexicos que puedan alterar

su microbiota Ademaacutes presenta una gran variedad climaacutetica a lo largo de

todas las estaciones del antildeo lo que la hace especialmente uacutetil y versaacutetil a

la hora de obtener conclusiones

Con este estudio se pretende por una parte mejorar la metodologiacutea

existente para la deteccioacuten y determinacioacuten de los tensioactivos y por

otra profundizar en el conocimiento de los diferentes mecanismos

(adsorcioacuten precipitacioacuten movilidad fotodegradacioacuten biotransformacioacuten

aerobia biotransformacioacuten anaerobiahellip) que pueden contribuir a facilitar

o dificultar en su caso la biodisponibilidad de estos productos en el suelo

La comparacioacuten de los resultados obtenidos en el laboratorio con los

ensayos de campo posibilitan realizar las correspondientes interrelaciones

y poder establecer los diferentes mecanismos que justifiquen su

comportamiento real en la zona

Para alcanzar el objetivo central hemos trazado una serie de objetivos

operativos

1- Desarrollo de las metodologiacuteas analiacuteticas Atendiendo a las

propiedades analiacuteticas de los compuestos objeto de estudio se han

seleccionado las teacutecnicas analiacuteticas separativas de cromatografiacutea de

liacutequidos con deteccioacuten fluorescente y con deteccioacuten ultravioleta-visible

siempre llevando a cabo los oportunos tratamientos previos de muestra y

derivacioacuten de los analitos

2- Aplicacioacuten de las metodologiacuteas propuestas en diferentes matrices

ambientales suelos lodos de EDAR y sedimentos

3- Estudio comparativo de los resultados obtenidos para ambos

tensioactivos

3- Estudio del jaboacuten en el laboratorio

21- Estudios en tanque (Batch) Establecimiento de las cineacuteticas e

isotermas de adsorcioacuten

22- Estudios en columna

23- Establecimiento de los modelos de comportamiento

4- Estudio del jaboacuten en campo Estudio del comportamiento del jaboacuten

en la zona saturada y no saturada de una parcela agriacutecola de la Vega de

Granada a lo largo de todas las estaciones del antildeo

6 Tesis Doctoral

ACROacuteNIMOS

Acroacutenimos 9

a Ordenada en el origen

ACN Acetonitrilo

AE Alcohol etoxilado

AEDT Aacutecido etilendiaminotetraaceacutetico

ANOVA Anaacutelisis de la varianza

AOCS American Oil Chemist Society

ASTM American Society for Testing and Materials

b Pendiente de la funcioacuten de calibrado

BAB Alquilbenceno ramificado

BABS Sulfonato de alquilbenceno ramificado

BrMMC 4-Bromometil-7-metoxicumarina

CE Electroforesis capilar

C0 Concentracioacuten inicial

Ce Concentracioacuten en equilibrio de un compuesto en disolucioacuten

CESIO Comite Europeen Des Agents De Surface Et De Leurs Intermediaires Organiques

CMC Concentracioacuten miscelar criacutetica

DAD Detector diodo array

DAP 24 Dibromoacetofenona

DATS Tetralinas sulfonadas

DER Desviacioacuten estaacutendar relativa

Dp Diaacutemetro de la partiacutecula

DSR Disentildeos de superficie de respuesta

EDAR Estacioacuten Depuradora de Aguas Residuales

FAC Fat Analysis Commitee

Fcal El valor de F de Snedecor calculado

FLD Detector de fluorescencia

FID Detector de ionizacioacuten de llama

FSM Finca de Santa Mariacutea

10 Tesis Doctoral

FFR Falling Film Reactors

Ftab El valor de F de Snedecor tabulado

GC Cromatografiacutea de gases

GREAT-ER Geography-Referenced Exposure Assessment Toll for European Rivers

HERA Human and environmental risk assessment

HPLC High Performance Liquid Chomatography

h05 Mitad de la altura del pico gaussianno

IPA 2-propanol (Isopropanol)

K Constante de degradacioacuten

Ka Velocidad especiacutefica de adsorcioacuten

Kads Constante de equilibrio de adsorcioacuten

Kd Constante de adsorcioacuten suelo-agua

Kdes Velocidad especiacutefica de desorcioacuten

Kdis Constante de disolucioacuten

Kf Constante de adsorcioacuten de Freundlich

KL Constante de adsorcioacuten de Langmuir

Kp Constante de precipitacioacuten

LAB Alquilbenceno lineal

LAS Sulfonato de alquilbenceno lineal

LC Cromatografiacutea liacutequida

LC50 Concentracioacuten que resulta letal para el 50 de los organismos expuestos durante un periodo especificado normalmente 96 horas

LD Liacutemite de deteccioacuten

LIN Linealidad

LOAEL Indicador del nivel maacutes bajo de una sustancia con efecto toacutexico

LQ Liacutemite de cuantificacioacuten

LSC Liquid Scintillation Counting

Acroacutenimos 11

MAE Extraccioacuten asistida por microondas

MBAS Methylene Blue Active Substance

MeOH Metanol

MO Materia orgaacutenica

MOE Margen de exposicioacuten de un sustancia

MS Detector de espectrometriacutea de masas

mz Relacioacuten masacarga

ns Moles adsorbidos por unidad de masa de adsorbente

NOAEL Indicador de los efectos toacutexicos de una sustancia

OECD Organisation for Economic Co-operation and Development

p Paraacutemetro estadiacutestico que mide la significancia en el test de ANOVA

PC Componente principal

PCA Anaacutelisis por componentes principales

PEC Concentracioacuten previsible en el medio ambiente

PNEC Concentracioacuten maacutexima esperada que no produzca ninguacuten efecto

R2 Coeficiente de determinacioacuten de la funcioacuten de calibrado

RDL Rango dinaacutemico lineal

RP Fase inversa

rpm Revoluciones por minuto

Rs Resolucioacuten

SDS Dodecilsulfato de sodio

SPE Extraccioacuten en fase soacutelida

SPC Sulfo Phenyl caboxylic Acid

Sanaliacutetica Sensibilidad analiacutetica

Syx Desviacioacuten estaacutendar de la regresioacuten

Sa Desviacioacuten estaacutendar de la ordenada en el

12 Tesis Doctoral

origen

Sb Desviacioacuten estaacutendar de la pendiente

SIM Selected Ion Monitoring

tcal El valor de t de Student calculado

TEA Trietilamina

TFA Aacutecido trifluoroaceacutetico

t12 Tiempo de vida media

tr Tiempo de retencioacuten

ttab El valor de t de Student tabulado

TK Punto de Kraft

UV Ultravioleta

Vis Visible

Vinfin Velocidad estacionaria de caiacuteda

Wb Anchura de la base del pico cromatograacutefico

Wb0 Anchura de la base del pico cromatograacutefico a concentracioacuten cero

W05h Anchura a mitad de altura del pico cromatograacutefico

X Cantidad de retencioacuten de un compuesto en un soacutelido

Xmax Cantidad maacutexima de retencioacuten de un compuesto en un soacutelido

Oslash Radical fenilo

λ Longitud de onda

θ Porosidad

CAPIacuteTULO 1

INTRODUCCIOacuteN

Introduccioacuten 15

1- AGENTES TENSIOACTIVOS

11 - Antecedentes histoacutericos

La limpieza es una actividad comuacuten a todos los seres vivos En el caso de

la especie humana ha evolucionado con el transcurso del tiempo

permaneciendo unida y caracterizando a las diversas civilizaciones y

culturas las cuales han buscado aditivos que mejorasen la capacidad

limpiadora del agua

El jaboacuten fue el primer compuesto conocido capaz de mejorar las

propiedades detersivas del agua Su descubrimiento se data en la eacutepoca los

Sumerios1(3000 aC) siendo usado no soacutelo por su actividad detersiva

sino tambieacuten por las propiedades curativas que se le atribuiacutean De hecho

se utilizaba el azufre jabonoso obtenido para la cura de enfermedades

1 Garcia Dominguez JJ Tensioactivos y Detergencia AIDADTA Barcelona 1986

16 Tesis Doctoral

En un papiro que data del 1500 aC que constituye todo un tratado

meacutedico se describiacutea que mezclando aceites animales y vegetales con

ciertas sales que debiacutean ser de tipo alcalino se obteniacutea un producto de

tipo jabonoso el cual se utilizaba para combatir enfermedades en la piel2

La popularidad del jaboacuten fue creciendo de manera progresiva llegando

en su momento maacutes aacutelgido (siglo VII) a considerarse un artiacuteculo de lujo

ya que se llegoacute afirmar que el crecimiento de la poblacioacuten que

experimentoacute Europa en la Edad Media era fruto de la mejora de la higiene

derivada del uso del jaboacuten en todas las clases sociales Un estudio maacutes

concienzudo reveloacute que la mejora en la calidad de vida era consecuencia

no soacutelo de una mejor higiene personal sino tambieacuten a los enormes

progresos meacutedicos en la lucha contra la enfermedad y en la proteccioacuten

contra el contagio3

A pesar de su creciente uso el jaboacuten seguiacutea producieacutendose de manera

artesanal Esta dinaacutemica cambioacute a mediados del siglo XVIII cuando

Nicolaacutes Leblanc (1987) fue capaz de disentildear un procedimiento para la

obtencioacuten de jaboacuten a escala industrial lo cual sentariacutea las bases de la

Quiacutemica Industrial de tensioactivos moderna4

La quiacutemica del jaboacuten continuoacute su desarrollo en los siglos XIX y XX ya

que se amplioacute la gama de productos derivados del jaboacuten en polvo en

barra etc Ademaacutes La demanda de detergentes empezoacute a aumentar

debido al creciente uso de las fibras sinteacuteticas (celulosa acetatos etc)

2 Varo Galvaacuten P Contribucioacuten al estudio sobre el comportamiento ambiental y

degradacioacuten de jabones Tesis Doctoral Universidad de Alicante 1996 3 Sanchez-Leal J Aspectos ecoloacutegicos de los detergentes Gestioacute y promocioacute editorial

Barcelona 1992 4 Spitz L Editor SODEOPEC AOCS press 2004

Henkel en Alemania introdujo en 1907 el primer detergente en polvo

ldquoPersilrdquo para lavadoras automaacuteticas

La necesidad de buscar nuevas sustancias capaz de mejorar la propiedades

del jaboacuten llevoacute a dos investigadores norteamericanos Harkins y Lagmuir

a descubrir casi simultaacuteneamente en 1917 una clase de sustancias

sinteacuteticas equiparables al jaboacuten y dotadas asimismo de la propiedad de

acumularse en las superficies de las disoluciones La peculiaridad de su

comportamiento se explicaba por su estructura ya que estaban

compuestas por una parte polar hidrofiacutelica y otra apolar hidrofoacutebica A

este grupo de sustancias se las denominoacute ldquotensioactivosrdquo

En 1917 el quiacutemico Guumlnter perteneciente a la compantildeiacutea BASF

consiguioacute con eacutexito la alquilacioacuten y la sulfonacioacuten del naftaleno Este

hecho llevoacute a conseguir una sustancia de alto poder espumante y con

buenas propiedades de mojado sin embargo las cortas cadenas del

alquilnaftaleno sulfonato no consiguieron tener el suficiente caraacutecter

tensioactivo para sustituir al jaboacuten convencional

En 1928 Bertsch y colaboradores utilizando un alcohol graso como

materia prima y mediante sulfatacioacuten consiguieron la primera sustancia

detergente sinteacutetica El paso siguiente era encontrar materias primas

renovables El procedimiento fue la reduccioacuten cataliacutetica con hidroacutegeno

La empresa Henkel en 1932 comercializoacute alcoholes oleico y esteaacuterico

procedentes del aceite del esperma de ballena extendieacutendolo al alcohol

lauacuterico y miriacutestico (C12 y C14) pues eacutestos poseiacutean mejores propiedades

detersivas

18 Tesis Doctoral

El primer detergente formulado con sulfatos de alcoholes grasos se

introdujo en el mercado por Henkel en 1932 y por Procter amp Gamble en

1933 Posteriormente aparecieron en el mercado otros productos

semejantes

Por necesidades de mayor volumen de produccioacuten aparecieron en el

mercado los alquilbencenos sulfonatos (ABS) y el tetrapropileacutenbenceno

sulfonato (TBS) que en 1950 satisfaciacutea el 60 de la demanda de

detergentes en el mercado mundial Sin embargo en 1960 fue

reemplazado por los alquilbencenos sulfonatos de cadena lineal debido a

que eran maacutes biodegradables5

En la Tabla 11 se resume el desarrollo histoacuterico de los detergentes6

5 Kreienfeld G Surfactants in consumer products and raw material situation A brief

survey in Alkyl Polyglycosides Technology Properties and Applications K Hill W von Rybinski G Stoll (Eds) p 225 VCH Weinheim 1997

6 Lechuga Villena M Biodegradacioacuten y toxicidad de tensioactivos comerciales Tesis Doctoral Universidad de Granada 2005

Tabla 11- Evolucioacuten histoacuterica de los tensioactivos

EacutePOCA Y HECHOS CRONOLOacuteGICOS OBSERVACIONES

ERA ANTES DE CRISTO

Antildeo 3000 en Sumeria Tablilla sumeria de arcilla donde se habla de ldquoazufre jabonosordquo

Antildeo 2500 en Mesopotamia Placa de arcilla con la descripcioacuten de la fabricacioacuten de jaboacuten (aceite + hierba jabonosa)

Antildeo 1500 en Egipto Grabados y papiros Descripcioacuten (aceites animales + vegetales + sales)

Antildeo 600 Introduccioacuten en Europa

ERA CRISTIANA

Primera generacioacuten de detergentes

Imperio Romano Extractos de cenizas + grasas para unguumlentos

Antildeo 800 Almonas Andaluciacutea Fabricacioacuten con aceite de oliva y el aacutelcali obtenido de las cenizas de la combustioacuten de los amarjos (solanaacutecea de las marismas de Guadalquivir)

Antildeo 1000 Marsella y Venecia Centros del negocio de fabricacioacuten de jaboacuten (siglos IX-XIV)

Antildeo 1300 fundacioacuten de gremios europeos

Desarrollo importante de la fabricacioacuten del jaboacuten

Antildeo 1791 Descubrimiento de Leblanc Meacutetodo Leblanc para la preparacioacuten de carbonato soacutedico Inicio de la Industria Quiacutemica

Antildeo 1799 Aportacioacuten de Tennant Obtencioacuten de cloruro de cal que permitiacutea obtener Cl2 para blanqueamiento del algodoacuten

Antildeo 1823 Trabajos de Chevreul Inicio de nuevas industrias Repercusioacuten en el incremento exponencial de la poblacioacuten en Europa

20 Tesis Doctoral

Tabla 11 Evolucioacuten histoacuterica de los tensioactivos (cont)

Segunda generacioacuten de detergentes

Antildeo 1917 descubrimientos de Harkins y Langmuir

Sustancias sinteacuteticas equiparables al jaboacuten

Antildeo 1925 en Alemania despueacutes de la Primera Guerra Mundial

Alquilarilsulfonatos y butilnaftalensulfonatos soacutedicos

Antildeo 1928 hidrogenacioacuten y posterior sulfatacioacuten del grupo carboxiacutelico

Obtencioacuten de alcoholes grasos sulfatados

Antildeo 1930 condensacioacuten de aacutecidos grasos

Desarrollo de tensioactivos no ioacutenicos

Tercera generacioacuten de detergentes

Periacuteodo 1950-1980 Fabricacioacuten de mesolatos Desarrollo de los ldquoBuildersrdquo Principios de la Quiacutemica-Fiacutesica Interfacial

Antildeo 2000- Actualidad Desarrollo de detergentes biodegradables

12 - Definicioacuten y propiedades

Seguacuten la Real Academia de la Lengua Espantildeola7 se denomina surfactante

a aquella ldquosustancia que reduce la tensioacuten superficial de un liacutequido y que

sirve como agente humectante o detergenterdquo Este teacutermino surfactante es

un anglicismo del teacutermino anglosajoacuten ldquoSurface Active Agentrdquo Del mismo

modo se define tensioacuten superficial como8 ldquola accioacuten de las fuerzas

moleculares en virtud de la cual la capa exterior de los liacutequidos tiende a

contener el volumen de estos dentro de la miacutenima superficierdquo

7 Paacutegina web del Diccionario de la Real Academia Espantildeola

httpbusconraeesdraeISrvltConsultaTIPO_BUS=3ampLEMA=surfactante 8 Paacutegina web del Diccionario de la Real Academia Espantildeola

httpbusconraeesdraeISrvltConsultaTIPO_BUS=3ampLEMA=tensiF3n

A pesar de que el termino tensioactivo no se encuentra recogido por la

Real Academia de la Lengua es sin embargo la palabra maacutes

frecuentemente utilizada como traduccioacuten del teacutermino ldquoSurfactantrdquo en

todas las normativas europeas adoptadas desde su principio hasta la

actualidad razoacuten por la cual en esta memoria se utilizaraacute este teacutermino9

En cuanto a su estructura la constitucioacuten quiacutemica de un tensioactico

comprende10

- Un grupo hidrofiacutelico

- Un grupo hidrofoacutebico

Figura 11- Estructura de un tensioactivo 1 Parte hidrofiacutelica 2 Parte hidrofoacutebica

9 Nimer M Estudio del comportamiento ambiental del sulfonato de alquilbenceno lineal

(LAS) en una parcela agriacutecola de la Vega de Granada Tesis Doctoral Universidad de Granada 2007

10 Myers D Surfactant science and Technology VCH publishers 1998

22 Tesis Doctoral

En disolucioacuten acuosa la parte hidrofiacutelica de la moleacutecula se orienta hacia

el interior de la disolucioacuten mientras que la parte hidrofoacutebica lo hace hacia

la superficie Las moleacuteculas de tensioactivos asiacute orientadas se acumulan

en la interfase agua aire con lo que reducen la tensioacuten superficial del

Respecto a las propiedades generales de los tensioactivos son importantes

las siguientes

bull Compuestos anfifiacutelicos Contienen a la vez en su moleacutecula a uno

o varios grupos polares y uno o varios grupos no polares

generalmente una cadena hidrocarbonada soluble en disolventes

orgaacutenicos y un grupo ioacutenico soluble en agua Debido a su

estructura cuando se pone en contacto una cantidad muy

pequentildea de tensioactivo con el agua aparecen dos tendencias

opuestas por una parte el grupo hidrofiacutelico del tensioactivo

tiende a situarse en el interior del medio acuoso y por otra las

moleacuteculas de agua tienden a expulsar del medio acuoso las

cadenas hidroacutefobas de las moleacuteculas e iones anfifiacutelicos El estado

de equilibrio se alcanza cuando las moleacuteculas yo iones de

tensioactivo se distribuyen entre el interior de la disolucioacuten y la

interfacie con el aire En esta capa se adsorberaacuten las moleacuteculas o

iones de tensioactivo de forma que los grupos hidroacutefilos puedan

estar convenientemente hidratados y las cadenas hidroacutefobas

esteacuten libres del contacto del medio acuoso

Figura 12- Monocapa de tensioactivo

bull Humectabilidad El mojado constituye un mecanismo

fundamental que interviene en la mayor parte de las aplicaciones

de los agentes tensioactivos Es una caracteriacutestica que depende de

las propiedades superficiales

bull Poder espumante La espuma se puede definir como un conjunto

de celdas gaseosas separadas por laacuteminas delgadas de liacutequido el

cual estaacute formado por la superposicioacuten de burbujas originadas

por una dispersioacuten de un gas o un liacutequido

La formacioacuten de espuma es otro de los efectos que depende de

las propiedades superficiales de las disoluciones de los agentes

tensioactivos No existe una explicacioacuten satisfactoria para

exponer todos los fenoacutemenos relativos a las espumas pero se

admite por lo general que el fenoacutemeno se debe a la tendencia

que tiene una burbuja de aire introducida en una disolucioacuten de

agente tensioactivo para rodearse inmediatamente de una capa

monomolecular Cuando la burbuja rompe la superficie consigue

formar una peliacutecula superficial monomolecular y de esta manera

se encuentra compuesta por una laacutemina que estaacute formada por dos

24 Tesis Doctoral

capas monomoleculares de agentes tensioactivos las cuales estaacuten

separadas por una peliacutecula de agua

Figura 13- Burbuja de jaboacuten

bull Formacioacuten de micelas Cuando un compuesto anfifiacutelico estaacute en

disolucioacuten acuosa para evitar el contacto desfavorable entre la

parte hidroacutefoba y el disolvente ademaacutes de adsorberse en la

interfaz existe otra alternativa la de asociarse moleacuteculas

anfifiacutelicas formando agregados moleculares ioacutenicos o mixtos

llamados micelas que se forman por encima de una cierta

concentracioacuten denominada concentracioacuten criacutetica micelar

(CMC) que se define como el pequentildeo margen de

concentraciones por debajo del cual no existen micelas y por

encima del mismo las moleacuteculas e iones se asocian en forma

micelar

Figura 14- Formacioacuten de micelas

13 - Clasificacioacuten

La cadena alquiacutelica (parte hidroacutefoba) de los tensioactivos estaacute constituida

por lo general por entre 12-20 aacutetomos de carbono pudiendo ser

hidrogenada o fluorada linear o ramificada conteniendo o no doble

enlace Los grupos hidroacutefilos por su parte pueden diferir bastante en su

naturaleza quiacutemica pudiendo ser no inoacutenicos ioacutenicos (catoacutenicos o

anioacutenicos) o anfoacuteteros

Atendiendo la naturaleza de su grupo hidroacutefilo los tensioactivos se

pueden clasificar en no ioacutenicos catioacutenicos anioacutenicos y anfoacuteteros

Tensioactivos anioacutenicos son los tensioactivos maacutes consumidos

en teacuterminos absolutos Se caracterizan por tener en su parte hidrofiacutelica

grupos funcionales que se ionizan en disolucioacuten acuosa originando iones

orgaacutenicos con carga negativa los cuales son responsables de la actividad

superficial Contienen por lo general grupos solubles sulfatos o

sulfonatos de sodio aunque tradicionalmente consistiacutean en grupos

26 Tesis Doctoral

carboxilatos como los que hay presentes en el jaboacuten Existen por lo tanto

varias clases de tensioactivos anioacutenicos como por ejemplo los sulfonatos

de alquilbenceno lineal (LAS) los alcoholes etoxisulfatos (AES) y los

alcoholes sulfatos (AS) A continuacioacuten Figura 15 se recogen algunos

ejemplos de tensioactivos anioacutenicos

Figura 15- Ejemplos de tensioactivos anioacutenicos a) Sulfonato de alquilbenceno lineal (LAS) b) Sulfonato de alquilbenceno ramificado c) Sulfonato de n-alquilod) Sulfonato de alquilo secundario e) Difenileacuteterdisulfonato de hexadecano linear f) Sulfonato de 4-(1-n-octil)benceno g) Sulfonato de metileacutester h) Taurato de alquilmetil i) Sulfato de n-alquilo j) Carboxilato de alquilo (jaboacuten)

Tensioactivos catioacutenicos Al contrario que los anioacutenicos estos

compuestos presentan grupo catioacutenico en su parte polar son

normalmente una sal de amonio cuaternaria amina o sal de fosfonio la

cual estaacute unida a una cadena carbonada de distinta naturaleza (Figura

16) Presentan la ventaja de que son compatibles con los tensioactivos no

ioacutenicos y anfoteacutericos y la desventaja de ser incompatibles con los

tensioactivos anioacutenicos Puede darse el caso en disoluciones aacutecidas que

los tensioactivos no ioacutenicos puedan adoptar caraacutecter catioacutenicos debido a

la protonacioacuten del heteroaacutetomo sin embargo estrictamente hablando los

tensioactivos anioacutenicos son aquellos que para poseer una carga negativa

no requieren de protonacioacuten Su uso es maacutes limitado siendo utilizados

principalmente en la industria textil como ablandadores de fibras

actuando sobre la fibra de algodoacuten adhirieacutendose a ella y confirieacutendole

cierta lubricidad y suavidad de aquiacute que su principal aplicacioacuten sea en

formulaciones de productos suavizantes A este tipo de compuestos se les

atribuyen propiedades antibacterianas ademaacutes se usan como inhibidor de

la corrosioacuten de procesos de oxidacioacuten y son muy utilizados en procesos

de siacutentesis como agente transferente entre fases

Figura 16- Ejemplos de tensioactivos catioacutenicos

N + B r -N + B r -

Bromuro de cetilpiridinio

Bromuro de trimetil hexadecilamonio

28 Tesis Doctoral

Tensioactivos anfoacuteteros poseen grupos funcionales que pueden

ionizarse en medio acuosos originado tensioactivos anioacutenicos o

catioacutenicos dependiendo de las condiciones del medio Pueden ser

clasificados como anfolitos o betaiacutenas Anfolitos son compuestos que

poseen al menos un protoacuten activo El ejemplo mejor conocido es el aacutecido

amino carboxiacutelico que actuacutea como tensioactivo catioacutenico a bajos valores

de pH y como tensioactivo anioacutenico a altos valores de pH Su uso en la

industria es maacutes restringido debido a su alta sensibilidad a cambios en el

valor del pH en el medio

Las betaiacutenas no poseen protones hidrolizables adquieren naturaleza

catioacutenica en medios fuertemente aacutecidos No son sensibles ni a la dureza

del agua ni al valor de pH que se trabaja en la industria Son compatibles

con otros tipos de tensioactivos y presentan buenas propiedades

espumantes y detergentes A continuacioacuten Figura 17 se representa la

estructura baacutesica de las betaiacutenas

Alquil betaiacutena Alquilamidopropil betaiacutena

Figura 17- Ejemplo de tensioactivos anfoteacutericos

Tensioactivos no ioacutenicos En disolucioacuten acuosa no originan iones

su solubidad en agua es debida a la polaridad del aacutetomo de oxiacutegeno el

cual permanece unido covalentemente en los oligoetilenglicol eacuteteres

(tambieacuten denominados poliglicol eacuteteres) y compuestos oligohidroacutexidos El

N+ H2C

(CH2)3N

HC N C

N+ H2C

(CH2)3N

grado de hidratacioacuten decrece con el aumento de la temperatura

diminuyendo por tanto su solubilidad La cadena carbonada (parte

hidrofoacutebica) tiene que estar en una adecuada relacioacuten con el nuacutemero de

grupos polares debido a que una relacioacuten demasiado baja entre el nuacutemero

de heteroaacutetomos y la cadena carbonada puede derivar en problemas de

insolubilidad en agua Los tensioactivos de este tipo maacutes ampliamente

utilizados son los alcoholes etoxilados (AE) Dependiendo del grado de

etoxilacioacuten se obtienen productos con un balance hidroacutefilo-lipoacutefilo

distinto y con muacuteltiples aplicaciones

Se producen a partir de la condensacioacuten de oacutexidos de etileno aunque

tambieacuten existen ciertos compuestos de este tipo basados en azuacutecares

polioles etc Los productos con menor peso molecular se encuentran en

estado liacutequido a temperatura ambiente sin embargo a medida que

aumenta su peso molecular tienden a ser maacutes pastosos llegando en caso

maacutes extremo a formar un estado soacutelido ceacutereo Forman micelas con mayor

facilidad que los tensioactivos ioacutenicos debido a que las repulsiones

electrostaacuteticas en la superficie de los no ioacutenicos son menores Otra

caracteriacutestica que los diferencias es su comportamiento en el ldquoagua durardquo

ya que en presencia de iones caacutelcico y magnesio los alcoholes etoxilados

presentan un menor tendencia a precipitar que los tensioactivos anioacutenicos

Alcohol etoxilado

Figura 18- Ejemplo de tensioactivo no ioacutenico

30 Tesis Doctoral

14 - Consumo y usos

Tanto el consumo como el uso de los tensioactivos dependen de sus

propiedades siendo las maacutes demandadas aquellas sustancias que tiene un

mayor rango de aplicacioacuten Por lo tanto los tensioactivos no ioacutenicos como

los anioacutenicos son por este orden los que se producen en mayor

cantidad11

Figura 19- Produccioacuten de tensioactivos en Europa Occidental-1 Miles de toneladas

11 COMITE EUROPEEN DES AGENTS DE SURFACE ET DE LEURS

INTERMEDIAIRES ORGANIQUES (CESIO) Cesio surfactants statistics for Western Europe 2007

Figura 110- Produccioacuten de tensioactivos en Europa Occidental-2 Millones de toneladas

En cuanto a sus aplicaciones en la siguiente tabla se enumeran los usos

maacutes frecuentes de los tensioactivos2

Tabla 12- Usos de los tensioactivos

Detergentes y productos de limpieza Cosmeacuteticos

Tratamiento de metales Aditivos de aceites lubricantes

Aditivos en gasolinas gas-oil y otros combustibles

Inhibidores de corrosioacuten Agentes de mojado y auxiliares de

proceso en industria textil Dispersioacuten de colorantes Flotacioacuten de minerales

Plaacutesticos lacas y pinturas Eliminacioacuten de polvo

Construccioacuten Industria del papel

Curtido de la piel Polimerizacioacuten de laacutetex

Dispersantes y emulsificadores en agricultura

Emulsificadores del petroacuteleo ceras y disolventes

Agentes espumantes Espuma para extincioacuten de incendios

Operaciones de extraccioacuten de petroacuteleo Inhibidores de precipitacioacuten

Desengrasado de metales Efectos antiespumantes

Lavado en seco Plastificacioacuten Fluidizacioacuten de

cementos Industrias de alimentacioacuten

32 Tesis Doctoral

15 - Constitucioacuten de los detergentes

Las actuales formulaciones comerciales de productos de limpieza tanto

liacutequidas como soacutelidas estaacuten constituidas por una mezcla de uno o varios

tensioactivos que actuacutean mejorando la accioacuten detersiva junto con una

serie de componentes complementarios los aditivos los coadyuvantes y

los auxiliares de presentacioacuten (como los blanqueantes enzimas etc) que

conforman un producto no soacutelo con mejores caracteriacutesticas de limpieza

sino con mayor seguridad tanto para el consumidor como para los

equipos y el ambiente En estas formulaciones complejas coexisten dos o

maacutes agentes tensioactivos incluso pertenecientes a distintos grupos

(anioacutenicos yo no ioacutenicos) lo cual suele proporcionar un efecto sineacutergico

aumentando su poder detergente

Los detergentes modernos tanto liacutequido como en polvo contienen entre

un 5 - 20 en peso de tensioactivos De esta manera una concentracioacuten

de detergente domeacutestico de 5 gmiddotL-1 originaraacute una agua de lavado con

aproximadamente 1 gramo de tensioactivo por cada litro es decir un

01 en peso

Normalmente en estas formulaciones se encuentran un gran nuacutemero de

aditivos que acompantildean al tensioactivo Estos compuestos que pueden ser

de naturaleza orgaacutenica o inorgaacutenica desempentildean una funcioacuten muy

importante sobre la mejora de las propiedades detersivas de estos

preparados comerciales

En la Figura 111 se puede apreciar un esquema sobre los componentes

de las formulaciones actuales de tensioactivos seguacuten Domiacutenguez11

Figura 111- Componentes de formulaciones de detergentes

16 - Los tensioactivos y el ambiente

161 - Concepto de Biodegradacioacuten

Se entiende por biodegradacioacuten la ruptura molecular de un sustrato

orgaacutenico resultante de la accioacuten enzimaacutetica de microorganismos vivos

que utilizan este sustrato como alimento La problemaacutetica

medioambiental surgida en la biodegradacioacuten de moleacuteculas complejas

determinoacute la importancia de la distincioacuten de diferentes tipos de

biodegradabilidad cuyo concepto estaacute incorporado en la legislacioacuten

vigente Asiacute se distingue entre

34 Tesis Doctoral

a) Biodegradacioacuten primaria se refiere a la que ocurre en el sustrato

que permite la peacuterdida de las propiedades caracteriacutesticas de la moleacutecula

intacta En el caso de los tensioactivos estaacute relacionada con la peacuterdida de

su capacidad para formar espuma o con la reduccioacuten de la tensioacuten

superficial

b) Biodegradabilidad avanzada se alcanza cuando la moleacutecula de

sustrato se divide en segmentos maacutes pequentildeos

c) Biodegradacioacuten final uacuteltima o mineralizacioacuten es la que a

traveacutes de una secuencia de ataques enzimaacuteticos reduce el sustrato a la

estructura maacutes simple posible Bajo este teacutermino se engloban todos

aquellos procesos realizados por agentes microbioloacutegicos ambientales

que convierten a traveacutes de diferentes procesos quiacutemicos la materia

orgaacutenica compleja en compuestos inorgaacutenicos maacutes simples que pueden

ser utilizados como nutrientes y generar energiacutea

Cabe destacar que estos procesos se pueden llevar a cabo bajo diferentes

niveles ambientales de oxiacutegeno

Condiciones aerobias donde el flujo de oxiacutegeno excede a la

demanda de este gas que la actividad bacterioloacutegica pueda requerir

Condiciones anaerobias donde se pueden distinguir a su vez dos

tipos de situaciones

bull Aquellas donde la velocidad de consumo de oxiacutegeno excede a la

velocidad de difusioacuten (condiciones anoacutexicas)

bull Aquellas donde el oxiacutegeno es totalmente excluido (condiciones

estrictamente anaerobias)

Actualmente hay una extensiva base de datos referente a la

biodegradacioacuten del de los tensioactivos en diferentes condiciones

ambientales Buena parte de estos datos son ensayos de laboratorio

estandarizados por la OECD usados de modo rutinario en Europa y

Ameacuterica del Norte con la finalidad de determinar el potencial de

biodegradacioacuten de las sustancias orgaacutenicas11 Para verificar la

mineralizacioacuten de estas sustancias fueron estipulados algunos paraacutemetros

no especiacuteficos consumo de O2 eliminacioacuten del carbono orgaacutenico y

formacioacuten de CO212131415 Sin embargo existiacutean dos factores que

limitaban la extrapolacioacuten de estos estudios en relacioacuten a sus respectivos

comportamientos reales (en el ambiente) los ensayos no se realizaron

bajos las condiciones fiacutesicas quiacutemicas y bioloacutegicas encontradas en los

compartimentos ambientales y los ensayos realizados no tuvieron en

cuenta algunos compartimentos ambientales como sedimentos suelos

aguas de pozo estuarios y oceacuteanos que tienen una gran importancia en la

biodegradacioacuten de los tensioactivos

Para superar estas limitaciones algunos trabajos cientiacuteficos fueron

realizados simulando las condiciones ambientales empleando para tal

11 OECD (Organisation for Economic Co-operation and Development) Revised

guidelines for testing chemical OECD Pariacutes 1993 12 Fischer WK Gerike P Holtmann W Biodegradation determinations via unspecific

analyses (COD DOC) in coupled units of the OECD confirmatory test WaterRes 9 1131-1135 1975

13 Gerike P Fischer WK A correlation study of biodegradability determinations with various chemicals in various tests Ecotoxicol Environ Safety 3 157-173 1979

14 Gerike P Fischer WK Holtmann W Biodegradation determinations in trickling filter units compared with the OECD confirmatory test Water Res 14 753-758 1980

15 Larson RJ Evaluation of biodegradation potencial of xenobiotic organic chemicals Appl Environ Microbiol 38 1153-1161 1979

36 Tesis Doctoral

finalidad la creacioacuten de un microcosmos tanto en el campo como en el

laboratorio

162 - Ecosistemas

bull Ecosistemas aerobios

Una gran fraccioacuten de la biodegradacioacuten que ocurre en la Tierra se lleva a

efecto en el suelo Esta accioacuten es desde luego una parte esencial del ciclo

del carboacuten nitroacutegeno y de otros compuestos Los organismos muertos -

animales vegetales o microorganismos- son convertidos en sus elementos

constituyentes hacieacutendolos de esta forma asequibles para ser reutilizados

por los organismos vivos El suelo con los organismos asociados es

considerado un importante agente degradador siempre y cuando se

mantengan las condiciones aerobias las cuales son esenciales para que se

produzca la biodegradacioacuten

Varios autores estudiaron la degradacioacuten de los tensioactivos en el sistema

suelo utilizando sistemas a escala de laboratorio1617

La biodegradacioacuten de los tensioactivos anioacutenicos en medios acuaacuteticos y

terrestres es llevada a cabo esencialmente por microorganismos de

acuerdo con la siguiente reaccioacuten

16 Klein SA McGuahey Fate of detergents in septic tank system and oxidation pond

Sanitry Engineering Research Laboratory Report 64 Universidad de California Berkeley 1964

17 Rizet M Mallevialle J Cournarie JL Pilot plant investigation of the evolution of various pollutants during artificial recharge of an aquifer by a basin Prog Water Technol 9 203-215 1977

El carbono orgaacutenico se utiliza en parte para la siacutentesis de nuevas ceacutelulas y

para la produccioacuten de CO2 por tanto la materia orgaacutenica deberiacutea ser

completamente degradada Sin embargo se ha observado que la velocidad

de la reaccioacuten de oxidacioacuten disminuye conforme lo hace la concentracioacuten

de sustrato especialmente a bajas concentraciones de tal forma que en el

periacuteodo de un ensayo de biodegradacioacuten no es posible eliminar el 100

de la materia orgaacutenica Este hecho queda reflejado en las normas para

ensayos de biodegradacioacuten OECD en las que se considera que un

sustancia es faacutecilmente biodegradable si en un ensayo desaparece la

sustancia a analizar en un 80 o maacutes en un tiempo de ensayo inferior a

24 horas Esta decisioacuten se basa en las inevitables diferencias que surgen

en el estudio de la degradacioacuten de un compuesto entre un medio natural y

un reactor quiacutemico

En cuanto a las bacterias capaces de degradar los tensioactivos se aislaron

muchas de ellas y algunos hongos Tambieacuten se usaron cultivos de

laboratorio Swisher18 1987 citoacute cerca de 90 especies de bacterias y

algunos hongos que se reproduciacutean y eran capaces de llevar a cabo al

menos una degradacioacuten primaria de los tensioactivos

En cuanto a las especies que maacutes comuacutenmente se encuentran en el

ambiente y que son capaces de degradar los tensioactivos Swisher

nombroacute a algunas pseudomonas y aerobacterias que fueron aisladas junto

con micrococcus y flavobacterias Ademaacutes a esta lista hay que antildeadir la

moraxella la cual se asiloacute del lodo

18 Swisher J Surfactants Biodegradation 20 Ed Marcell Dekker New York 1987

38 Tesis Doctoral

Yoshimura19 1984 aisloacute bacterias de lodos activos procedentes de riacuteos

encontrando especies como pseudomonas necromonas y moraxella las

cuales eran capaces de degradar las cadena alquiacutelica del LAS pero no el

anillo aromaacutetico mientras que otras bacterias gram negativas no podiacutean

degradar el LAS pero siacute el anillo de los intermedios En cambio una

mezcla binaria de estos dos tipos de organismos si fue capaz de degradar

el 100 del LAS

bull Ecosistemas anaerobios

Existen varios tipos de sistemas anaeroacutebicos de origen natural (intestino

humano pantanos marismas y arrozales etc) pero desde el punto de

vista del comportamiento ambiental de los tensioactivos los que maacutes

influencia tienen son

- Sedimentos de riacuteo y lagos Estos variacutean de totalmente aerobios

en la superficie a totalmente anaerobios en la parte baja de su espesor

total Para los estudios toxicoloacutegicos llevados a cabo para los

tensioactivos la parte superior de las capas anoacutexicas en la transicioacuten entre

aeroacutebica y anaeroacutebica es con toda probabilidad la maacutes importante En

estas zonas algunas de las sustancias quiacutemicas que han llegado a esa capa

entre ellas los tensioactivos pueden volver a la cadena alimenticia

sirviendo de alimento a pequentildeos animales acuaacuteticos que posteriormente

lo seraacuten de peces y otros animales superiores

- Suelos agriacutecolas Aunque son medios normalmente aerobios

ocasionalmente son medios anoacutexicos en donde la oxidacioacuten microbina de

19 Yoshimura K Adsorption and biodegrdation of Las by microorganims Jorn Com Esp

Detg 15 103-121 1984

amoniacuteaco a nitratos (nitrificacioacuten) y la reduccioacuten microbiana de nitratos a

nitroacutegeno gas (desnitrificacioacuten) pueden estar teniendo lugar de manera

simultaacutenea lo cual depende de las praacutecticas agriacutecolas empleadas y de los

cambios estacionales en la temperatura y en la saturacioacuten de agua Los

tensioactivos especialmente los anioacutenicos despueacutes de su proceso de

depuracioacuten en plantas EDAR (estaciones depuradoras de aguas

residuales) tienden a adsorberse en los lodos generados en la planta los

cuales con posterioridad y despueacutes del secado son usados para enmendar

suelos agriacutecolas

- Sedimentos marinos Como en el caso de los sedimentos de las

aguas superficiales el agua sobrenadante y la capa superior de los

sedimentos suele ser aeroacutebica sin embargo a medida que se va

progresivamente aumentando la profundidad la condiciones van siendo

cada vez maacutes anoacutexicas En muchas ocasiones la presencia de tensioactivos

en sedimentos marinos es bastante frecuente debido a que suelen ser

desechados a las cuencas marinas despueacutes de ser tratados en las

depuradoras o mediante vertido directo

En cuanto a los sistemas anaeroacutebicos producidos por el hombre el que

tiene mayor relevancia para los tensioactivos es

- Digestioacuten anaerobia de los lodos de aguas residuales Este

meacutetodo es ampliamente usado en las Estaciones de Depuracioacuten de Aguas

Residuales (EDAR) para desodorizar desinfectar y estabilizar los lodos

orgaacutenicos puacutetridos aumentando la purificacioacuten de las aguas residuales

40 Tesis Doctoral

Las fementaciones metanogeacutenicas tienen lugar en grandes tanques

agitados calentados hasta 35 ordmC y que funcionan como reactores

termostatizados de mezcla completa con tiempos de retencioacuten

generalmente en el rango de 15 a 30 diacuteas

Para tensioactivos su principal viacutea de eliminacioacuten es a traveacutes de las aguas

de uso domeacutestico e industrial las cuales pasan un proceso de depuracioacuten

EDAR antes de su reutilizacioacuten Por tanto la importancia de la digestioacuten

anaerobia desde la perspectiva de los tensioactivos es enorme ya que su

degradacioacuten completa depende en gran parte de su proceso de digestioacuten

anaerobio EDAR

163 - El impacto ambiental de los tensioactivos

La principal aplicacioacuten de los tensioactivos como se ha expuesto en la

Tabla 12 es la formulacioacuten de detergentes La gran variedad de los

mismos20 unido a su creciente consumo da lugar a un aumento de sus

incorporaciones a las aguas de los vertidos domeacutesticos e industriales ya

que el consumidor por ejemplo elimina los detergentes a traveacutes de los

sistemas domeacutesticos de canalizacioacuten de aguas residuales existiendo un

peligro potencial de afectar a la calidad de las aguas

Los detergentes al ser vertidos despueacutes de su uso pueden terminar en

varias matrices ambientales bien a traveacutes de descargas directas (sin

tratamiento) o despueacutes de tratamiento EDAR

20 Ash M Ash I Handbook of industrial Surfactants (2vol) Synapse Information

Resources 2000

Figura 112- Emisioacuten de los detergentes al medio

Los problemas ambientales que puede provocar un detergente industrial

como consecuencia de su presencia en las aguas pueden resumirse en

- Aumento de pH de las aguas residuales a valores superiores a 12

- Puede aumentar la presencia de niveles elevados de cloro y de

compuestos organoclorados algunos posiblemente de caraacutecter toacutexico yo

carcinoacutegeno

- Se requiere una cierta cantidad de oxiacutegeno para degradar a los

diferentes compuestos orgaacutenicos que forman el detergente lo que podriacutea

conducir a unas condiciones anoacutexicas peligrosas para las diferentes

especies que habitan en el medio

Detergentes Uso domeacutestico

e industrial

Vertido directo

Aguas residuales

depuradas

Lodos tratados

‐Aguas superficiales ‐Mar

‐Compostaje ‐Incineracioacuten ‐Vertedero ‐Enmendado de suelos agriacutecolas

42 Tesis Doctoral

- Algunos de los compuestos de la formulacioacuten presentan efectos

toacutexicos tanto sobre los microorganismos como sobre los organismos

superiores que alliacute habitan

- Efecto sobre la coagulacioacuten y sedimentacioacuten en las plantas

depuradores

- Contaminacioacuten de aguas subterraacuteneas aunque no es muy

frecuente y siempre como siacutentoma de otra contaminacioacuten maacutes importante

- Tienen tendencia a absorberse y a precipitarse generando

grandes cantidades (gmiddotKg-1) en los lodos tratados los cuales pueden ser

usados en suelos agriacutecolas

- En presencia de aguas con alto contenido en sales (aguas duras)

los tensioactivos (anioacutenicos principalmente) tienden tendencia a

precipitar dando lugar a grandes acumulaciones de sales alcalino-teacuterreas

de estos compuestos en diferentes matrices medioambientales

- Por todo lo anteriormente expuesto desde los diferentes

estamentos gubernamentales y cientiacuteficos se ha potenciado en las uacuteltimas

deacutecadas la formulacioacuten de detergentes con sustancias faacutecilmente

biodegradables asiacute como el desarrollo de metodologiacuteas analiacuteticas capaces

de determinar los tensioactivos en cualquiera de sus formas en las

diferentes matrices ambientales

164 - Legislacioacuten ambiental

La evolucioacuten legislativa sobre los tensioactivos va iacutentimamente unida a la

problemaacutetica que surge como consecuencia de su consumo y entre otros

estaacute muy influenciada por dos hechos ambientales fundamentales la

aparicioacuten tanto de espumas persistentes como de metabolitos de elevada

toxicidad Asiacute desde que en Alemania se fabricoacute el primer detergente

sinteacutetico la industria fomentoacute la produccioacuten de este tipo de compuestos

rebajando costes para introducirlos en un mercado cada vez con mayor

demanda y maacutes competitivo Su uso creciente en formulaciones

comerciales determinoacute que en la deacutecada de los 50 comenzaran a surgir

problemas ambientales de contaminacioacuten por la aparicioacuten de espumas en

riacuteos depuradoras y en aguas subterraacuteneas Pronto se comprobariacutea

mediante la realizacioacuten de diferentes estudios que la causa era la

utilizacioacuten creciente de los tensioactivos ldquodurosrdquo (BABS) y

posteriormente se solucionariacutea este problema con su sustitucioacuten por el

Sin embargo pronto se puso de manifiesto que el uso de otros compuestos

de caraacutecter detersivo entre los que figuraban los tensioactivos no ioacutenicos

nonilfenol etoxilado (NPEO del ingleacutes Nonylphenol Ethoxylate) y

octilfenol etoxilado (OPEO del ingleacutes Octylphenol Ethoxylate) en su

proceso de biodegradacioacuten produciacutean metabolitos como el nonilfenol (NP

del ingleacutes Nonylphenol) y octilfenol (OP del ingleacutes Octylphenol) que

aunque no eran formadores de espuma poseiacutean caraacutecter estrogeacutenico y por

tanto de mayor toxicidad que los compuestos originales Este hecho

determinoacute que se fuese maacutes exigente con el concepto de

biodegradabilidad y se tuviese que distinguir entre biodegradabilidad

primaria y biodegradabilidad final o mineralizacioacuten

44 Tesis Doctoral

La preocupacioacuten de los diferentes gobiernos ante estas problemaacuteticas

determinoacute que comenzaran a aparecer legislaciones que limitaban el uso

de estos tensioactivos duros La primera regulacioacuten se promulgoacute en

Alemania en 1961 y exigiacutea que la biodegradacioacuten de los tensioactivos

anioacutenicos fuese del 80 (biodegradacioacuten primaria)

Con la creacioacuten de la Comunidad Econoacutemica Europea y posteriormente

de la Unioacuten Europea se intentoacute armonizar las diferentes legislaciones y

asiacute aparecieron de manera sucesiva distintas directivas regulaciones y

decisiones de obligado cumplimiento para todos los estados miembros

Estas normativas han ido resolviendo los problemas ambientales conforme

se poniacutean de manifiesto y regulaban el uso de los detergentes en todos los

estados miembros Asiacute hasta 2004 se promulgaron una gran cantidad de

bull La Directiva 73404CEE relativa a la aproximacioacuten de las

legislaciones de los Estados miembros en materia de detergentes

bull La Directiva 73405CEE referente a la aproximacioacuten de las

legislaciones de los Estados miembros relativas a los meacutetodos de control

de la biodegradabilidad de los tensioactivos anioacutenicos

de la biodegradabilidad de los tensioactivos no ioacutenicos

bull La Directiva 82243CEE que modifica la Directiva 73405CEE

referente a la aproximacioacuten de las legislaciones de los Estados miembros

relativas a los meacutetodos de control de la biodegradabilidad de los

tensioactivos anioacutenicos

bull La Directiva 8694CEE por la que se modifica la Directiva

73404CEE referente a la aproximacioacuten de las legislaciones de los

Estados miembros en materia de detergentes

Por motivos de claridad y racionalidad dichas normas en 2004 fueron

actualizadas y refundidas en un soacutelo texto Reglamento (CE) Nordm

648200421 de 31 de marzo de 2004 sobre detergentes y actualmente en

vigor Este Reglamento establece normas destinadas a lograr la libre

circulacioacuten de detergentes y tensioactivos para detergentes en el mercado

europeo garantizando al mismo tiempo una elevada proteccioacuten del medio

ambiente y de la salud humana A estos efectos dicho Reglamento

armoniza algunas normas de comercializacioacuten de estas sustancias en lo

referente a la biodegradabilidad a las restricciones o prohibiciones por

motivos de biodegradabilidad al etiquetado adicional de los detergentes a

la informacioacuten que los fabricantes deben tener a disposicioacuten de las

autoridades competentes y del personal meacutedico de los Estados miembros

Ademaacutes establece una nueva definicioacuten de detergente que se ampliacutea y

una serie de condiciones caracteriacutesticas y liacutemites que estas sustancias

deben presentar para su correcta comercializacioacuten La principal novedad

es el requerimiento de biodegradacioacuten final como necesaria para estipular

la limitacioacuten de su comercializacioacuten Otra de las novedades es que

establece los meacutetodos de ensayos y analiacuteticos para evaluar la

biodegradabilidad final de todos los tensioactivos anioacutenicos no ioacutenicos

21 CEE (2004) Reglamento del Parlamento Europeo y del Consejo de la Unioacuten Europea

6482004CE sobre detergentes (DO L 104 de 08042004) Bruselas 2004

46 Tesis Doctoral

catioacutenicos y anfoteacutericos (estos dos uacuteltimos contemplaacutendose por primera

Recientemente ha sido modificado en sus anexos III y VII en lo referente

a los meacutetodos de ensayos de biodegradacioacuten final y a normas de

etiquetado e informaciones sobre sus ingredientes por el Reglamento

(CE) Nordm 907200622 de 21 de junio de 2006

2- TENSIOACTIVOS ANIOacuteNICOS JABOacuteN Y SULFATO DE

ALQUILBENCENO LINEAL (LAS)

21 - Descripcioacuten y propiedades del LAS y el jaboacuten

211 - Descripcioacuten propiedades fiacutesicas y quiacutemicas del LAS

Entre los tensioactivos anioacutenicos el sulfonato de alquilbenceno lineal es

uno de los maacutes ampliamente utilizados en el mundo El LAS presenta un

proceso de fabricacioacuten a partir de tecnologiacuteas petroquiacutemicas ampliamente

establecidas Su comportamiento tensioactivo se debe a su caraacutecter

anfipaacutetico es decir a la diferente solubilidad que poseen las dos partes

principales de que consta su moleacutecula una parte hidroacutefila que consiste en

un grupo sulfoacutenico polar (-SO3-) unido al benceno en posicioacuten para

respecto a la parte hidroacutefoba eacutesta consiste en una cadena alquiacutelica lineal

de longitud variable y a la que se une el anillo benceacutenico en distintas

posiciones Para mantener la neutralidad de la moleacutecula el LAS suele

tener desde un punto de vista comercial como contraioacuten el catioacuten Na+

22 CEE Reglamento nordm 9072006 de la Comisioacuten de 20 de junio de 2006 por el que se

modifica el Reglamento (CE) nordm 6482004 sobre detergentes con el fin de adaptar sus anexos III y VII (DO L 168 de 21062006) Bruselas 2006

La mezcla comercial de LAS contiene una serie de homoacutelogos que difieren

en la longitud de la cadena alquiacutelica siendo los maacutes habituales los

comprendidos entre 10 y 13 aacutetomos de carbono La distribucioacuten en

homoacutelogos de la muestra suele seguir la siguiente relacioacuten molar23

C10C11C12C13=13303324 siendo la media en carbono de 116 y con

un contenido en 2-fenil (2Oslash) isoacutemeros entre 18 y el 29 24252627 A su

vez cada homoacutelogo es una mezcla de isoacutemeros 20 en total los cuales

surgen en funcioacuten de la distinta posicioacuten en la que el anillo benceacutenico estaacute

unido a esta cadena lineal

A pesar de esta diversidad existen una serie de patrones de composicioacuten

bien definida para el LAS Dependiendo del proceso de siacutentesis del LAB el

precursor del LAS20 la cantidad de sulfonato de alquilbenceno lineal suele

variar entre 93 y el 98 Del mismo modo se suele encontrar entorno al

5 de mono-metil sulfonato de alquilbenceno (iso-LAS)28 Las tetralinas

sulfonadas (DATS) suelen aparecer en una proporcioacuten algo menor al

23 Human amp Environmental Risk Assessment on ingredients of European household

cleaning products (HERA) Linear Alkyl Benzene Sulphonate (LAS) 2007 24 Feijtel TCJ Mathijs E Rottiers A Rijs GBJ Kiewiet A de Nijs A AISCESIO

environmental surfactant monitoring programme Part 1 LAS monitoring study in ldquode Meerrdquo STP and receiving river rdquoLeidsche Rijnrdquo Chemosphere 30 1053-1066 1995

25 Feijtel TCJ Van de Plassche (1995) Environmental risk characterization of 4 mayor surfactants used in the Netherlands RIVMNVZ Report No 679101025

26 Cavalli L Clerici R Radici P Valtorta L Update on LABLAS Tenside Surf Det 36 254-258 1999

27 Valtorta L Radici P Calcinai D Cavalli L Recent development of LABLAS Riv It Sostanze Grasse LXXVII 73-76 2000

28 Nielsen AM Britton LN Beall CE Russel GL Biodegradation of coproducts of commercial LAS Environ Sci Technol 31 3397-3404 1997

29 ECOSOL Statistics Brussels 2005

48 Tesis Doctoral

Figura 113- Ejemplo de moleacutecula del LAS-Na

En la Tabla 13 se muestran las propiedades fiacutesicas y quiacutemicas del LAS

comercial (C116)30

30 SIDS Assessment report on LAS Sponsor country USA 2005

(CH 2)mn(H 2C)H3C CH 3CH

(CH 2)mn(H 2C)H3C CH 3

Tabla 13- Propiedades fiacutesicas y quiacutemicas del LAS

LAS PROTOCOLO RESULTADOS

Descripcioacuten molecular Sal soacutedica del aacutecido orgaacutenico

Peso Molecular [gmiddotM-1] (C116H242)C6H4SO3Na 3424

Presioacuten de vapor a 25ordmC

Calculada como C12 (3-17) middot 10-13

Punto de ebullicioacuten [ordmC]

Calculada como C12 637

Punto de fusioacuten [ordmC] Calculada como C12 277

Coeficiente de particioacuten Octanolagua

[log10]

Concentracioacuten miscelar criacutetica (CMC) [gmiddotL-1]

Experimental 065

Solubilidad en agua [gmiddotL-1]

Experimental 250

Densidad [KgmiddotL-1] Experimental relativa 106

pH (5 LAS en disolucioacuten acuosa)

Experimental 7-9

Constante de Henry [Pamiddotm3middotmol-1]

Calculada como C12 635 middot 10-3

212 - Descripcioacuten del jaboacuten

Seguacuten la Real Academia de la Lengua se define jaboacuten31como rdquo Pasta que

resulta de la combinacioacuten de un aacutelcali con los aacutecidos del aceite u otro

cuerpo graso Es soluble en el agua y por sus propiedades detersorias

sirve comuacutenmente para lavarrdquo Del mismo modo la Academia diferencia

entre dos tipos de jaboacuten

31 Paacutegina web del Diccionario de la Real Academia Espantildeola httpbusconraeesdraeISrvltConsultaTIPO_BUS=3ampLEMA=jabon

50 Tesis Doctoral

Jaboacuten blando rdquoAquel cuyo aacutelcali es la potasa y que se distingue por su

color oscuro y su consistencia de unguumlentordquo

Jaboacuten duro ldquoAquel cuyo aacutelcali es la sosa y se distingue por su color

blanco o jaspeado y su mucha consistenciardquo

El jaboacuten por tanto son sales de metales alcalinos (sodio y potasio) de

aacutecidos carboxiacutelicos los cuales estaacuten comprendidos en un rango de cadena

carbonada entre C12-C22

Desde un punto de vista praacutectico los aacutecidos grasos maacutes importantes para

la formacioacuten del jaboacuten comercial son C12 (dodecil) aacutecido saturado C14

(miriacutefico) aacutecido saturado C18 (esteaacuterico) aacutecido saturado C181 (oleico)

aacutecido monoinsaturado En la Figura 114 podemos ver la estructura de

estos compuestos

Figura 114- Estructura de las sales soacutedicas de los aacutecidos grasos

213 - Propiedades fiacutesicas y quiacutemicas del jaboacuten32

Las propiedades fiacutesicas y quiacutemicas generales difieren sensiblemente

dependiendo del tipo de jaboacuten Por lo tanto para un mejor estudio en las

siguientes tablas se describen por separado las propiedades del jaboacuten

soacutedico y del caacutelcico

Tabla 14- Propiedades fiacutesicas y quiacutemicas del jaboacuten soacutedico

C12-Na C14-Na C16-Na C18-Na C181-Na

Peso molecular [gmiddotmol-1]

223 2504 2784 3064 3045

Punto de fusioacuten [ordmC] 217 227 238 250 251

508 532 555 578 582

Presioacuten vapor a 25ordmC [Pa]

20E-8 39E-9 73E-10 13E-10 17E-10

Coeficiente de particioacuten

Octanolagua [log10]

12 22 32 41 39

Punto de Kraft [ordmC] 215 39 69 77 -

CMC [gmiddotmol-1] 58 26 11 056 -

cleaning products (HERA) Fatty acids metals (Soaps) 2003

52 Tesis Doctoral

Tabla 15- Propiedades fiacutesicas y quiacutemicas del jaboacuten caacutelcico

C12-Ca C14-Ca C16-Ca C18-Ca C181-Ca

2404 2685 2965 3246 3226

Punto de ebullicioacuten[ordmC] 308 335 358 382 385

P vapor a 25ordmC [Pa] 005 77E-3 14E-3 26E-4 22E-4

Seguacuten se observa a medida que va aumentando la cadena alquiacutelica

tambieacuten se ve incrementado el punto de fusioacuten y el punto de ebullicioacuten de

manera proporcional al peso molecular pero sin embargo va

disminuyendo la presioacuten de vapor Por otro lado la insaturacioacuten C181 no

afecta de manera notable en las propiedades siendo muy similar a las

obtenidas para el homoacutelogo saturado Por el contrario si comparamos los

dos tipos de jaboacuten podemos observar diferencias significativas en todas

las propiedades ya que el punto de fusioacuten y de ebullicioacuten tiene valores

maacutes elevados para el caso del jaboacuten tipo soacutedico en cambio la presioacuten de

vapor calculada es mayor para el jaboacuten tipo caacutelcico

Una mencioacuten aparte requiere el estudio de la solubilidad ya que esta

propiedad es la principal causa estudiada que determina el

comportamiento del jaboacuten desde un punto de vista ambiental y de

aplicacioacuten

Los jabones soacutedicos saturados son solubles en agua el jaboacuten C18-Na se

disuelve muy lentamente y el jaboacuten insaturado C181-Na es soluble en

agua El jaboacuten de sales soacutedicas es mucho maacutes soluble que el de sales

caacutelcicas Por debajo de pH 7 el jaboacuten es insoluble en agua debido a la

formacioacuten del aacutecido graso libre insoluble en agua

Hay pocas medidas de datos para la solubilidad en agua La variacioacuten de

la solubilidad con la longitud de la cadena no es intuitiva Por ejemplo la

sal de sodio del aacutecido graso C16 tiene un valor de 2000 mgmiddotL-1 (a 20 ordmC)

mientras que la sal equivalente de la cadena de C18 es 50000 mgmiddotL-1 (a 20

ordmC) Por intuicioacuten estos valores son mucho maacutes altos que los esperados ya

que como la longitud de cadena aumenta se esperariacutea que la solubilidad

disminuyera Sin embargo las referencias encontradas muestran una

tendencia diferente33

Tabla 16- Solubilidades de los jabones soacutedico

JABOacuteN SOLUBILIDAD (mgmiddotL-1) 20 ordmC

C12-Na 22000

C14-Na -

C16-Na 2000

C18-Na 50000

C181-Na 100000 (12ordmC)

Es posible que el efecto del punto de Krafft (TK) y los valores de

concentracioacuten micelar criacutetica (CMC) expliquen algunas de estas

observaciones El punto de Krafft se define como la temperatura a la cual

la solubilidad del surfactante es igual a la CMC y se caracteriza por un

aumento raacutepido de la solubilidad por encima de esta temperatura Si se

tiene en cuenta los valores de del punto de Krafft mostrados en la Tabla

33 Stephen H Stephen T Solubilities of inorganic and organic compounds Pergamon

Press NewYork 1963

54 Tesis Doctoral

13 se puede explicar la alta solubilidad del jaboacuten soacutedico de cadena C12

ya que su punto de Krafft es de 215 ordmC sin embargo no se puede concluir

los mismo para el jaboacuten de cadena maacutes alta (C16 y C18) debido a que

presentan una gran solubilidad pero un alto punto de Krafft

En 1992 Clint34 basaacutendose en estudios previos justificoacute este anoacutemalo

comportamiento Seguacuten Clint el causante de los altos puntos de Karfft

para el jaboacuten de cadena larga era el exceso de iones OH- y Na+ los cuales

se obteniacutean de la siacutentesis del mismo ya que se habiacutea demostrado que la

presencia de iones haciacutea subir el punto de Krafft35

A pesar de todos estos estudios sigue sin justificarse con claridad la

solubilidad del jaboacuten soacutedico debido a que experimentalmente es maacutes

complicado disolver un jaboacuten soacutedico de cadena larga que un homoacutelogo

maacutes corto

Menos ambiguumledad hay a la hora de explicar las solubilidades del jaboacuten

tipo caacutelcico y magneacutesico ya que seguacuten Weast36 su comportamiento es

maacutes intuitivo

34 Clint JH Surfactant Aggregation Blackie Glasgow and London 1992 35 Hato M Tahara M Suda Y Colloidal properties of aqueous bivalent metal

dodecylpoly (oxythylene) sulphates and hexadecyl(oxyethylene)sulphate J Coll Interface Sci 72 458 1979

36 Robert C Weast Handbook of Chemistry and Physics The Chemical Rubber CO 1969-1970 50th edition

Tabla 17- Solubilidades de los jabones caacutelcicos

C12-Ca 87

C14-Ca 057

C16-Ca 0037

C18-Ca 00023

C181-Ca 40 (25 ordmC)

Tabla 18- Solubilidades de los jabones magneacutesicos

C12-Mg 70 (25 ordmC)

C181-Mg 240 (25 ordmC)

Seguacuten los datos referidos a medida que va aumentando la cadena

alquiacutelica el jaboacuten se va haciendo maacutes insoluble con la excepcioacuten del

jaboacuten con insaturacioacuten el cual es maacutes soluble Por otro lado el jaboacuten

caacutelcico presenta una menor capacidad a ser disuelto que el magneacutesico

214 - Capacidad detersiva del jaboacuten y del LAS

La capacidad detersiva del jaboacuten y del LAS radica en su elevado poder de

humectacioacuten emulsificacioacuten y dispersioacuten

56 Tesis Doctoral

La suciedad que se encuentra en la ropa estaacute formada principalmente por

partiacuteculas de grasa incrustadas en las fibras de tejido esta sustancia grasa

no puede ser eliminada simplemente con agua debido a su insolubilidad

Sin embargo estos agentes tensioactivos disminuyen la tensioacuten superficial

del medio incrustaacutendose el extremo apolar lipofiacutelico de la moleacutecula de

tensioactivo en la suciedad y quedando expuesto el extremo polar soluble

en agua de manera que solubiliza la sustancia a eliminar del tejido

El poder de humectacioacuten del jaboacuten y del LAS es un aspecto muy

importante a tener en cuenta en el proceso de lavado ya que para que este

proceso sea eficaz la fibra textil debe entrar en contacto iacutentimo con la

disolucioacuten de lavado Este proceso depende de la temperatura

concentracioacuten de tensioactivo y del sustrato

El mecanismo de ldquorolling-uprdquo37 consiste en la eliminacioacuten de la mancha

aceitosa o soacutelida del tejido Se produce como consecuencia de la

disminucioacuten de la tensioacuten superficial provocada por el tensioactivo

Como consecuencia de esto el aacutengulo de contacto que forma el borde de

la peliacutecula de grasa que conforma la mancha comienza a crecer

provocando asiacute la formacioacuten de gotas y su posterior desprendimiento del

tejido Se puede considerar que dicho proceso consta de cuatro fases

- En la primera fase el tensioactivo (jaboacuten o LAS) es adsorbido por

la peliacutecula de grasa y por el sustrato

37 Berth P Jeschke P Consumption and fields of application of LAS Tenside Surf Det

26 75-79 1989

- En la segunda la peliacutecula de grasa se reduce hasta adquirir forma

de gotas bajo la influencia del tensioactivo mantenieacutendose su adsorcioacuten

tanto en la superficie del tejido como sobre las gotas asiacute formadas

- En la tercera fase las fuerzas de repulsioacuten entre las gotas de grasa

y el sustrato ambas cargadas con tensioactivo comienzan a ser tan

intensas que se produce la eliminacioacuten de la mancha del tejido

- Por uacuteltimo las propiedades emulsionantes del agente detersivo

comienzan a actuar para que las gotas de suciedad cargadas de

tensioactivo sean emulsionadas y puedan asiacute ser arrastradas por la

disolucioacuten de lavado sin riesgo de que sean redepositadas sobre el tejido

Figura 115- 1 Esquema del fenoacutemeno de ldquorolling uprdquo producido cuando la disolucioacuten del tensioactivo en medio acuoso (A) y el residuo aceitoso (B) entran en contacto 2 Esquema de las diferentes fases del proceso

58 Tesis Doctoral

El jaboacuten y el LAS poseen una propiedades emulsionantes muy elevadas

incluso a bajas concentraciones

El proceso de eliminacioacuten de partiacuteculas soacutelidas es similar al ya descrito

Sin embargo en este caso el proceso de limpieza comienza con la

acumulacioacuten de carga negativa sobre las partiacuteculas soacutelidas y sobre el

tejido o superficie soacutelida (vidrio porcelana metal etc) a limpiar Esto

sucede gracias a distintas adsorciones del tensioactivo sobre las diferentes

superficies Como consecuencia de este proceso de carga y adsorcioacuten los

potenciales interfaciales (potenciales zeta -ζ-) son alterados de manera

que se permite la eliminacioacuten de la partiacutecula cargada de LAS del sustrato

gracias al arrastre realizado por disolucioacuten de lavado

Figura 116- Eliminacioacuten de una partiacutecula soacutelida

22 - Siacutentesis

221 - Siacutentesis del LAS

La siacutentesis del LAS comprende tres pasos fundamentales la obtencioacuten de

parafina la siacutentesis del alquilbenceno lineal (LAB) y la sulfonacioacuten

posterior de eacuteste originando finalmente y tras su neutralizacioacuten el

sulfonato de alquilbenceno lineal (LAS)

bull Obtencioacuten de la parafina

La materia prima para la siacutentesis del LAB la n-parafina proviene

habitualmente de la destilacioacuten del crudo de petroacuteleo donde la fraccioacuten de

queroseno es tratada a traveacutes de tamices moleculares u otros dispositivos

que separan estas cadenas lineales de las ramificadas El procedimiento

maacutes utilizado y que emplea CEPSA QUIacuteMICA (principal productor

mundial de LAB en su planta de San Roque-Espantildea) para la obtencioacuten de

n-parafinas de rango C10 - C14 se basa en el proceso Molex de Universal

Oil Products (UOP) donde el queroseno es sometido a un

hidrotratamiento para eliminar impurezas especialmente azufre que

puede ocasionar dantildeos en los tamices moleculares para posteriormente

realizar la extraccioacuten de las n-parafinas mediante un proceso de adsorcioacuten

selectiva sobre tamices moleculares

Todas la n-parafinas obtenidas por este procedimiento son de alta pureza

(alrededor del 98 - 99) Por este motivo son productos que se pueden

utilizar como disolventes en una gran cantidad de aplicaciones

60 Tesis Doctoral

Figura 117- Proceso de la extraccioacuten de parafinas simplificado

bull Siacutentesis del alquilbenceno lineal (LAB)

Una vez obtenidas las parafinas eacutestas son sometidas a una reaccioacuten de

alquilacioacuten Para ello existen principalmente tres alternativas para su

siacutentesis que difieren en el tipo de catalizador aacutecido usado y en el reactivo

a alquilar siendo mono-olefinas en algunos casos y cloroparafinas en

Cabe destacar que durante el proceso de formacioacuten de los derivados

olefiacutenicos la posicioacuten del doble enlace o de la cloroparafina generada es

aleatoria dando lugar a un abanico de isoacutemeros los cuales caracterizaran

al LAB y por ende al LAS

En la Figura 118 se muestran los procesos maacutes usados para la obtencioacuten

del LAB

Queroseno

Tamices

Moleculares

98 n-parafinas

Aromaacuteticos

1 Proceso AlCl3

2 Proceso HF

3 Proceso DETAL

Figura 118- Proceso de siacutentesis del LAB

El proceso DETAL fue creado por CEPSA-QUIacuteMICA y UOP en la

deacutecada de los 90 Este meacutetodo evita el siempre complejo manejo del

aacutecido fluorhiacutedrico Ademaacutes este proceso proporciona ventajas tales como

62 Tesis Doctoral

simplificacioacuten del proceso de fabricacioacuten mejora del rendimiento y de la

calidad del producto final

bull Siacutentesis del sulfonato de alquilbenceno lineal (LAS)

Maacutes del 98 del LAB producido es convertido despueacutes de sulfonarlo en

el correspondiente aacutecido sulfoacutenico Inicialmente se empleaba oacuteleum

(aacutecido sulfuacuterico fumante) asiacute como aacutecido sulfuacuterico como agentes

sulfonantes tanto en reactores en discontinuo como en el llamado ldquosistema

de cascadardquo

Figura 119- Esquema de la sulfonacioacuten con oleum

En las plantas industriales modernas el proceso de sulfonacioacuten del LAB se

ha mejorado considerablemente con el empleo de reactores de peliacutecula

descendente (FFR del ingleacutes Falling Film Reactors) donde se antildeaden los

reactivos (S03 y el LAB) el cual es seguido por un proceso de digestioacuten y

para completar la reaccioacuten de un hidrolizador Durante la reaccioacuten de

sulfonacioacuten el grupo ndashS03 es introducido es la posicioacuten para del anillo

benceacutenico del LAB

Figura 120- Etapas del proceso de sulfonacioacuten

Mediante la sulfonacioacuten del LAB se obtiene el correspondiente aacutecido

sulfoacutenico (HLAS) el cual es neutralizado obteniendo finalmente el LAS

seguacuten la reaccioacuten

Figura 121- Esquema del proceso de siacutentesis del LAS

64 Tesis Doctoral

222 - Siacutentesis del jaboacuten

El jaboacuten se compone de las sales de sodio (o de potasio) de aacutecidos grasos

de 12 a 18 aacutetomos de carbono Las sales de sodio fabricadas en grandes

cantidades es el jaboacuten duro Por otro lado el jaboacuten generado mediante las

sales potaacutesicas se denomina jaboacuten blando Ambos se obtienen

saponificando grasas o aceites o neutralizando aacutecidos grasos con

hidroacutexido o carbonato de sodio o de potasio

La mejor clasificacioacuten del jaboacuten se basa en el uso para los que ha sido

fabricado El de mejor calidad es el jaboacuten de tocador que contienen muy

poco aacutelcali en el cual se utiliza para su siacutentesis grasa y aceite de color

mucho maacutes claro El que le sigue en calidad es el jaboacuten de servicio ligero

que se presta en forma de pastillas polvos graacutenulos y escamas Este

uacuteltimo se usa para lavar la vajilla tejidos de lana etc En este caso se

usan grasas con un color un tanto maacutes oscuras

Las grasas maacutes oscuras se emplean en la fabricacioacuten de jaboacuten para el

lavado de ropa en el hogar domeacutestico Existen tambieacuten el jaboacuten

industrial el cual se fabrica para fines especiacuteficos

bull Meacutetodo baacutesico de fabricacioacuten38

La mayor parte del jaboacuten se fabrica por uno de los dos meacutetodos baacutesicos

siguientes

38 httpwwwtextoscientificoscomjabon

1 Saponificacioacuten de grasas y aceites

2 Neutralizacioacuten de aacutecidos grasos

El maacutes utilizado es el primero porque el equipo requerido para obtener

productos de buena calidad es relativamente sencillo y poco costoso La

produccioacuten y manipulacioacuten de aacutecidos grasos requiere metales resistentes a

los aacutecidos caros y difiacuteciles de conseguir Por ello resulta maacutes faacutecil

fabricar jaboacuten de alta calidad con grasas y aceites neutros antes que

instalar equipos especiales para hacer jaboacuten

bull Composicioacuten y caracteres del jaboacuten

La reaccioacuten quiacutemica que se verifica en la fabricacioacuten del jaboacuten de grasas y

aceites neutros (trigliceacuteridos) se expresa en la forma siguiente

Figura 122- Siacutentesis del jaboacuten

La glicerina se aprovecha como subproducto La cantidad de NaOH

requerida para saponificar una cantidad dada de grasa neutra se calcula

por el iacutendice de saponificacioacuten de la grasa el cual se expresa como el

66 Tesis Doctoral

nuacutemero de miligramos de KOH (a base de 100) necesarios para

saponificar un gramo de grasa El iacutendice de saponificacioacuten se multiplica

por el factor 0715 para obtener el nuacutemero necesario de miligramos de

En la neutralizacioacuten de los aacutecidos grasos la reaccioacuten quiacutemica se expresa

de la siguiente forma

RCOOH + NaOH NaCOOR + H2O

En esta uacuteltima reaccioacuten no se forma glicerina

bull Materias Primas

En la fabricacioacuten del jaboacuten los caracteres fiacutesicos y quiacutemicos del producto

dependen directamente de las materias primas empleadas De las grasas y

aceites se emplean el sebo la manteca aceite de nueces los residuos de la

refinacioacuten y del endurecimiento de aceites de semilla y algunos aceites

marinos

Aacutelcalis En la mayor parte del jaboacuten se utiliza el NaOH como

aacutelcali saponificador o neutralizante En el procedimiento ordinario para

hacer jaboacuten se usa el cloruro de sodio en grandes cantidades para

precipitar el jaboacuten de su solucioacuten en la lejiacutea (fase acuosa)

Los jabones potaacutesicos que se hacen empleando como aacutelcali la potasa

caacuteustica son maacutes solubles en agua que los de sodio No pueden

precipitarse de la lejiacutea por el cloruro de sodio ya que se formariacutea jaboacuten

soacutedico

Las combinaciones de las dos clases de jaboacuten tienen las deseables

caracteriacutesticas del jaboacuten duro maacutes la raacutepida solubilidad y la facilidad de

formar gran cantidad de espuma peculiar del jaboacuten blando

Grasas y Aceites Los aacutecidos grasos maacutes convenientes en el jaboacuten

son el laacuteurico el miriacutestico el palmiacutetico y el oleico que contienen de 12 a

18 aacutetomos de carbono Es evidente que los caracteres del jaboacuten estaacuten

directamente relacionados con los aacutecidos grasos de las materias primas

utilizadas

Los aacutecidos mencionados anteriormente son saturados excepto el oleico y

estos forman la mayor parte de la materia del sebo y del aceite de coco

Este aceite y el sebo en relaciones de 31 y 41 se utilizan en la mayoriacutea

del jaboacuten fabricado para lavanderiacuteas y para el tocador Las foacutermulas

dependen de la calidad deseada sobre el producto terminado

Sebo El sebo se utiliza en la fabricacioacuten de jaboacuten en mayor

cantidad que cualquier otra grasa Se obtiene fundiendo grasas de ganado

vacuno lanar caballar etc y se clasifica en dos grados comerciales

comestible y no comestible La mayor parte del sebo utilizado es no

comestible

Los sebos se clasifican por el American Institute of Meat Packers seguacuten su

color porcentaje de aacutecido graso libre y contenido de humedad contenido

de materia insoluble y contenido de materia insaponificable

El tiacutetulo del sebo crudo es un factor importante para determinar la calidad

del sebo y la dureza del jaboacuten que eacuteste produciraacute El tiacutetulo se define como

el punto de solidificacioacuten de los aacutecidos grasos contenidos en el sebo

68 Tesis Doctoral

expresado en grados centiacutegrados Una grasa cuyo tiacutetulo excede los 40 ordmC

se clasifica como sebo y hasta 40 ordmC se considera como grasa o manteca

El contenido de humedad materia insoluble y materia insaponificable es

material que no produce jaboacuten El sebo de alto tiacutetulo produce jabones

duros y el de tiacutetulo bajo jabones blandos

Grasa La grasa o manteca ocupa el segundo lugar en importancia

entre las materias grasas utilizadas para producir jaboacuten La grasa pocas

veces se utiliza sola en las calderas de saponificacioacuten generalmente se

utiliza combinada con el sebo El jaboacuten hecho con manteca es algo maacutes

blando que el fabricado con sebo y no tienen el olor y la estabilidad

peculiares del fabricado con sebo La manteca contiene mayor porcentaje

de aacutecidos grasos insaturados que el sebo

Aceites Estos aceites a saber de coco de palma marinos de

oliva de cacahuate de maiacutez o de seacutesamo se utilizan combinados con las

grasas ordinarias utilizadas en la fabricacioacuten de jaboacuten Se utilizan para

jaboacuten especiales con propiedades distintas a las del jaboacuten comuacuten Este

jaboacuten no tiene mucha salida debido a que es muy caro por las materias

primas utilizadas

Materiales no grasos Las principales no grasas son la colofina

el aceite de pino y aacutecidos nafteacutenicos Estos materiales no grasos no son

trigliceacuteridos y por consiguiente no se forma glicerina cuando se

transforman en jaboacuten Este jaboacuten se mezcla en pequentildeas cantidades con el

jaboacuten ordinario para el uso en lavanderiacuteas y jaboacuten industrial

Tabla 19- Composicioacuten media de aceites y grasas (valores en )

ACEITE C8-C10 C12 C14 C16 C18 C181 C182 C183

Coco 15 48 18 8 2 6 2 -

Maiacutez - - - 12 2 28 57 1

Oliva - - 8 2 83 6 - -

Almendra

6 50 18 9 2 13 1 -

Soja - - 11 3 23 53 8 -

Sebo (vaca)

- - 6 29 19 44 2 -

Sebo (carnero)

- - 5 25 30 36 4 -

bull Tratamiento de Grasas y Aceites

Las grasas y los aceites utilizados en la fabricacioacuten del jaboacuten se

transportan en barcos camiones-tanques tambores metaacutelicos Al ser

recibidos en las faacutebricas o aacutereas de almacenamiento las grasas y aceites

solidificados se funden por calentamiento con serpentines de vapor

cerrados y se bombean a los tanques de almacenaje Estos tanques tienen

el fondo en forma coacutenica para la sedimentacioacuten del exceso de humedad y

de los materiales insolubles

El tratamiento de las materias primas despueacutes de la sedimentacioacuten

depende del jaboacuten que se intenta producir y del tiempo que estaacuten

almacenadas antes de la saponificacioacuten Pueden ser refinadas y

blanqueadas antes de bombearlas a la caldera del jaboacuten

70 Tesis Doctoral

Es muy importante al almacenar las grasas y aceites para la fabricacioacuten

del jaboacuten conservarlos tan secos como sea posible para evitar su

alteracioacuten por la hidroacutelisis Como resultado de la formacioacuten de aacutecidos

grasos libres durante la hidroacutelisis se oscurece el aceite

Una vez almacenado el sebo blanco se refina de nuevo y se blanquea antes

de ser saponificado El sebo de color se somete a cualquiera de los

diversos tratamientos descolorantes El aceite de coco se refina y blanquea

si ha de ser usado para obtener productos de alta calidad

Proceso de Refinado

La mayor parte de la materia prima se refina por medio de un aacutelcali

caacuteustico para mejorar la calidad Las heces es decir los residuos de dicho

proceso que se asientan en el fondo del tanque contienen algo de aceite

neutro Si la masa de residuos ha de ser convertida en aacutecidos grasos se

saponifica el aceite neutro y luego se hidroliza la masa para liberar los

aacutecidos grasos

Blanqueo

Terminada el proceso de Refinado la materia grasa se blanquea con una

tierra absorbente para producir un jaboacuten de ldquocalderardquo o de color blanco El

blanqueo puede hacerse en vasija abierta bajo presioacuten atmosfeacuterica o en

tanque cerrado a vaciacuteo Es mejor el meacutetodo al vaciacuteo porque quita el olor a

la materia grasa a la vez que la blanquea La materia grasa blanqueada se

filtra en prensas-filtros de placas y se almacenan para el posterior

suministro

Hidrogenacioacuten

Las grasas blandas y los aceites marinos compuestos de gliceacuteridos con

elevado contenido de aacutecidos grasos insaturados pueden ser mejorados por

hidrogenacioacuten La hidrogenacioacuten elimina olores desagradables y endurece

la materia grasa

bull Fabricacioacuten de jaboacuten

La fabricacioacuten de jaboacuten puede hacerse por meacutetodo de tareas (intermitente)

o por meacutetodo continuo La eleccioacuten del procedimiento y de las materias

primas depende de la calidad que se quiera obtener de la instalacioacuten para

el manejo del tratamiento de las materias primas y de los medios para

producir el jaboacuten y recuperar la glicerina

La mayor parte de las faacutebricas de jaboacuten operan con el meacutetodo de Calderas

de plena coccioacuten (intermitente) utilizando materias grasas neutras Con

dicho procedimiento se produce un jaboacuten de alta calidad

Las principales objeciones que se oponen a los meacutetodos continuos de

fabricacioacuten de jabones son

1) No proporcionan la flexibilidad de operacioacuten que es

posible obtener con la caldera

2) Estaacuten muy mecanizados y requieren operarios

especializados

72 Tesis Doctoral

3) No permiten cambiar de una foacutermula a otra sin rehacer

cantidades sustanciales de jaboacuten

4) Consumen mucho tiempo en poner en movimiento y en

para las unidades

Fabricacioacuten intermitente con materias grasas neutras

Meacutetodo de la coccioacuten total Dicho meacutetodo consta de varias etapas

u operaciones mediante las cuales se efectuacutea la saponificacioacuten de las

materias grasas la precipitacioacuten del jaboacuten en la lejiacutea (o fase acuosa) de

jaboacuten concentrada la separacioacuten de la glicerina y las materias coloreadas

de la masa jabonosa por el lavado y la coccioacuten de acabado al objeto de

dar el punto a la masa de manera que mediante reposo forme un jaboacuten

limpio

La saponificacioacuten de la materia grasa debe hacerse con cierta rapidez

aunque regulada La reaccioacuten es exoteacutermica y se realiza en la interfase

aceite - agua Al mezclarse el aceiteagua con el aacutelcali caacuteustico se

produce el primer jaboacuten el cual emulsiona el aceite sin saponificar y

expone asiacute grandes superficies de eacuteste a la accioacuten de la sosa caacuteustica La

saponificacioacuten avanza raacutepidamente cuando se ha formado cantidad de

jaboacuten suficiente para emulsionar todo el aceite

Los aacutecidos grasos libres contenidos en el aceite inician la reaccioacuten antes

que los gliceacuteridos ya que obran por simple neutralizacioacuten El jaboacuten asiacute

formado es el agente emulsionante necesario para iniciar la saponificacioacuten

del aceite neutro

En este proceso suele agregarse la materia grasa al jaboacuten sucio la cual

procede de un proceso anterior El contenido de jaboacuten de este jaboacuten sucio

basta para promover la raacutepida emulsioacuten y saponificacioacuten de la nueva

carga Si los aceites o grasas muy refinados que contienen poca cantidad

de aacutecidos grasos libres o carecen de ellos se echan en una caldera limpia

es difiacutecil iniciar la saponificacioacuten A veces se agrega una pequentildea

cantidad de jaboacuten para facilitar la saponificacioacuten

Durante la saponificacioacuten se antildeade NaCl a la caldera para producir

grumos o graacutenulos Como la sal es electrolito reduce la solubilidad del

jaboacuten en la fase acuosa por lo que el jaboacuten se separa de la disolucioacuten

Esta precipitacioacuten del jaboacuten se llama saladura o graneado del jaboacuten

Manteniendo un grano blando en el jaboacuten durante la saponificacioacuten se

evita el espesamiento de la masa con formacioacuten de noacutedulos duros los

cuales ocluyen grasas sin saponificar dificultando la produccioacuten de un

jaboacuten de buena calidad

En la caldera existen diversas formas fiacutesicas de jaboacuten

Jaboacuten granulado es un jaboacuten grumoso precipitado de la fase acuosa por

saladura o por la adicioacuten de sosa caacuteustica El jaboacuten con foacutermula de

produccioacuten distinta requiere de disoluciones de electrolitos de distinta

fuerza ioacutenica para originar el mismo tipo de grano

Jaboacuten limpio es el producto acabado de la caldera de jaboacuten Contiene un

63 de total de aacutecidos grasos y cantidades pequentildeas de Na2O libre NaCl

y glicerina El total de aacutecidos grasos es tambieacuten influido por el tipo de

acabado y la duracioacuten de la sedimentacioacuten despueacutes del acabado

74 Tesis Doctoral

Jaboacuten gomoso es una disolucioacuten viscosa de jaboacuten que se forma si el

contenido de electrolito en la fase acuosa o lejiacutea es inferior a cierto nivel

Este jaboacuten es difiacutecil de manejar por su alta viscosidad

Jaboacuten sucio (o jaboacuten negro) es una solucioacuten de color oscuro que

contiene algo de jaboacuten y que cae goteando de la masa de jaboacuten despueacutes

del acabado Su color variacutea entre el gris y el negro seguacuten las impurezas

que se sedimenten de la masa de jaboacuten mientras eacutesta permanece en el

estado de grano blando propio del acabado Generalmente el jaboacuten sucio

se une a la carga de una coccioacuten subsiguiente para obtener un jaboacuten de

calidad igual o inferior

En la coccioacuten del jaboacuten la relacioacuten de fase acuosa es muy importante ya

que estaacute relacionada con la recuperacioacuten de la glicerina Dicha relacioacuten

se define como las libras de lejiacutea consumidas por libra de jaboacuten limpio de

63 de total de aacutecidos grasos A veces se denomina relacioacuten de lejiacutea a la

relacioacuten entre la lejiacutea gastada y la grasa saponificada Generalmente se

mantiene baja la relacioacuten para evitar el costo de evaporar gran cantidad de

agua de las lejiacuteas gliceacutericas y el manejo de cantidades grandes de sal

recuperada

Meacutetodo continuo con materias grasas neutras

En los uacuteltimos antildeos se han instalado en todo el mundo faacutebricas de jaboacuten

basadas en el proceso continuo Las fases baacutesicas de fabricacioacuten son

anaacutelogas a las operaciones que se realizan en el meacutetodo de caldera

Se opera en contracorriente y el nuacutemero de lavados depende de la

cantidad de glicerina que ha de ser recuperada del jaboacuten Normalmente se

suelen utilizar dos meacutetodos

Meacutetodo de Sharples En este meacutetodo se usan centriacutefugas de gran velocidad

para separar la lejiacutea del jaboacuten

Meacutetodo Mon Savon Este meacutetodo se aplica a la manufactura continua de

jaboacuten pulido con materias grasas neutras

Fabricacioacuten de Jaboacuten con aacutecidos grasos

Los aacutecidos grasos se obtienen por hidroacutelisis de las grasas y aceites

naturales Los productos de la hidroacutelisis son aacutecidos grasos y agua que

contiene la glicerina Pueden utilizarse aacutecidos grasos destilados para la

fabricacioacuten de jaboacuten especial Los aacutecidos grasos sin destilar se emplean

para obtener jaboacuten de uso industrial

La neutralizacioacuten de los aacutecidos grasos para transformarlos en jaboacuten se

realiza con carbonato de sodio o hidroacutexido soacutedico pudiendo hacerse en

continuo o intermitentemente

Meacutetodo Continuo

Por la facilidad con que los aacutecidos grasos se combinan con la sosa

caacuteustica para formar jaboacuten se usa comuacutenmente el meacutetodo continuo de

saponificacioacuten Cantidades de aacutecidos grasos calientes y de disolucioacuten

caliente de hidroacutexido soacutedico exactamente proporcionadas se juntan en un

aparato mezclador de gran velocidad La concentracioacuten de la disolucioacuten

76 Tesis Doctoral

de soda caacuteustica es tal que el jaboacuten tendraacute el deseado contenido de

humedad La reaccioacuten se verifica raacutepidamente y el jaboacuten producido se

descarga en un tanque que es mantenido en agitacioacuten Se hecha en el

tanque cloruro soacutedico para producir jaboacuten limpio con el deseado

contenido de electrolito Se hacen ensayos analiacuteticos con el jaboacuten de este

tanque y se realizan los ajustes necesarios antes de bombear el jaboacuten

limpio a los tanques de elaboracioacuten

Meacutetodo Intermitente

Se utilizan las calderas ordinarias El carbonato soacutedico neutraliza el

grueso de la carga de aacutecidos grasos y con el hidroacutexido soacutedico se hace el

ajuste final pero tambieacuten puede hacerse la neutralizacioacuten entera con sosa

caacuteustica En la praacutectica se calienta en la caldera hasta ebullicioacuten la

disolucioacuten de carbonato soacutedico y se incorporan bombeaacutendoles

lentamente los aacutecidos grasos fundidos La neutralizacioacuten se verifica

inmediatamente con desprendimiento de gas carboacutenico Terminada la

reaccioacuten se ldquograneardquo el jaboacuten con hidroacutexido soacutedico o con cloruro soacutedico

y se deja sedimentar la fase acuosa Esta disolucioacuten se extrae por el fondo

de la caldera y se hace el acabado del jaboacuten como en el meacutetodo de la

caldera con materias grasas neutras

23 - Consumo y aplicaciones

231 - Consumo y aplicaciones del LAS

El consumo mundial del LAS en el antildeo 200523 fue de 25 millones de

toneladas con una proyeccioacuten de consumo de cerca de 34 millones de

toneladas para el antildeo 201039 Estas cifras ponen de manifiesto que el

LAS40 es uno de los tensioactivos maacutes utilizado en el mercado mundial de

detergentes anioacutenicos justo despueacutes del jaboacuten

En cuanto al consumo total en Europa Occidental su produccioacuten registroacute

un valor de 360 Kilotoneladas (Kton) en el antildeo 200523

Desde el punto de vista de las aplicaciones el LAS es utilizado

principalmente en forma de sales soacutedicas y ocasionalmente potaacutesicas

amoacutenicas magneacutesicas o de trietilamina (TEA)

Principalmente se utiliza como detergente en productos de limpieza

(gt 8023) en formulaciones donde la cadena alquiacutelica posee un nuacutemero

de carbonos de entre 10 y 13 Es empleado en diversos tipos de

formulaciones de detergentes para lavado de ropas incluyendo polvos de

alta y baja densidad liacutequidos liacutequidos concentrados pastas y barras y su

uso estaacute relacionado con su elevada eficacia limpiadora Auacuten dentro del

sector de limpieza domeacutestica el LAS es utilizado en la formulacioacuten de

detergentes para el lavado manual de vajillas Ademaacutes El LAS se

encuentra en la formulacioacuten de detergentes del sector industrial e

39 Penteado J Seoud O Carvalho L Linear Alkylbenzene sulfonates chemistry

environmental impact and analysis Quiacutem Nova 29 1038-1046 2006 40 Berna J European Environmental Safety Legislation Handbook of detergents Marcel

D Dekker Inc New York USA p 318 2003

78 Tesis Doctoral

institucional (lavado de ropa y limpieza de superficies) como tambieacuten en

pesticidas agriacutecolas en procesos especiacuteficos de limpieza en la

preparacioacuten de emulsiones para fluidos lubrificantes en el procesamiento

de metal y en la flotacioacuten de minerales Es utilizado asimismo como

agente emulsionante en las reacciones de polimerizacioacuten en el sector

petroquiacutemico Alquilbencenos con maacutes de 14 carbonos son poco solubles

en agua debido a su hidrofobicidad aunque siacute son solubles en disolventes

orgaacutenicos Disoluciones en aceite mineral son usadas como lubricantes en

procesos industriales de corte y taladrado de metales En la Figura 123

se representa la distribucioacuten de las distintas aplicaciones del LAS23 en los

detergentes

Figura 123- Aplicaciones del tensioactivo LAS en detergentes

En cuanto a la seleccioacuten del tensioactivo o de los tensioactivos empleados

en una formulacioacuten comercial dependeraacute por parte de los fabricantes de

la ponderacioacuten de sus costes y propiedades particulares de cada uno de los

tensioactivos disponibles con la finalidad de obtener costes maacutes bajos con

una adecuada propiedad de limpieza De modo que llevando en

consideracioacuten estos condicionantes el LAS estaacute considerado como agente

tensioactivo de primera opcioacuten dadas sus caracteriacutesticas

Entre sus ventajas41 se puede citar

bull Excelentes propiedades como tensioactivo

bull Buen comportamiento ambiental pues su biodegradabilidad tanto

primaria como final son elevadas es decir tanto el LAS como sus

metabolitos presentan una alta biodegradabilidad y muy baja

toxicidad

bull Compatibilidad con todo tipo de foacutermulas e ingredientes Puede

ser usado en la formulacioacuten de polvos concentrados y liacutequidos

para lavado de ropa lavavajillas

bull Versatilidad de uso en todo tipo de foacutermulas

bull Sinergismo con otros ingredientes habituales de las

formulaciones

bull Muy baja relacioacuten costerendimiento

41 Berna J y colaboradores LAB sulfonation Petresa Avda del Partenoacuten 12-15th floor

28042 Madrid 2001

80 Tesis Doctoral

bull Facilidad de procesado tanto en la sulfonacioacuten con cualquier

equipo o agente sulfonante como en la elaboracioacuten del producto

final en torres de atomizacioacuten o en procesos de aglomeracioacuten

bull Estabilidad del producto sulfonado y neutralizado sin alteracioacuten

del pH con el tiempo (no hidrolizable)

bull Faacutecilmente transportable manipulable y almacenable ya que su

forma aacutecida (HLAS) es quiacutemicamente estable lo que no ocurre

con otros tensioactivos

bull Compatibilidad con agentes tensioactivos para constitucioacuten de

sistemas activos mixtos

232 - Consumo y aplicaciones del jaboacuten

El jaboacuten es el tensioactivo anioacutenico maacutes consumido En 2005 su

produccioacuten se estima en torno a 10000 kton en 200542 En cuanto al

consumo en Europa occidental fue calculado un consumo 700 kton32

teniendo en cuenta que la produccioacuten total de tensioactivos es de 2800

kton32

INTERMEDIAIRES ORGANIQUES (CESIO) Cesio surfactants statistics 2005

Figura 124- Consumo de tensioactivos en Europa Occidental en Kilotoneladas

En cuanto a sus aplicaciones aunque el jaboacuten es por lo general conocido

como agente de limpieza y la mayor parte del jaboacuten que se produce se

utiliza para eacuteste fin tiene otros importantes usos como emulsivo2

Limpieza y Lavanderiacutea Un elevado porcentaje del jaboacuten

sintetizado se destina a aseo y al lavado tanto domeacutestico como industrial

Textiles En la industria textil se emplea el jaboacuten en las

operaciones de lavado remojo enfurtido impermeabilizacioacuten

abrillantado y apresto

Alimentos En la elaboracioacuten de alimentos es imprescindible el

cumplimiento de las normas de higiene El jaboacuten se emplea para tener a

los operarios y sus ropas en buen estado de limpieza para limpiar el

equipo los locales en que se almacenan los alimentos y en muchos casos

para limpiar la superficie exterior de los productos sometidos a

elaboracioacuten El jaboacuten se usa para lavar las frutas y legumbres con objeto

400600

14001600

Anioacutenicos No ioacutenicos Catioacutenicos Anfoteacutericos

Jaboacuten Total

82 Tesis Doctoral

de eliminar los posibles restos de insecticidas la suciedad y materias

extrantildeas de origen orgaacutenico

Jabones Sanitarios Los jabones potaacutesicos son utilizados en la

limpieza de hoteles faacutebricas restaurantes tiendas y edificios de oficinas

Se utilizan tambieacuten jabones liacutequidos para las manos en los cuartos de

aseo se obtienen a partir de aceite de coco Los jabones para el fregado de

los suelos se fabrican con aceites de maiacutez o de soja

Jabones Medicinales Se fabrican muchos jabones con

ingredientes medicinales para destruir bacterias y hongos o para producir

efectos especiales en la piel Tales ingredientes son fenoles aacutecidos

cresiacutelicos compuestos de mercurio azufre G 11 [bis(2 hidroxi 356 tri-

cloro- fenilo)] y clorofila Algunos jabones medicinales son usados por los

cirujanos en la preparacioacuten de operaciones quiruacutergicas

Caucho Sinteacutetico Se utiliza para emulsionar los ingredientes en

agua Se polimeriza la emulsioacuten hasta formar un laacutetex liacutequido artificial

que se coagula y se somete a proceso para la transformacioacuten en caucho

Pinturas El jaboacuten es un importante ingrediente en las pinturas ya

que se emplean con cierta extensioacuten en la elaboracioacuten de pigmentos

Plaacutesticos Se ha tenido buen eacutexito en la polimerizacioacuten de

emulsiones gracias al empleo del jaboacuten El producto es una dispersioacuten en

Papel Se utiliza como detergente emulsivo y lubricante Su

funcioacuten maacutes importante es la emulsiva y se utiliza en la fabricacioacuten de

aprestos acabados y revestimientos

Produccioacuten de petroacuteleo El jaboacuten se usa en lodos de perforacioacuten

para aumentar la produccioacuten de petroacuteleo de los pozos debido a su

propiedad de formar espuma tambieacuten se utiliza en la recuperacioacuten de

petroacuteleo residual de los pozos y en la recuperacioacuten del petroacuteleo del cieno

Agricultura Se utiliza en la fabricacioacuten de insecticidas y para

evitar las infecciones en el ganado

Cosmeacuteticos En la manufactura de los cosmeacuteticos el jaboacuten es por

su poder emulsivo ingrediente importante en casi todas las foacutermulas La

mayor parte de los jabones empleados se forman ldquoin siturdquo durante la

mezcla de la fase acuosa y la oleosa

24 - Comportamiento ambiental del jaboacuten y del LAS

241 - Biodegradabilidad del LAS

El origen del LAS radica en requisitos de tipo ambiental ya que su siacutentesis

nace de la necesidad de encontrar un sustitutivo al sulfonato de

alquibenceno ramificado (BABS) El BABS es una sustancia que presenta

en su estructura una zona lipofiacutelica formada por cadenas ramificadas que

impide que los microorganismos encargados de degradar la materia

orgaacutenica pudieran actuar sobre eacutel Esto provoca la existencia de problemas

de acumulacioacuten de espumas que ademaacutes del impacto visual que genera

impediacutea el adecuado intercambio de oxiacutegeno entre la atmoacutesfera y el medio

84 Tesis Doctoral

acuaacutetico producieacutendose por tanto un empobrecimiento en el nivel de

oxiacutegeno y la consecuente muerte de diversas especies Este fenoacutemeno se

puso de manifiesto a principios de la deacutecada de los 60 en el riacuteo Necker

(Alemania) con concentraciones del orden de 07 mgmiddotL-1 de tensioactivos

anioacutenicos

Otro problema antildeadido es la acumulacioacuten de espumas en las plantas

depuradoras que provoca la muerte de los microorganismos que actuacutea en

los lodos activados bajo condiciones aerobias y de este modo

disminuyese considerablemente la eficiencia de degradacioacuten de dichas

plantas

La solucioacuten teacutecnica al problema de las espumas llegoacute en la deacutecada de los

60 con la sustitucioacuten de los BABS por el LAS lo que praacutecticamente hizo

desaparecer las espumas debidas a esta causa El LAS con su cadena

alquiacutelica lineal es faacutecilmente accesible a este tipo de microorganismos y

por tanto es faacutecilmente biodegradable

Figura 125- Formacioacuten de espuma antes de la siacutentesis del LAS y despueacutes

bull Biodegradacioacuten aeroacutebica en medio acuoso

La primera descripcioacuten detallada de la degradacioacuten aeroacutebica del LAS fue

realizada por Swisher18 y Schoumlberl43 La mayoriacutea de los estudios

realizados en laboratorio indican que el proceso de biodegradacioacuten se

inicia con la oxigenacioacuten de un grupo metilo terminal de la cadena

alquiacutelica y la conversioacuten del alcohol a un grupo carboxiacutelico (ω-

oxidacioacuten) originando los sulfofenil carboxilatos (SPCs del ingleacutes Sulfo

Phenyl Carboxylic Acids) como intermediarios de biodegradacioacuten

(degradacioacuten primaria) Estos compuestos intermedios poseen una

toxicidad mucho menor que la moleacutecula madre44 ademaacutes de que no tienen

propiedades detersivas La tasa de degradacioacuten de los componentes

individuales de una mezcla comercial del LAS (homoacutelogos e isoacutemeros)

dependeraacute de su estructura molecular ya que a) la longitud de la cadena

alquiacutelica estaacute directamente relacionada con la tasa de degradacioacuten

primaria (a mayor longitud maacutes raacutepido se degrada) b) los fenilo-isoacutemeros

localizados en las posiciones centrales son degradados maacutes lentamente

que los isoacutemeros situados en las extremidades4546

Ambos efectos son una consecuencia directa del ataque enzimaacutetico a la

cadena alquiacutelica de la moleacutecula del LAS La relacioacuten entre la estructura

molecular del tensioactivo y su biodegradacioacuten es conocida y llamada

como ldquoPrincipio de la distancia de Swisher18rdquo de forma que de un modo

general se puede decir que la velocidad de degradacioacuten aumenta cuando

43 Schoumlberl P Basic principles of LAS biodegradation Tenside Surf Det 26 86-94 1989 44 Kimberle RA Acuatic and terrestrial ecotoxicology of LAS Tenside Surf Det 26

169-176 1989 45 Setzkorn EA Huddleston RL Allred RC An evaluation of the river die-away

technique for studying detergent biodegradation J Am Oil Chem Soc 41 826-830 1964

46 Swisher RD Biodegradations of ABS in relation to chemical structure J Water Poll Control Fed 351557-1564 1963

86 Tesis Doctoral

se incrementa la distancia del grupo metilo terminal al lugar donde se

acopla el grupo sulfofenilo o cuando se incrementa la longitud de la

cadena alquiacutelica (por ejemplo el isoacutemero 2 C12-LAS se degrada maacutes

raacutepidamente que el 6 C12-LAS y eacuteste a su vez maacutes raacutepidamente que el

6 C11-LAS)

Subsecuentemente a la ω-oxidacioacuten ocurren sucesivas etapas de

oxidacioacuten que van promoviendo la fragmentacioacuten de la cadena alquiacutelica

eliminando 2 carbonos a la vez llamadas de β-oxidacioacuten47 hasta que esta

cadena se quede muy corta Con el resultado de un SPC de cadena muy

corta puede ocurrir la ruptura del anillo benceacutenico siendo eacutesta

considerada la etapa limitante de todo el proceso de degradacioacuten El

mecanismo maacutes aceptado responsable de esta ruptura es la formacioacuten del

4-sulfocatecol48 ya que muchos microorganismos que degradan el LAS

presentan altos niveles de la enzima 4-sulfocatecol 12 dioxigenasa49

Aunque la β-oxidacioacuten es la principal viacutea de destruccioacuten de la cadena

alquiacutelica del LAS tambieacuten puede ocurrir la eliminacioacuten de carbonos a

traveacutes de la α-oxidacioacuten pero esta posibilidad ocurre en menor grado

Esta ruta alternativa fue postulada para intentar explicar el hallazgo del

47 Huddleston RL Allred RC Microbial oxidation of sulfonated alkylbenzenes Dev

Ind Microbial 4 24-38 1963 48 Schulz S Dong W Groth U Cook AM Enantiomeric degradation of 2-(4-

sulfophenyl)butyrate via 4-sulfocatechol in Delfia acidovorans SPB 1 Appl EnvironMicrobiol 66 1905-1910 2000

49 Dong W Radajewski S Eichhorn P Denger K Knepper TP Murrell JC Cook AM Parvibaculum lavamentivorans converts linear alkylbenzenesulphonate surfactant to sulphophenylcarboxylatesα β-unsaturated sulphophenylcarboxylates and sulphophenyldicarboxylates which are degraded in communities Appl Environ Microbiol 96 630-640 2004

C5-SPC como producto de degradacioacuten del C12-LAS50 y la deteccioacuten de

una amplia variedad de SPCs tanto con cadena alquiacutelica con nuacutemero de

carbonos impares y pares como intermediarios durante la degradacioacuten del

C11-LAS51

La biodegradacioacuten completa del LAS concluye con la desulfonacioacuten de la

moleacutecula con total mineralizacioacuten del compuesto en CO2 H2O Na2SO4 y

la incorporacioacuten de estas sustancias a la biomasa del ecosistema5253

(degradacioacuten uacuteltima)

Una de las primeras evidencias que demostroacute que el LAS se biodegradaba

para dar CO2 fue una simulacioacuten llevada a cabo en el laboratorio la cual

consistioacute en dopar el anillo aromaacutetico del LAS con 14C como

radioisoacutetopo54 El seguimiento ambiental del carbono isotoacutepico permitioacute

demostrar la total degradacioacuten del LAS

La biodegradacioacuten primaria del LAS medida por MBAS (del ingleacutes

Methylene Blue Active Substance) o por meacutetodos analiacuteticos especiacuteficos

como HPLC (del ingleacutes High Performance Liquid Chromatographic) en

50 Baggi G Catelani D Colombi A Galli E Treccani V The microbial degradation of

phenylalkanes 1- and 2-phenyldodecane 2- and 3- phenyldodecane-p-sulfonates Ann Microbiol Enzimol 24 317-323 1974

51 Eggert CR Kaley RG Gledhill WE Application of a laboratory freshwater lake model in the study of LAS biodegradation in Proc of the Workshop Microbial Degradation of Polluants in Marine Environments Bourquin AW Eds Pritchard PH US EPA Report 6009-79-012 Bourquin USA pp 451-461 1979

52 Heinze JE Britton LN Anaerobic Degradation Environmental Relevance 3ordm World Conference on Detergent A Cahn AOCS Champaign USA pp 235-239 1994

53 Karsaand DM Porter MRltBiodegradability of surfactants Blackie Academic amp Professional Chapman amp Hall London UK 1995

54 Nielsen AM Huddleston RL Ultimate biodegradation of LAS and ring carbon Developments in Industrial Microbiology V22 Society for Industrial Microbiology 1981

88 Tesis Doctoral

cualquiera de los meacutetodos OECD es mayor del 8055 Del mismo modo

la degradacioacuten ultima del LAS medida por COD (carbono orgaacutenico

disuelto) estaacute comprendida usando lodos activados en un intervalo de

80-95 para el test OECD 3003 A y en un intervalo de 95-98 para el

test OECD 302

Para el test OECD 3003 A se hicieron estudios de la influencia de la

temperatura en la biodegradacioacuten (entre 9-25 ordmC)56 comprobaacutendose que el

tiempo de aclimatacioacuten de los microorganismos variacutea en funcioacuten de la

temperatura siendo maacutes alto a temperaturas maacutes bajas sin embargo el

porcentaje de biodegradacioacuten se mantuvo (gt 95) para todas las

temperaturas ensayadas5758

Considerando la baja toxicidad y la poca persistencia en el medio de los

intermedios de degradacioacuten del LAS los SPCs59 desde un punto de vista

meramente ambiental tiene maacutes sentido el estudio de los paraacutemetros de la

biodegradacioacuten primaria dando una importancia maacutes relativa a resultados

obtenidos por la degradacioacuten uacuteltima Teniendo en cuanta esta premisa se

llevaron a cabo varios estudios para la determinacioacuten de la cineacutetica de

degradacioacuten del LAS y el posterior caacutelculo de la vida media(t05) de su

degradacioacuten primaria En dichos estudios se aplicaron innovadoras

55 EU commission Study on the possible problems for the acuatic environment related to

surfactants in detergents WRc EC 4294 February 1997 56 Prats D y colaboradores The effect of the temperature in the aerobic biodegradation of

anionic and nonionic surfactants 10thGiornate CID Milano 2003 57 Prats D Loacutepez C Vallejo D Varoacute P Leoacuten VM Effect of the temperatura on the

biodegradation of LAS and alcohol ethoxylates Journal of Surfactants and Detergents (9)1 69-75 2006

58 Leoacuten VM Loacutepez C Lara-Martiacuten PA Prats D Varoacute P Gonzaacutelez-Mazo E Removal of LAS and their degradation intermediates at low temperatures during activate sludge treatment Chemosphere 64 1157-1166 2006

59 Kimberle RA Swisher RD Reduction of acuatic toxicity of LAS by biodegradation Water Res 1131 1977

teacutecnicas como por ejemplo el estudio de la evolucioacuten de radioisoacutetopos

(14CO2) mediante LSC (del ingleacutes Liquid Scintillation Counting) y

siguiendo la biodegradacioacuten por una Radio Cromatografiacutea en Capa

Fina60 En estos estudios usando agua como medio se obtuvieron un

tiempo de vida medio para la biodegradacioacuten primaria de 12 horas

(t05=12h)61 Estos resultados son entre 10-15 veces menor al observado en

test donde el medio utilizado es lodo activado

Los estudios de campo llevados a cabo en algunos riacuteos bajo condiciones

ambientales reales mostraron un t05 de entre 1-3 horas indicando que las

cineacuteticas de degradacioacuten eran maacutes raacutepidas que aqueacutellas desarrolladas en el

laboratorio6263 Esta disparidad de resultados se debe a las condiciones

maacutes favorables del medio las cuales son muy difiacuteciles de reproducir en el

laboratorio

Por tanto y en resumen para los posteriores estudios de evaluacioacuten de

riesgos ambiental23 se tomaron como valores verdaderos aqueacutellos

obtenidos bajo condiciones ambientales reales

60 Federle TW Schwab BS Comprehensive approach for assessing the kinetics of

primary and ultimate biodegradation of chemicals in activates sludge application on LAS Environ Sci Technol 31 1178-1184 1997

61 Itrich NR Ferderle TW Primary and ultiacutemate biodegrdation of anionic surfactants under realistic discharge conditions in river water SETAC Meeting Vancouver Canada 1995

62 Schroumlder FR Concentrations of anionic surfactants in receiving river-Pine water Tenside Surf Det 32 492-497 1995

63 Fox KK Holt MS Daniel M Buckland H Guymer I Removal of LAS from a small Yorkshire stream Contribution to GREAT-ER project Sci Total Environ 251252 265-275 2000

90 Tesis Doctoral

Figura 126- Proceso de biodegradacioacuten aeroacutebico del LAS donde se puede observar una posible ruta de degradacioacuten Para que esto ocurra es necesario distintas etapas yo reacciones como (I) ω-oxidacioacuten (II) β-oxidacioacuten (III) remocioacuten de la cadena alquiacutelica con dioxigenacioacuten formando el 4-sulfocatecol(IV) apertura del anillo benceacutenico (V) desulfonacioacuten

bull Biodegradacioacuten bajo condiciones anaeroacutebicas

Se realizaron test de biodegradacioacuten anaerobia6465 en los cuales se midioacute

la degradacioacuten uacuteltima mediante la determinacioacuten de gas generado (CH4)

despueacutes de dos meses de incubacioacuten Los resultados mostraron que el LAS

64 ECETOC Special report No 28 Evaluation of anaerobic biodegradation ECETOC

Brussels 1994 65 ERASM Anaerobic biodegradation Review of scientific information AISECESIO

Brussels 2007

no sufriacutea degradacioacuten significativa bajo las condiciones del ensayo6667

Sin embargo en condiciones de oxiacutegeno limitadas como ocurre en el

mundo real la biodegradacioacuten del LAS puede iniciarse y despueacutes

continuar bajo condiciones anaerobias68 De hecho una poca cantidad de

inoculo es capaz de metabolizar el LAS bajo condiciones anaeroacutebicas

particulares por ejemplo aqueacutellas en las que el LAS es la uacutenica fuente de

azufre69 En cualquier caso la biodegradacioacuten bajo estrictas condiciones

anaeroacutebicas tiene de manera directa poca relevancia ecoloacutegica70

Del mismo modo se llevaron a cabo estudios71 que demostraron que a

pesar de las altas concentraciones de LAS (30 gmiddotKg-1) encontradas en

ciertos compartimentos ambientales anaeroacutebicos (lodos de digestores

anaeroacutebicos de una depuradora de agua residual) no existiacutea ninguacuten riesgo

para la poblacioacuten bacteriana alojada dentro del digestor

bull Biodegradacioacuten en suelo

Existen en la literatura varias referencias de medidas tanto en el

laboratorio como estudios de campo de suelos enmendados con

66 Gejlsbjerg B Andersen TT Madsen T Mineralization of organic contaminants under

aerobic and anaerobic conditions in sludge-soil mixtures J Soils and Sediments 430-36 2004

67 Garciacutea MT Campos E Ribosa I Latorre A Saacutenchez-Leal Anaerobic digestioacuten of LAS biodegradation kinetics and metabolite analysis Chemosphere 60 1636- 1643 2003

68 Leoacuten VM Gonzaacutelez-Mazo E Forja Pajares JM Vertical distribution profiles of LAS and their long-chain intermediate degradation products in coastal marine sediments Environ Tox Chem 20 2171- 2178 2001

69 Denger K Cook AM LAS bioavailable to anaerobic bacteria as a source of sulphur J Appl Microbiol 86 165-168 1999

70 SCHER (Scientific committee on Health and Environmental Risk) Opinion on ldquoEnvironmental risk assessment of non biodegradable detergent surfactants under anaerobic conditionrdquo European Commission Directorate C7 251105 2005

71 Berna JL Ferrer J Moreno A Prats D Ruiacutez Bevia F The fate of LAS in the environment Tenside Surf Det 26101-107 1989

92 Tesis Doctoral

lodos727374 Estas investigaciones consistieron en aplicar una cantidad de

lodos de EDAR con contenido en LAS a parcelas agriacutecolas En todos

estos estudios los tiempos de vida medio calculados para la degradacioacuten

uacuteltima y en estudios de campo estaban comprendidos entre 3-33 diacuteas

En cuanto a los ensayos de laboratorio los cuales fueron obtenidos

mediante el seguimiento con 14C de mezclas de lodo y soacutelido dopado con

LAS los resultaron arrojaron tiempos de vida media para degradacioacuten

uacuteltima de entre 26 y 26 diacuteas757677

Sin embargo por los motivos expuestos anteriormente el estudio del

tiempo de vida medio para la biodegradacioacuten primaria tiene mayor

relevancia ambiental que el medido para la biodegradacioacuten uacuteltima Estos

estudios los que miden el tiempo de vida media de la degradacioacuten

primaria dieron como resultados en estudios de laboratorio t05 de entre

1-3 diacuteas78 En cuanto a los ensayos de campo estos dieron resultados de

tiempos de vida media de entre 3 y 7 diacuteas79

72 Cavalli L Valtorta L Surfactants in sludge-amended soil Tenside Surf Det 36 22-28 1999

73 De Wolf W Feijtel TCJ Terrestrial risk assessment for LAS in sludge amended-soils Chemosphere 36 1319-1343 1998

74 Jensen J Fate and effects of LAS in the terrestrial environment Sci Tot Environ 226 93-111 1999

75 Figge K Schoumlberl P LAS and the application of sewage sludge in agriculture Tenside Surf Det 26 122-128 1989

76 Gejlsjerg B Klinge C Madsen T Mineralization of organic contaminants in sludge-soil mixtures Environ Toxic Chem 20 698-705 2001

77 Gejlsjerg B Madsen T Andersen TT Comparison of biodegradation of surfactants in soils and sludge-amended mixtures by use of 14C-labelled compounds and automated respirometry Chemosphere 50 321- 331 2003

78 Elsgaard L Pojana G Miraval T Eriksen J Marcomini A Biodegradation of LAS in sulfate-leached soils mesocosms Chemosphere 50 929-937 2003

79 Kuumlchler T Schaank W Behaviour of LAS in sandy soils with low amounts of organic matter Chemosphere 35 153-167 1997

bull Degradacioacuten de hidroacutelisis y fotolisis

El LAS sufre tanto reacciones de hidroacutelisis80 como de fotoacutelisis81 sin

embargo ambos fenoacutemenos tienen poca relevancia ambiental

En la Tabla 110 se resumen las principales propiedades de degradacioacuten

del LAS

80 Cross J Anionic surfactans Chemical analysis M Dekker (ed) V8 111-115 1977 81 Venhuls SA Mehrvar M Photolytic treatment of aqueous LAS J Environ Sci

Health 40 1731-1739 2005

94 Tesis Doctoral

Tabla 110- Propiedades de degradacioacuten del LAS

ldquoScreeningrdquo OECD 301 D OECD 303 A

gt 99 (degradacioacuten primaria)

Test de prueba OECD 301 A B D E F

ISO 14931999

gt 70 (COD) gt 60 (evolucioacuten CO2)

Test inherente OECD 302 A B 95-98 (COD)

Test de simulacioacuten OECD 303 A 80-95 (COD)

Rango de biodegradacioacuten en

lodos activados

t05=06-07 h (bio pri) t05=13-14 h (bio ult)

Rango de biodegradacioacuten en agua

de riacuteo

Monitorizacioacuten de riacuteos

t05=12 h (bio pri) t05=18 h (bio ult) t05=1-3 h (bio pri)

Biodegradacioacuten anaeroacutebica

ECETOC Estudio de

investigacioacuten

0 (Bio ult) 5-44 (bio pri)

Estudio de campo Estudio de laboratorio

t05=1-7 diacuteas (bio pri) t05=2-26 diacuteas (bio ult)

Hidroacutelisis Estudio de investigacioacuten

Descomposicioacuten 60-70 en presencia de aacutecidos inorgaacutenicos a

150- 200ordmC

Fotoacutelisis Estudio de investigacioacuten

Degradacioacuten 80-95 bajo laacutempara de

mercurio (200 nm-450 nm)

242 - Eliminacioacuten del LAS

bull Sistema de alcantarillado

El LAS se degrada en torno al 688283 en los sistemas de alcantarillado

eso es debido a la combinacioacuten de una serie de fenoacutemenos adsorcioacuten

precipitacioacuten y biodegradacioacuten Los ensayos realizados en campo

demostraron que los tensioactivos se degradan en mayor o menor

proporcioacuten dependiendo de la longitud del sistema de alcantarillado del

tiempo de residencia y de la poblacioacuten bacteriana84

bull Estaciones EDAR

Existe un gran nuacutemero de referencias8586 que prueban que la eliminacioacuten

del LAS en presencia de lodos activados de EDAR estaacute comprendido

entre el 98 y el 999 Un hecho importante que hizo aumentar la

eficacia de la eliminacioacuten fue cuando se instalaron los reactores de

membrana bioloacutegica en las plantas depuradores los cuales hasta

entonces eran inviables debido a su alto coste87

82 Moreno A Ferrer J Berna JL Biodegradability of LAS in a sewer system Tenside

Surf Det 27 312-315 1990 83 Matthijs E Holt MS Kiewiet A Rijs GB Environmental monitoring for LAS AE

AES AS and soap Environ Toxicol Chem 18 2634-2644 1999 84 Matthijs E Debaere G Itrich N Masscheleyn P Rottiers A Stalmans M The fate of

detergents surfactants in sewer systems Wat Sci Tech 31 321-328 1995 85 Painter HA Zabet T Review of the environmental safety of LAS WRc Report UK

1989 86 Waters J Feijtel TCJ AISECESIO environmental surfactant monitoring programme

outcome of five national pilot studies on LAS Chemosphere 30 1939-1956 1995 87 Terzic S Matosic M Ahel M Mijatovic I Elimination of aromatic surfactants from

municipial wastewaters comparison of conventional activated sludge treatment and membrane biological reactor Water Science and Technology 51 447-453 2005

96 Tesis Doctoral

Haciendo una balance de masas podemos constatar que el LAS se degrada

en un intervalo comprendido entre el 73 y el 83 un porcentaje (15-

20) se queda absorbido en el lodo y tan solo un 2 es liberado al

agua87 (Figura 127)

Figura 127- Eficiencia del proceso de eliminacioacuten del LAS en una planta depuradora

243 - Estudios de monitorizacioacuten

bull Agua superficial

Se han llevado a cabo estudios de monitorizacioacuten en agua residuales en

diferentes paiacuteses de la Unioacuten Europea (Alemania Espantildea Italia Holanda

y Reino Unido) En los mismos usando el mismo protocolo y basaacutendose

en estudios previos88 se obtuvieron un amplio rango de resultados que ha

permitido establecer un mapa actual del contenido de LAS en los efluentes

de depuradoras asiacute como su posterior comportamiento cuando son

aportados a las cuencas fluviales de los riacuteos89909192

De este modo nos podemos encontrar concentraciones de LAS entre 1-15

mgmiddotL-1 7784 en la entrada de las depuradoras y de 8 a 200 microgmiddotL-1 en la

salida de las mismas depuradoras con una media aritmeacutetica sobre 46

datos de 428 microgmiddotL-1 7784 Si tenemos en cuenta el tiempo de vida media

calculado de 3 h la concentracioacuten media de LAS disminuiriacutea a lt 2microgmiddotL-1

en un soacutelo diacutea

La proporcioacuten de cada uno de los homoacutelogos del LAS encontrado difiere

bastante con el comercial ya que su composicioacuten variacutea de manera

significativa C10C11C12C13=4530232 con una media de carbono de 108

frente al 116 comercial Esto es debido a dos procesos a) la

biodegradacioacuten en agua es mayor para los homoacutelogos de mayor cadena y

b) la adsorcioacuten en sedimentos y en soacutelidos en suspensioacuten es menor para

homoacutelogos de cadena corta82839394

88 Cavalli L Gellera A Landone A LAS removal and biodegradation in wastewater

treatment plant Environ Toxic Chem 12 1777-1788 1993 89 Di Corcia A Samperi R Belloni A Marcomini A Zanette M Lemr K Cavalli L

Riv it Sostanze Grasse LXXI 467-475 1994 90 Feijtel TCJ Matthijs E Rottiers A Rijs GBJ Kiewiet A de Nijs A AISCESIO

environmental surfactant monitoring programme Part 1 LAS monitoring study in ldquode Meerrdquo STP and receiving river ldquoLeidsche Rijnrdquo Chemosphere 30 1053-1066 1995

91 Holt MS Water J Comber MHI Armitage M Morris G Newbery C AISCESIO environmental surfactant monitoring programme SDIA sewage treatment pilot study on LAS Wat Res 29 2063-2070 1995

92 Saacutenchez-Leal J Garciacutea MT Tomaacutes R Ferrer J Bengoechea C Tenside Surf Det 31 253-256 1994

93 Prats D Vazquez B Zarzo D Berna JL Moreno A LAS homologue distribution shift during waste water treatment and composing Environ Tox Chem 12 1599- 1608 1993

98 Tesis Doctoral

De la misma forma en otro estudio de impacto ambiental realizado en el

marco del proyecto GREAT-ER (del ingleacutes Geography-Referenced

Exposure Assessment Toll for European Rivers) se monitorizaron

durante dos antildeos varias depuradoras del Reino Unido y varios riacuteos

analizaacutendose miles de muestras Los resultados dieron medidas de LAS en

los efluentes de depuradora de entre 7 y 273 microgmiddotL-1 Merece la pena

destacar que para aquellas depuradoras con tratamiento terciario adicional

se encontraron concentraciones por debajo de 50 microgmiddotL-1

Finalmente cabe resaltar el estudio realizado por Temmink y

colaboradores95 en el cual se monitorizoacute el comportamiento del homoacutelogo

C12 en una planta depurada a traveacutes del disentildeo de una planta piloto a

escala Para la obtencioacuten de resultados con relevancia ambiental se

establecieron condiciones semejantes a las ambientales El resultado del

estudio arrojoacute que el porcentaje de biodegradacioacuten era mayor del 99

bull Agua subterraacutenea

Actualmente no existen estudios de monitorizacioacuten especiacuteficos para

aguas subterraacuteneas en la Unioacuten Europea Sin embargo en Estados Unidos

se estudioacute el comportamiento del LAS en aguas subterraacuteneas96 En todas

muestras analizadas los contenidos fueron eran inferiores al liacutemite de

deteccioacuten En un estudio posterior tambieacuten en Estados Unidos utilizando

94 Tabor CF Barber LB Fate of LAS in the Mississipi river Environ Sci Technol 30

161-171 1996 95 Temmink H Klapwijk B Fate of LAS in activated sludge plants Water Res 38 903-

912 2000 96 Larson RJ Federle TW Shimp RJ Venturello RM Behaviour of LAS in soil

infiltration and groundwaters Tenside Surf Det 26 116-121 1989

teacutecnicas analiacuteticas maacutes sensibles97 y despueacutes de aplicar cantidades

elevadas de LAS en la superficie se pudieron detectar cantidades de LAS

de hasta 3 microgmiddotL-1

bull Lodos de EDAR

Existen numerosos artiacuteculos que hacen referencia al anaacutelisis del LAS en

lodos EDAR9899100101 La concentracioacuten media encontrada para lodos

aeroacutebicos en estos estudios estaacute siempre por debajo de 05 gmiddotKg-1 de lodo

Sin embargo para lodos anaerobios se llegaron a detectar

concentraciones mucho mayores de gt 1grmiddotKg-1 hasta 30 gmiddotKg-1 Estas

altas concentraciones son debidas a la tendencias que tiene todo

tensioactivo anioacutenico y en concreto el LAS a precipitar en presencia de

aguas duras

Teniendo en cuenta todos los resultados obtenidos desde 1988 hasta 2006

(155 datos) se calculoacute a nivel de la Unioacuten Europea una media de 556

gmiddotKg-1 de LAS en lodos anaerobios donde el valor maacutes alto fue el

encontrado en Espantildea65 (30 gmiddotKg-1)

97 Field JA Barber LB Thurman EM Moore LB Lawrence DL Peage DA Fate

of alkylbenzene sulphonates and diakyltetralin sulphonates in sewage-contaminated groundwaters Environ Sci Technol 26 1140-1146 1992

98 Fraunhofer Anaerobic degradation of detergent surfactans Final report for the European Commission 308pp Fraunhofer-Institute fuumlr Umwelt Oberhausen Germany 2003

99 Jensen J Jepsen SE The production use and qualify of sewage in Denmark Waste management 25 239-247 2005

100 Leschber R Evaluation of micro-pollutans in sewage sludge Provisional report Eds BM Gawlik Bidoglio G European Commission DG JRC Ispra 2004

101 Schowanek D David H Francaviglia R Hall J Kirchmann H Krogh PH Smith S Schraepen N Probabilistic risk assessment for LAS in sewage sludge used on agriculture soil 2001

100 Tesis Doctoral

Al igual que ocurre en agua la proporcioacuten de cada uno de los homoacutelogos

del LAS difiere con respecto al comercial ya que como se mencionoacute con

anterioridad los homoacutelogos de mayor cadena tienen mayor tendencia a

adsorberse que los de menor longitud dando lugar a un composicioacuten de

C10C11C12C13 = 7243930 con una media de 119

Para terminar cabe resaltar que existen notables diferencias de

concentracioacuten de LAS entre un lodo de EDAR huacutemedo y ese mismo lodo

seco despueacutes de varios meses el cual va a ser aplicado en suelos

agriacutecolas ya que en el proceso de secado se puede llegar a perder maacutes de

74 de la concentracioacuten de LAS que habiacutea en el lodo huacutemedo inicial102

Del mismo modo un adecuado proceso de compostaje del lodo EDAR

puede reducir la concentracioacuten del LAS en maacutes de un 98 con una vida

media de 7-9 diacuteas103104105

bull Suelos

La concentracioacuten de LAS en suelos enmendados con lodo por media

ronda los 5 mgmiddotKg-1 No obstante la concentracioacuten depende sobre todo

de cuaacutendo se toma la muestra con respecto al tiempo de aplicacioacuten del

102 Carlsen L Metzon MB Kjelsmark J LAS in the terrestrial environment Sci Total

Environ 290 225-230 2002 103 Petersen PH Degradations fo xenobiotic by composting Ramboll 1999 presented in

the SPTEPA-1999 workshop Denmark 1999 104 Prats D Rodriacuteguez M Muela MA Llamas JM Ferrer J Moreno A Berna JL

Nielsen AM Naylor C Elimination of LAS in sewage biosolids by composting 5th

World Cesio Congress V2 1655-1658 Firenze Italy 2000 105 Sanz E Prats D Rodriacuteguez M Camacho A Effect of temperature and organic

nutriens on the biodegradation of LAS during the composting of anaerobically sludge form a wastewater treatment plant Waste Management 26 1237-1245 2006

lodo Asiacute si tomamos la muestra 30 diacuteas despueacutes de la aplicacioacuten del lodo

es probable encontrarse con valores de LAS por debajo de 1 mgmiddotKg-1106

Un estudio maacutes reciente realizado en la Universidad de Granada9

consistente en la aplicacioacuten estacional de LAS a un parcela agriacutecola y

posterior medida a diferentes profundidades demostroacute que el tiempo de

vida media para una cantidad de muestra de 1gmiddotm-2 de LAS no excediacutea en

ninguacuten caso los 12 diacuteas

bull Sedimentos

Los valores encontrados para el LAS junto a los emisarios marinos se

encuentran comprendidos entre 05 y 53 mgmiddotKg-1 (con una media

aritmeacutetica de 29 mgmiddotKg1 -12puntos-)107

Debido a las mismas razones anteriormente expuestas La distribucioacuten de

homoacutelogos es parecida a la obtenida en el caso de los lodos de EDAR

En la Tabla 111 se resumen el rango de concentraciones tiacutepico de LAS

para diferentes matrices ambientales

106 Solbeacute J Berna JL Cavalli L Feijtel TCJ Fox KK Heinze J Marshall SJ De

Wolf W Terrestrial risk assessment of LAS in sludge-amended soils 5thWorld Cesio Congress V2 1433- 1438 May-June Firenze Italy 2000

107 Cavalli L Cassani G Vigano L Pravettoni S Nucci G Lazzarin M Zatta A Surfactants in sediments Tenside Surf Det 36 254-258 2000

102 Tesis Doctoral

Tabla 111- Concentracioacuten del LAS en diferentes compartimentos ambientales

COMPARTIMENTO AMBIENTAL

CONCENTRACIOacuteN DE LAS TOTAL

Entrada EDAR 1-15 mgmiddotL-1

Salida EDAR 8 ndash 200 microgmiddotL-1

Agua de riacuteo108 lt 2- 47 microgmiddotL-1

Aguas subterraacuteneas 0 ndash 3 microgmiddotL-1

Lodos de EDAR secos lt 1gmiddotKg-1- 30 gmiddotKg-1

Suelos 5 mgmiddotKg-1

Sedimentos de riacuteo 05 - 53 mgmiddotKg-1

244 - Actividad ambiental del LAS

La presencia de los tensioactivos en el medio puede incidir de manera

negativa sobre los individuos que habitan en eacutel Por tanto un aspecto

esencial a estudiar es el de su posible ecotoxicidad Son innumerables los

trabajos publicados sobre la toxicidad del LAS en distintas especies tanto

sobre microorganismos protozoos plancton algas peces crustaacuteceos

insectos o moluscos como sobre plantas comunes tomate patatas

lechugas y otros23

El riesgo ambiental de las sustancias quiacutemicas se estima comparando la

relacioacuten entre la concentracioacuten previsible en el medio (predicted

environmental concentration - PEC) y la concentracioacuten maacutexima esperada

que no produzca ninguacuten efecto (predicted no-effect concentration -

PNEC) esta relacioacuten PECPNEC debe ser siempre menor que la unidad

108 Feijtel TCJ van der Plassche EJ Environmental risk characterization of 4 major

surfactants used in the Netherlands National Institute of Public Health and Environmental Protection Report nordm 679101 025 Bilthoven Netherlands 1995

para que el riesgo ambiental sea bajo En el caso del LAS se han estudiado

diferentes ecosistemas23 obteniendo en todos una relacioacuten menor que la

unidad lo que indica su bajo iacutendice de toxicidad ambiental

Tabla 112- Relacioacuten PECPNEC del LAS en diferentes medios ambientales

LAS PEC PNEC PECPNEC

Agua mgmiddotL-1 0047 027 017

Suelo mgmiddotKg-1 14 35 004

Lodo de EDAR gmiddotKg-1 556 49 011

Efluente de EDAR mgmiddotL-1

027 35 008

Sedimentos mgmiddotKg-1 53 81 065

Se han descrito diversos efectos que los tensioactivos pueden causar sobre

las membranas celulares y proteiacutenas debido a la actividad superficial que

presentan109 Como consecuencia de estos efectos pueden ser inhibidores

de bacterias110 hongos y otros habitantes del ecosistema del suelo Por

esta razoacuten la exposicioacuten del suelo111112 de cultivo a estos compuestos

puede alterar su actividad bioloacutegica accioacuten que es muy importante para la

calidad del suelo y del ciclo nutricional113 ademaacutes pueden inhibir

109 Schwuger MJ Bartnik FG Interaction of anionic surfactants with proteins enzymes

and membranes In Gloxhuber C Ed Anionic Surfactants-Biochemistry Toxicology Dermatology Marcel Dekker New York USA pp 1-49 1980

110 Hartmann L Effect of surfactants on soil bacteriaBull Environ Contam Toxicol 1 219-224 1996

111 Holmstrup M Krogh PH Effects of an anionic surfactant linear alkylbenzene sulfonate on survival reproduction and growth of the soil-living collembolan Folsomia fimetaria Environ Toxicol Chem 15 1745-1748 1996

112 Wilke B Effects of non-pesticide organic pollutants on soil microbial activity AdvGeoEcol 30 117-132 1996

113 Turco RF Kennedy AC Jawson MD Defining soil quality for a sustainable environment Soil Society of America (Special Edition 35) Madison USA p 73-90 1994

104 Tesis Doctoral

notablemente bacterias reductoras de hierro y afectar tanto a bacterias

Gram-negativo como Gram-positivo114

En el caso particular del LAS cabe destacar que la toxicidad de los

homoacutelogos e isoacutemeros que conforman la mezcla comercial es diferente en

cada especie asiacute se puede afirmar que a medida que aumenta la longitud

de la cadena alquiacutelica lineal aumenta la toxicidad del compuesto115

245 - El LAS y la salud Humana

Para evaluar el riesgo de intoxicacioacuten de un cierto compuesto como

consecuencia de su absorcioacuten por el organismo humano existe un

paraacutemetro denominado MOE (Margin of Exposure - Margen de

Exposicioacuten) que se define como la relacioacuten entre NOAEL (No Observed

Adverse Effect Level un indicador de los efectos toacutexicos de una sustancia

en seres vivos y su significado es la maacutexima dosisconcentracioacuten de

exposicioacuten experimental probada al cual no se observan efectos toacutexicos

es decir el maacuteximo nivel sin efecto adverso observado) o cualquier otro

indicador de efectos toacutexicos con la tasa de exposicioacuten humana a la

sustancia en estudio Se considera que un valor de maacutes de 100 es un

margen suficiente para tener en cuenta la posible variabilidad e

incertidumbre de los datos de contaminacioacuten y considerar que la

sustancia no provoca efectos adversos hacia el organismo El NOAEL se

estimoacute para el caso del LAS en 85 mgmiddotKg-1 de peso corporal23

considerando que de los numerosos estudios realizados es el valor que

114 Elsgaard L Petersen SO Debosz K Kristiansen IB Effects of LAS on soil

microbiology Tenside Surf Det 38 2 94-97 2001 115 BKH Consulting Engineers The use of existing data for estimation of the maximum

tolerable environmental concentration of LAS Part I main report Part II data list BKH Deft Netherlands 1993

maacutes se aproxima al LOAEL maacutes bajo que se ha determinado 115 mgmiddotKg-1

de peso corporal23 (LowestObserved Adverse Effect Level el nivel maacutes

bajo con efecto adverso observado) Por tanto el NOAEL estimado se

refiere a la dosis que no produce efectos sobre paraacutemetros bioquiacutemicos

renales que han sido estudiados durante un periodo de 9 meses mediante

administracioacuten oral de dosis variables de LAS a ratas Tambieacuten se

consideroacute que la biodisponibilidad oral del LAS era del 8023 y que la

absorcioacuten es viacutea mayoritariamente gastrointestinal Teniendo en cuenta

esto el valor sistemaacutetico del NOAEL se fijoacute en 68 mgmiddotKg-1 de peso

corporal al diacutea23

En el caso del LAS su extendido uso domeacutestico hace que el riesgo de

exposicioacuten a piel ojos mucosas etc pueda ser elevado La concentracioacuten

a la que se encuentra el LAS en estas formulaciones variacutea entre el 1 y el

50 Aunque el LAS puro es irritante para ojos y piel sus disoluciones

dependiendo de la concentracioacuten pueden llegar a no tener dicho caraacutecter

irritante Disoluciones con una concentracioacuten superior al 65 se

consideran ldquotoacutexicas por ingestioacutenrdquo Los diferentes tipos de contacto con el

organismo humano pueden ser

bull Contacto directo o indirecto con la piel Se deben tener en cuenta

los haacutebitos de limpieza116 que comuacutenmente existen en la zona de Europa

Occidental El LAS se puede encontrar en diferentes tipos de

formulaciones y concentraciones para diferentes tipos de aplicaciones

para formulaciones de lavado de ropa se estima que el contacto con este

tipo de productos es de unos 10 minutos por lavado y que la absorcioacuten de

116 AISE Table of Habits and Practices for Consumer Products in Western Europe 2002

106 Tesis Doctoral

tensioactivos anioacutenicos viacutea cutaacutenea es bastante baja117 (aproximadamente

del 1 en los casos maacutes graves) las disoluciones empleadas para el

lavado contienen como maacuteximo una concentracioacuten de LAS de 22 gmiddotL-1 la

superficie de exposicioacuten que ofrecen las manos y antebrazos se considera

que es de unos 1980 cm2 y que la peliacutecula de disolucioacuten de detergente

que permanece en contacto con la piel tiene un espesor de 100 μm

(001cm) y permanece en contacto 24 horas en el peor de los casos Con

estas premisas se puede estimar la cantidad de LAS absorbido

bull Cantidad diaria de LAS absorbido = 1980 cm2middot001cmmiddot001

(fraccioacuten absorbida) middot 22 mgmiddotcm-3 = 044 mg LAS absorbido en 24 horas

Si el tiempo de exposicioacuten generalmente es de unos 10 minutos por

lavado y esta operacioacuten se realiza unas tres veces al diacutea y que se

considera un peso corporal en el peor de los casos de 60 kg se puede

calcular una tasa de absorcioacuten por la piel de 015 μgmiddotKg-1 de peso corporal

al diacutea Con este dato se puede evaluar el valor del MOE36 resultando ser

de 453000

Aplicando la misma metodologiacutea para calcular la exposicioacuten humana al

LAS se han evaluado de manera similar otras viacuteas de contacto directo

con la piel Los resultados obtenidos son los que a continuacioacuten se

recogen

117 Schaefer H Redelmeier TE Skin barrier Principles of percutaneous absortion S

Karger AG ISBN 3-8055-6326-4 PO Box CH-4009 Basel Switzerland 1996

Tabla 113- Formas de contacto directo de LAS con la piel

Modo de exposicioacuten Tasa de absorcioacuten (microgmiddotKg-1 de peso corporal diacutea)

Margen de exposicioacuten (MOE)

Pretratamiento de ropa 14 486middot104

Lavado de vajillas 009 756middot105

Residuos del lavado 07 970middot104

bull Inhalacioacuten provocada por el uso de aerosoles Otra posible viacutea de

contacto directo del LAS con el organismo es por inhalacioacuten En la

siguiente tabla se recogen las distintas formas en las que se puede inhalar

LAS de manera cotidiana Para realizar estos caacutelculos se ha asumido el

caso extremo de una absorcioacuten total del LAS disponible en suspensioacuten A

continuacioacuten se exponen los valores calculados

Tabla 114- Formas de contacto directo de LAS por inhalacioacuten

Inhalacioacuten de polvo de detergente

0003 gt 107

Aereosoles de productos de limpieza

006 110middot106

bull Ingestioacuten debida a depoacutesitos que puedan existir en platos

ingestioacuten accidental etc Por uacuteltimo la tercera viacutea de exposicioacuten que se

considera es la oral En la siguiente tabla se recogen los resultados

calculados para este tipo de exposicioacuten

108 Tesis Doctoral

Tabla 115- Formas de contacto directo de LAS por ingestioacuten

Ingestioacuten de agua potable

01 68middot105

Restos de LAS en utensilios de cocina

15 450middot104

Si se considera la suma de todas las posibles fuentes de exposicioacuten que se

tienen en cuenta en este estudio resulta que la tasa total es de 015 + 140

+ 009 + 070 + 006 + 010 + 150 = 400 μgmiddotKg-1 por diacutea de donde se

puede deducir que el margen de exposicioacuten total es de 17000 Este margen

es suficientemente alto como para considerar un nivel de confianza

aceptable en la utilizacioacuten domeacutestica de LAS

246 - Biodegradabilidad del jaboacuten

El estudio del comportamiento ambiental del jaboacuten es complicado ya que

su biodegradacioacuten depende en gran medida de su solubilidad Como se ha

mencionado con anterioridad el jaboacuten tiene una gran tendencia a

precipitar en presencia de aguas con alto contenido en sales alcalino-

teacuterreas y por tanto su biodisponibilidad es menor haciendo que su

biodegradabilidad esteacute iacutentimamente unida a su solubilidad118

118 Prats D Rodriacuteguez M Varo P Moreno A Ferrer J Biodegradation for soap in

anaerobic digester and on sludge amended soils Proceedings of the 4th world surfactants congress 3-7VI 233-245 Barcelona 1996

Una vez que esta biodisponible el jaboacuten se degrada en condiciones

aeroacutebicas de la misma manera que un aacutecido graso es decir sufre un szlig-

oxidacioacuten para generar acetil-CoA y energiacutea

Figura 128- Proceso de degradacioacuten de los aacutecidos grasos

Los estudios llevados a cabo32119 sobre la degradacioacuten de jaboacuten

condiciones anaeroacutebicas permiten poner de manifiesto que

119 L oehr RC Roth JC Aerobic degradation of long-chain fatty acid salts Journal

WPCF 11 Part2 385-403 1967

110 Tesis Doctoral

bull El porcentaje de degradacioacuten del jaboacuten dependiacutea en gran medida

de sus propiedades fiacutesico - quiacutemicas solubilidad CMC y

adsorcioacuten

bull La concentracioacuten de sales fundamentalmente de tipo caacutelcico y

magneacutesico en el medio influiacutea de manera notable en la

biodegradacioacuten

bull Al aumentar la cadena alquiacutelica la metabolizacioacuten disminuiacutea

bull La insaturacioacuten en el jaboacuten favoreciacutea su biodegradacioacuten La

posicioacuten y nuacutemero de insaturaciones no influiacutea en su proceso de

asimilacioacuten por el medio

bull Seguacuten los test realizados120 los jabones de hasta longitud de

cadena C18 fueron considerados bajo condiciones aeroacutebicas

como faacutecilmente biodegradables

En la Tabla 116 se resumen los porcentajes de biodegradacioacuten obtenidos

para diferentes tipos de jaboacuten soacutedico en condiciones aeroacutebicas

120 Environmental data review of soaps NVZ in cooperation with European surfactant industry Delft The Netherlands 1994

Tabla 116- Tests de biodegradacioacuten para jaboacuten tipo soacutedico y potaacutesico

JABOacuteN BIODEGRADACIOacuteN MEacuteTODO

C12-Na 58 BOD5

C181-Na 48 BOD5

C18-Na 46 BOD5

C18-Na 60 CO2 (8 diacuteas)

Sebo (C1618-Na) 75 BOD15

C16-Na 55 Warburg (cinco diacuteas)

C12-Na 58 Warburg (dos diacuteas)

C18-Na 79 Sturm (28 diacuteas)

Sebo (C1618-Na) 89 OECD 301D121

C1218-K 95 OECD 301D

Teniendo en cuenta la maacutes que probable presencia de jaboacuten tipo caacutelcico en

el medio se realizaron tests de biodegradabilidad especiacuteficos para este

tipo de jaboacuten122 en condiciones aeroacutebicas los cuales para evitar la posible

insolubilizacioacuten del jaboacuten tipo caacutelcico utilizaron ultrasonidos disolventes

emulsificadores y agitacioacuten continua Los resultados demostraron un

porcentaje de biodegradacioacuten casi cuantitativo Cabe recordar que estos

ensayos se hicieron en condiciones muy especiales imposibles de

reproducir en un ecosistema ambiental real

121 Gerike P The biodegradability testing of poorly water soluble compounds Chemosphere 13 169-190 1984

122 ECETOC Biodegradation test for poorly soluble compounds Technical report No 20 1986

112 Tesis Doctoral

Tabla 117- Tests de biodegradacioacuten para jaboacuten caacutelcico

TEST DURACIOacuteN (DIacuteAS) BIODEGRADACIOacuteN

Sturm 24 91

Sturm 24 99

Sturm 24 82

Sturm 20 82

Sturm 20 84

Sturm 24 88

MITI 32 91

MITI 32 93

bull Biodegradacioacuten en agua superficial

Existe soacutelo un informe32 que nos aporta datos sobre la posible degradacioacuten

en estas condiciones Los resultaron mostraron que para dos

concentraciones de partida fijas (73 mgmiddotL-1 y 247 mgmiddotL-1) y para un

ensayo de 20 diacuteas se obtuvieron porcentajes de biodegradacioacuten del 100

para una mezcla de jaboacuten soacutedico con diferentes tipos de de cadenas

alquiacutelicas A traveacutes de los datos obtenidos se pudo calcular los tiempos de

vida media para cada longitud de cadena

Tabla 118- Tiempos de vida media para el jaboacuten soacutedico en agua superficial

JABOacuteN-Na T05 a 73mgmiddotL-1 (Horas)

T05 a 247 mgmiddotL-1 (Horas)

C8 15 25

C10 24 19

C12 13 18

C14 33 47

C16 59 70

C18 62 70

C181 57 54

C182 33 42

Teniendo en cuenta la diferencia que hay en los tiempos de vida media

para ambas concentraciones se consideroacute para estudios posteriores de

impacto ambiental32 el valor dado por la concentracioacuten maacutes baja como el

verdadero ya que esa concentracioacuten se asemeja maacutes a la encontrada en

ecosistemas reales

bull Biodegradacioacuten bajo condiciones anaerobias

Los tests llevados a cabo122 se basaban en la digestioacuten del jaboacuten bajo

condiciones anoacutexicas las cuales se propiciaban mediante el uso de

inoacuteculos provenientes de lodos activados de depuradora En la siguiente

tabla se resumen los resultados obtenidos por estos tests

114 Tesis Doctoral

Tabla 119- Tests de biodegradacioacuten anaerobios para el jaboacuten

JABOacuteN CADENA TEST DURACIOacuteN

(Diacuteas)

Soacutedico 12 Semicontinuo 20 95

Soacutedico 12 ECETOC 54 100

Caacutelcico 12 Agitacioacuten 5-6 90

Soacutedico 8-18 Semicontinuo 20 67

Soacutedico sebo 16-18 Semicontinuo 20 60

Caacutelcico 18 Agitacioacuten 10 85

Los resultados demuestran que el jaboacuten se degrada en condiciones

anaerobias en cualquiera de sus especies y longitudes de cadena siempre

y cuando se de las condiciones de laboratorio idoacuteneas para mantener al

jaboacuten tipo caacutelcico soluble Del mismo modo se puede apreciar en los

ensayos que el jaboacuten se descompone hasta su degradacioacuten uacuteltima (CH4 +

CO2) De momento no se conoce los posibles intermedios de

biodegradacioacuten anoacutexicos (biodegradacioacuten primaria) que pudiera generar el

jaboacuten

bull Biodegradacioacuten en suelos

Los lodos de EDAR los cuales tienen un alto contenido en jaboacuten se

utilizan en muchos casos para enmendar suelos de origen agriacutecola

Prats118 calculoacute las constantes de degradacioacuten en los suelos agriacutecolas

despueacutes de aplicar en ellos lodos de EDAR El resultado obtenido se

resume en la tabla que viene a continuacioacuten

Tabla 120 Tiempos de vida media y constante de degradacioacuten para el jaboacuten en suelos agriacutecolas

t05 (diacuteas) k (diacuteas-1)

36 00191

247 - Eliminacioacuten y monitorizacioacuten del jaboacuten

Del mismo modo que el resto de los tensioactivos la principal viacutea de

eliminacioacuten del jaboacuten es a traveacutes del vertido en aguas domeacutesticas e

industriales Una vez en el medio aquella parte de jaboacuten que no se ha

degradado de manera aeroacutebica en las aguas superficiales (ver apartado

anterior) va a pasar por un proceso de depuracioacuten en las plantas EDAR

Actualmente soacutelo existe un estudio realizado en 1996 por Prats118 en el

cual se monitorizoacute el comportamiento del jaboacuten desde su deshecho al

sistema de alcantarillado hasta su salida (efluentes) de las plantas EDAR

pasando tambieacuten por su anaacutelisis en la entrada de la estacioacuten depuradora

Para todas las muestras acuosas analizadas se encontraron concentracioacuten

de jaboacuten por debajo de 01 mgmiddotL-1 sin embargo los soacutelidos en suspensioacuten

de esas aguas presentaban concentraciones de jaboacuten entorno al 15 en

masa Este hecho se debiacutea a la gran tendencia que teniacutea el jaboacuten a

precipitar y a adsorberse El calculo que se hizo del tratamiento de agua

residual por medio de balance de materia desde el influente hasta el

influente arrojo como resultado que el 997 de jaboacuten se degrada durante

116 Tesis Doctoral

todo el proceso llevado a cabo en la planta EDAR Este resultado es

similar al obtenido por Matthijs123

Si nos centramos maacutes en el proceso anaeroacutebico tras analizar la entrada y

salida del digestor anaerobio los resultados de Prats mostraron una

biodegradacioacuten aproximada del 70 Estos datos difieren bastante de los

obtenidos en los ensayos de laboratorio en donde el porcentaje de

degradacioacuten anaerobia es entorno al 90

En la siguiente Figura 129 se resumen el estudio que llevoacute a cabo Prats

Del igual manera la tabla posterior muestra de forma resumida los datos

obtenidos en este estudio

Figura 129- Esquema del proceso de eliminacioacuten de jaboacuten en plantas EDAR Datos en Kg

123 Matthijs E Holt M Kiewiet A Rijs G Fate of surfactants in activated sludge waste

water treatment plants outcome of field studies on Linear Alkylbenzene sulphonate alcohol ethoxylate alcohol ethoxy sulphate alcohol sulphate and soap Proceedings of the 4th world surfactants congress 3-7VI 81-86 Barcelona 1996

Tabla 121 Resultados obtenidos par la monitorizacioacuten de jaboacuten en plantas EDAR

JABOacuteN INFLUENTE EFLUENTE ELIMI

TOTAL ()

Masa (Kgmiddotdiacutea-1)

Masa (Kgmiddotdiacutea-1) 996

C12 63 47 70 017 997

C14 33 25 26 0062 997

C16 27 200 28 067 997

C18 (total) 63 470 62 15 997

248 - Actividad ambiental del jaboacuten

Al igual que el LAS el riesgo ambiental del jaboacuten se mide a traveacutes del

cociente entre PEC y el PNEC Los valores obtenidos para el jaboacuten en

diferentes ecosistemas son inferiores a la unidad indicando su baja

peligrosidad desde el punto de vista ambiental Existe soacutelo un tipo de

jaboacuten en donde se supera la unidad el C12 Este valor anoacutemalo se achaca

en el propio estudio34 a la falta de datos fiables ya que los datos

recopilados hasta la fecha son muy escasos por lo que se tuvieron que

hacer muchas extrapolaciones para calcular tanto los valores de PEC

como de PNEC impidiendo sacar conclusiones claras Por lo tanto a

falta de resultados maacutes fiables hay que tomar con precaucioacuten los

resultados que se muestra a continuacioacuten

118 Tesis Doctoral

Tabla 122- Relacioacuten PECPNEC del jaboacuten en diferentes medios ambientales

PECPNEC AGUA SUELO SEDIMENTO EDAR

C10 00143 2083middot10-3 00163 566middot10-4

C12 119 159 134 00192

C14 0426 0433 0481 609middot10-3

C16 0543 0173 0612 893middot10-3

C18 0707 00330 0797 00164

C22 124middot10-3 261middot10-5 139middot10-3 412middot10-4

Para finalizar en cuanto al posible riesgo del jaboacuten para la salud humana

un estudio124calculoacute los valores MOE dando como resultado en el peor

de los casos de 258620 Este tremendo margen fue calculado mediante

todos los posibles escenarios de exposicioacuten Por lo tanto en el estudio se

concluyoacute que el jaboacuten no presentaba ninguacuten riesgo para la salud humana

en ninguno de sus posibles escenarios

25 - Meacutetodos para la determinacioacuten del LAS y el jaboacuten

251 - Meacutetodos para la determinacioacuten del LAS

El amplio uso del LAS en formulaciones de todo tipo desde finales de los

60 ha determinado que este compuesto se haya convertido en el

tensioactivo maacutes ampliamente estudiado Existe numerosa bibliografiacutea

que describe meacutetodos de anaacutelisis basados en distintos tipos de teacutecnicas y

aplicados a matrices de diversa naturaleza Generalmente incluyen etapas

previas de separacioacuten y limpieza con objeto de preconcentrar y minimizar

124 Human amp Environmental Risk Assessment on ingredients of European household cleaning products (HERA) Fatty Acids Salts (soap) Human Health Risk Assessment 2002

o eliminar posibles interferentes A continuacioacuten se describen brevemente

algunos de los maacutes empleados

bull Meacutetodos volumeacutetricos

Son escasos los meacutetodos propuestos de este tipo Como representacioacuten de

ellos destaca el descrito por Thuman125 1987 el cual es capaz de

discernir entre alquil sulfatos (SDS del ingleacutes Sodium Dodecyl Sulfate -

dodecilsulfato de sodio) y sulfonatos de alquilbenceno lineales (LAS)

Consiste en una valoracioacuten del tensioactivo anioacutenico con un tensioactivo

de amonio cuaternario (catioacutenico) disuelto en una mezcla

cloroformoagua el punto final se pone de manifiesto gracias al cambio de

color de rosa a gris que produce una combinacioacuten de bromuro de dimidio

y erioglaucina en etanol La mezcla de tensioactivos anioacutenicos es valorada

antes y despueacutes de un proceso de hidroacutelisis para distinguir asiacute entre SDS y

bull Meacutetodos espectromeacutetricos

Dentro de este apartado se pueden distinguir meacutetodos

espectrofotomeacutetricos y espectrofluorimeacutetricos los cuales suelen ser poco

selectivos y estaacuten sometidos a numerosas interferencias Los primeros se

basan en la formacioacuten de un complejo coloreado con el tensioactivo

anioacutenico Entre ellos se puede citar

125 Thurman EM Willoughby T Barber Jr LB Thorn KA Determination of LAS in

ground water using macroreticular resins and carbon-13 NMR spectrometry Anal Chem 59 1798-1802 1987

120 Tesis Doctoral

- Determinacioacuten de sustancias activas con el azul de

metileno (Methylene Blue Active Substances - MBAS) es el

meacutetodo de anaacutelisis colorimeacutetrico maacutes extendido en

laboratorios de anaacutelisis de rutina Se fundamenta en la

formacioacuten de un complejo coloreado del tensioactivo anioacutenico

con el azul de metileno Este complejo es extraiacutedo en

cloroformo y su coloracioacuten azul es proporcional a la

concentracioacuten de tensioactivo anioacutenico Es un meacutetodo poco

selectivo ya que es sensible a cualquier sustancia anioacutenica

con caraacutecter detersivo de hecho se han realizado estudios

donde se compara este meacutetodo con otros maacutes selectivos126

(HPLC) comprobaacutendose que soacutelo una fraccioacuten de la

concentracioacuten obtenida mediante este meacutetodo es debida al

- Determinacioacuten de tensioactivos anioacutenicos mediante la

formacioacuten del complejo con tris (110 fenantrolina) middot Fe El

liacutemite de deteccioacuten para este meacutetodo es de 05 μgmiddotmL-1

cuando la determinacioacuten se lleva a cabo colorimeacutetricamente

aunque cabe la posibilidad de utilizar espectrometriacutea de

absorcioacuten atoacutemica en horno con grafito127 con este sistema

de medida el liacutemite de deteccioacuten es de 006 μgmiddotmL-1

126 Matthijs E de Henau H Determination of LAS in aqueous samples sediments

sludges and soils using HPLC Tenside Surf Det 24 193-199 1987 127 Crisp PT Eckert JM Gibson NA Kirkbright GF West TS The determination of

anionic detergents at ppb levels by graphite furnace atomic absorption spectrometry Anal Chim Acta 87 97-101 1976

- Determinacioacuten de tensioactivos anioacutenicos basada en la

extraccioacuten del complejo formado entre el tensioactivo y el

(bis) etilendiamina Cu (II) en cloroformo128 Este meacutetodo

posee un liacutemite de deteccioacuten de 003 μgmiddotmL-1 Una variacioacuten

de este meacutetodo de anaacutelisis consiste en antildeadir 1-(2-piridilazo)-

2-naftol (PAN) con dietilamina al extracto clorofoacutermico como

reactivo espectrofotomeacutetrico para el cobre (II)129

Los meacutetodos espectrofluorimeacutetricos estaacuten basados en el hecho de que el

LAS presenta una intensa fluorescencia nativa Como en el caso de los

espectrofotomeacutetricos tambieacuten adolecen de escasa selectividad y son

sensibles a las interferencias que con frecuencia les acompantildean en las

muestras ambientales (nonilfenoles sustancias ioacutenicas aacutecidos huacutemicos

etc) que tambieacuten muestran fluorescencia En bibliografiacutea se han

encontrado diversos meacutetodos de anaacutelisis Entre los maacutes representativos

destaca el propuesto por Rubio-Barroso130 para la determinacioacuten de

tensioactivos anioacutenicos Estaacute basado en la formacioacuten de un par ioacutenico con

Rodamina-B en medio HCl 05 N que es extraiacutedo con benceno el meacutetodo

presenta un intervalo lineal comprendido de 002 - 050 mgmiddotL-1 y se aplica

a aguas residuales urbanas con iacutendices de recuperacioacuten proacuteximos al 100

128 Crisp PT Eckert JM Gibson NA The determination of anionic detergents with the bis (ethylenediamine) cooper (II) ion Anal Chim Acta 78 391-396 1975

129 Rhama Bhat S Crisp PT Eckert JM Gibson NA A Spectrophotometric method for the determination of anionic surfactants at μgmiddotL-1 levels Anal Chim Acta 116 191-193 1980

130 Rubio-Barroso S Gomez-Rodriguez M Polo-Diacuteez LM Fluorimetric Determination of Anionic Surfactants by Extraction as the Rhodamine-B ion pair Microchem J 37 93-98 1988

122 Tesis Doctoral

bull Meacutetodos separativos Cromatografiacutea de gases

Este tipo de cromatografiacutea permite la deteccioacuten de analitos que sean

suficientemente volaacutetiles o que pueden llegar a serlo mediante una

adecuada reaccioacuten de derivacioacuten Los distintos componentes del LAS

poseen una presioacuten de vapor muy baja siendo por tanto muy poco

volaacutetiles por esta razoacuten la muestra de LAS debe sufrir un proceso de

derivacioacuten previo a su anaacutelisis Este proceso de derivacioacuten se puede llevar

a cabo mediante el empleo de diversos agentes derivantes

Tetrabutilamonio hidrogeno sulfato (TBA) Tetraetilamonio hidrogeno

sulfato (TTEA) Tetrametilamonio hidrogeno sulfato (TMA) hidroacutexido de

trimetilfenilamonio (TFMPA) hidroacutexido de (trifuorometil) fenilamonio

(TMPA)131 Cl5P + trifluoro etanol132 anhiacutedrido trifluoro aceacutetico133 e

incluso desulfonacioacuten directa en medio aacutecido134 Tambieacuten es posible

realizar el proceso de derivacioacuten en el puerto de inyeccioacuten Consiste en

someter extractos clorofoacutermicos provenientes de discos C18 a la accioacuten de

un agente derivante en el propio vial Estos extractos una vez inyectados

generan en el inyector el correspondiente eacutester135

Mediante estos procedimientos se forman los derivados volaacutetiles de los

diferentes isoacutemeros y homoacutelogos del LAS neutralizando o eliminando el

131 Field JA Miller DJ Field TM Hawthorne SB Giger W Quantitative

determination of aliphatic and aromatic surfactants in sewage sludge by Ionpair supercritical fluid extraction and derivatization GCMS Anal Chem 64 3161-3167 1992

132 Trehy ML Gledhill WE Orth RG Determination of LAS and DATS in water and sediment by GCMS Anal Chem 62 2581-2586 1990

133 Pratesi CR Facceti L Cassani G Anionic surfactants composition by GCMS La Rivista Italiana delle Sostanze Grasse vol LXXVIII 273-278 2001

134 Osburn QW Analytical methodology for LAS in water and wastes J Am Oil Chem Soc 63 257-263 1986

135 Krueger CJ Field JA In-vial C18 empore disk elution coupled with injection port derivatization for the cuantitative determination of LAS by GC-FID Anal Chem 67 3363-3366 1995

grupo polar -SO3 - responsable de la baja volatilidad del LAS En la

bibliografiacutea mencionada se utiliza como sistema de deteccioacuten la

espectrometriacutea de masas ademaacutes de detectores de ionizacioacuten de llama

(FID)136 ya que la espectrometriacutea de masas ofrece la posibilidad de

identificar a cada componente de la mezcla compleja que constituye el

LAS Esto es posible gracias a la posibilidad de realizar barridos de los

distintos fragmentos en que se descompone la moleacutecula la baja

sensibilidad de este modo de actuar se puede paliar seleccionando un

fragmento en concreto (modo SIM - Selected Ion Monitoring) De este

modo seleccionando el fragmento de cada componente de manera

adecuada es posible diferenciar entre picos cromatograacuteficos parcialmente

solapados como es el caso de los diferentes isoacutemeros que componen cada

familia de homoacutelogos Algunos de estos meacutetodos de anaacutelisis de LAS se

recogen en la Tabla 123

124 Tesis Doctoral

Tabla 123- Meacutetodos de anaacutelisis del LAS mediante cromatografiacutea de gases

Detector Matriz Liacutemite de Deteccioacuten (microgmiddotL-1)

Espectrometriacutea de masas Fangos residuales Identificacioacuten

Espectrometriacutea de masas Muestras acuosas y soacutelidas

Espectrometriacutea de masas Patrones Identificacioacuten

Ionizacioacuten por llama Muestras acuosas y soacutelidas

Ionizacioacuten por llama Aguas residuales 1500

Espectrometriacutea de masas136

Sedimentos 50

Aguas residuales 1000

Sedimentos de lago 3-42

Previo al anaacutelisis cromatograacutefico se debe incluir una etapa de extraccioacuten

y purificacioacuten que permita extraer el analito de la matriz ambiental donde

se encuentre ademaacutes de eliminar posibles interferentes que le acompantildeen

Para este propoacutesito132 se han empleado sistemas de extraccioacuten que

utilizan fluidos supercriacuteticos extraccioacuten Soxhlet etc

136 Ding WH Fann J Determination of LAS in sediments using pressurized liquid

extraction and ion-pair derivatization GC-MS Anal Chim Acta 408 291-297 2000 137 Ding W Lo J Tzing S Determination of LAS and their degradation products in

water samples by GC with ion trap mass spectrometry J Chrom A 818 270-279 1998

138 Reiser R Toljander O Giger W Determination of LAS in recent sediments by GCMS Anal Chem 69 4923-4930 1997

bull Meacutetodos separativos Cromatografiacutea Liacutequida de Alta Resolucioacuten

Mediante este tipo de teacutecnica pueden ser analizadas y separadas sustancias

de muy distinta naturaleza tanto volaacutetiles como no volaacutetiles salvando asiacute

las dificultades que plantea la cromatografiacutea de gases donde las sustancias

no volaacutetiles deben sufrir un proceso de derivacioacuten

La teacutecnica se basa en la diferente velocidad de migracioacuten que adquieren

los distintos componentes de una mezcla cuando atraviesan un lecho fijo o

fase estacionaria que puede ser de naturaleza apolar (modalidad inversa)

polar (modalidad normal) con diferente tamantildeo de poro (cromatografiacutea de

exclusioacuten) quiral etc Otra ventaja de esta teacutecnica respecto a la

cromatografiacutea de gases es el papel activo y no soacutelo portador que juega la

fase moacutevil lo que permite por tanto la optimizacioacuten de la composicioacuten

de la fase moacutevil como otra variable maacutes del sistema cromatograacutefico

Gracias a esta versatilidad y a la escasa volatilidad del LAS la

cromatografiacutea liacutequida ha sido extensamente empleada en el anaacutelisis de

esta sustancia utilizando como sistema de deteccioacuten diversas teacutecnicas

Ademaacutes dado la naturaleza quiral de varios de los componentes del LAS

cabe la posibilidad de utilizar esta teacutecnica para su separacioacuten pudieacutendose

estudiar asiacute el diferente comportamiento que ambos enantioacutemeros del

racemato pudiesen presentar en el medio

En la Tabla 124 se muestran los maacutes significativos

126 Tesis Doctoral

Tabla 124- Meacutetodos de anaacutelisis del LAS mediante cromatografiacutea liacutequida de alta resolucioacuten

Matriz Tipo de cromatografiacutea

Deteccioacuten Liacutemite de deteccioacuten

Muestras acuosas fango sedimento y

suelos127

Fase inversa Absorbancia (UV)

10 mgmiddotL-1

Muestras acuosas139 Fase inversa Fluorescencia 80 microgmiddotL-1

Agua marina140 Fase inversa Fluorescencia 2 microgmiddotL-1

Aguas residuales brutas y tratadas

lodos141

Fase inversa Espectrometriacutea de masas

04-25microgmiddotKg-1

Aguas fluviales tratadas con microbios142

Identificacioacuten

Agua marina y de estuario143

Fase inversa Fluoresencia 09 microgmiddotL-1

Aguas industriales144

Fase inversa (Par ioacutenico)

Espectrometriacutea de masas

45 microgmiddotL-1

Agua marina145 Fase inversa Absorbancia (UV)

100 microgmiddotL-1

Sedimentos146 Fase inversa Fluorescencia Identificacioacuten

139 Castles MA Moore BL Ward S Measurement of LAS in aqueous environmental

samples by HPLC-FD Anal Chem 61 2534-2540 1989 140 Leoacuten VM Goacutemez-Parra A Gonzaacutelez-Mazo E Determinaton of SPC in marine

samples by SPE then HPLC J Anal Chem 371 479-485 2001 141 Riu J Martiacutenez E Barceloacute D Ginebreda A LC-MS determination of LAS and SPC in

influent and effluent water samples and sludges from STP J Anal Chem 371 448-455 2001

142 Knepper TP Kruse M Investigations into the formation of SPC from LAS by LC-MS Tenside Surf Det 37 41-47 2000

143 Leoacuten VM Goacutemez-Parra A Gonzaacutelez-Mazo E Handling of marine and estuarine samples for the determination of LAS and SPC J Chrom A 889 211-219 2000

144 Alonso MC Castillo M Barceloacute D SPE procedure of polar benzene and naphthalene sulfonates in industrial effluent followed by unequivocal determination with ion-pair chromatographyelectrospray MS Anal Chem 71 2586-2593 1999

145 Sarrazin L Wafo W Revouillon P Determination of LAS and its biodegradation intermediates in sea water using SPE and RP-HPLC with UV detection J Liq Chrom amp Rel Tech 22 2511-2524 1999

Tabla 124- Meacutetodos de anaacutelisis del LAS mediante cromatografiacutea liacutequida de alta resolucioacuten (cont)

Patrones147 Intercambiador anioacutenico

Conductividad 14 pmol

Aguas residuales industriales148

Absorbancia (UV)

100 microgmiddotL-1

Absorbancia (UV)

254 microgmiddotL-1

Aguas residuales urbanas150

Fase inversa Fluorescencia Identificacioacuten

Agua de grifo fluvial etc151

Intercambiador anioacutenico

Absorbancia (UV)

Identificacioacuten

Aguas fluviales153 Fase inversa Absorbancia (UV)

Identificacioacuten

Fangos y sedimentos154

Fase inversa Fluorescencia 80 ng

146 Kreisselmeier A Durbeck HW Determination of alkylphenols and LAS in sediments

applying accelerated solvent extraction (ASE) Fresenius J Anal Chem 354 921-924 1996

147 Pan N Pietrzyk DJ Separation of anionic surfactants on anion exchangers J Chrom A 706 327-337 1995

148 Altenbach B Giger W Determination of Benzene and Naphtalene Sulfonates in wastewater by SPE with graphitized carbon black and ion-pair LC with UV detection Anal Chem 67 2325-2333 1995

149 Bastian B Knepper TP Hoffmann P Ortner HM Determination of sulfonic acids in industrial wastewater by ion-pair chormatography Fresenius J Anal Chem 384 674-679 1994

150 Marcomini A Di Corcia A Samperi R Capri S RP-HPLC determination of LAS nonylphenol polyethoxylates and their carboxylic biotransformation products J Chrom A 664 59-71 1993

151 Yokoyama Y Kondo M Sato H Determination of alkylbenzenesulphonates in environmental water by anion exchange chormatograph J Chrom 643 169-172 1993

152 Di Corcia A Marchetti M Samperi R LC determination of LAS in aqueous environmental samples Anal Chem 63 1179-1182 1991

153 Fujita I Osaza Y Tobino T Sugimura T Determination of LAS in River water by HPLC and concentration by octadecylsilica minicolumn Chem Pharm Bull 38 1425-1428 1990

128 Tesis Doctoral

Cabe destacar que la mayoriacutea de las determinaciones se realizan en

matrices ambientales (aguas fluviales marinas sedimentos fangos etc)

utilizando como etapa previa la extraccioacuten Soxhlet o el bantildeo de

ultrasonidos para matrices soacutelidas (sedimentos suelos etc) o la

extraccioacuten en fase soacutelida con adsorbentes de diversa naturaleza (C8 C18

SAX etc) para muestras acuosas Sin embargo en los uacuteltimos antildeos se han

publicado varios meacutetodos en los que se emplean otras teacutecnicas de

extraccioacuten tales como el ultrasonidos de alta potencia155 Soxhlet asistido

por microondas156 o microondas157 Del mismo modo algunas referencias

desarrollaron metodologiacuteas sin extraccioacuten en fase soacutelida (SPE)158158

bull Meacutetodos separativos Electroforesis capilar

Mediante esta teacutecnica se pueden analizar sustancias cargadas o neutras

con un alto grado de resolucioacuten Esto es posible gracias a la forma plana

del perfil del frente de fase moacutevil que como resultado contribuye a que el

ensanchamiento de la banda correspondiente al analito sea mucho menor

154 Marcomini A Giger W Simultaneous determination of LAS alkylphenol

polyethoxilates and nonylphenol by HPLC Anal Chem 59 1709-1715 1987 155 Nimer M Ballesteros O Navaloacuten A Crovetto G Verge C Loacutepez I Berna JL

Viacutelchez JL New sample treatment for determination of linear alkylbenzene sulfonate (LAS) in agricultural soils by liquid chromatography with fluorescence detection Anal Bioanal Chem 387 2175ndash2184 2007

156 Morales-Muntildeoz S Luque-Garciacutea JL Luque de Castro MD Screening method for linear alkylbenzene sulfonates in sediments based on water Soxhlet extraction assisted by focused microwaves with on-line preconcentration derivatization detection Journal of Chromatography A 1026 41ndash46 2004

157 Villar M Callejoacuten M Jimeacutenez JC Alonso E Guiraacuteum A Optimizacioacuten and validation of new method for anaacutelisis of linear alkylbenzene sulfonates in sewage sludge by liquid chromatography alter microwave-assisted extraction Analytica Chimica Acta 599 92-97 2007

158 Santos JL Aparicio I Alonso E A new method for the rutine anaacutelisis of LAS and PAH in sewage sludge by simultaneous sonicated-assisted extraction prior lo liquid chromatographic determination Analytica Chimica Acta 605 102-109 2007

En bibliografiacutea se han encontrado pocos trabajos que utilicen esta teacutecnica

para la determinacioacuten de LAS

En la Tabla 125 se recogen la mayoriacutea de ellos

Tabla 125- Meacutetodos de anaacutelisis del LAS mediante electroforesis capilar

DETECTOR MATRIZ LIacuteMITE DE DETECCIOacuteN

Espectrometriacutea de masas159 Aguas residuales 4 microgmiddotL-1

Espectrometriacutea de masas y absorbancia (UV)160

Aguas residuales y costeras

1 microgmiddotL-1

Absorbancia (UV)161 Lodos residuales 4000 microgmiddotL-1

Absorbancia (UV)162 Patrones 12000 microgmiddotL-1

Absorbancia (UV)163 Agua de riacuteo lodos Identificacioacuten

Absorbancia (UV)164 Lodos 34 microgmiddotL-1

Absorbancia (UV)165 Patrones productos fab

Identificacioacuten

Absorbancia (UV)166 Agua de riacuteo 4800 microgmiddotL-1

159 Riu J Barceloacute D Determination of LAS and their polar carboxylic degradation

products in sewage treatment plant by automated SPE followed by CE-MS Analyst 126 825-828 2001

160 Riu J Eichhorn P Guerrero JA Knepper TP Barceloacute D Determination of LAS in wastewater treatment plant and coastal water by automated SPE followed by CE-UV detection and confirmation by CE-MS J Chrom A 889 221-229 2000

161 Heinig K Vogt C Werner G Determination of LAS in industrial and environmental samples by Capillary electrophoresis Analyst 123 349-353 1998

162 Muntildeoz Soto G Gonzaacutelez A Cuadros L Alonso E Vilchez JL On the estimate of CE blanks Application to the detection limits evaluation as recommended by IUPAC J Cap Elec 4 15-19 1997

163 Heinig K Vogt C Werner G Separation of ionic and neutral surfactants by CE and HPLC J Chrom A 745 281-292 1996

164 Kanz C Nolke M Fleischmann T Kohler HPE Giger W Separation of Chiral Biodegradation Intermediates of LAS by Capillary Electrophoresis Anal Chem 70 913-917 1998

165 Desbegravene PL Rony C Desmaziegraveres B Jacquier JC Analysis of alkylaromatic sulphonates by HPCE J Chrom A 608 375-383 1993

166 Vogt C Heinig K Langer B Mattusch J Werner G Determination of LAS by high performance liquid chromatography and capillary zone electrophoresis Fresenius J Anal Chem 352 508-514 1995

130 Tesis Doctoral

En la bibliografiacutea anteriormente citada se describe un fenoacutemeno por el

cual las moleacuteculas de LAS y de otros tensioactivos anioacutenicos (ej

dodecilsulfato soacutedico - SDS) sufren un proceso denominado ldquoasociacioacuten

solvofoacutebicardquo167 que consiste en la formacioacuten de complejos de asociacioacuten

entre ambas sustancias Cuando en la fase moacutevil se encuentran altas

concentraciones de disolvente orgaacutenico (ej acetonitrilo) el SDS no forma

micelas Esto es debido a que los monoacutemeros interaccionan con el

disolvente orgaacutenico maacutes fuertemente que con otras moleacuteculas de SDS La

separacioacuten puede tener lugar basaacutendose en la formacioacuten de complejos de

diferente fortaleza dependiendo de la hidrofobicidad de cada componente

252 - Meacutetodos para la determinacioacuten del jaboacuten

En teacuterminos generales puede decirse que el nuacutemero de meacutetodos analiacuteticos

propuestos para la detemrinacioacuten de jaboacuten es escaso La mayoriacutea de las

metodologiacuteas desarrolladas se basan en meacutetodos oficiales de anaacutelisis

(ASTM 40D168169 AOCS oficial methods section D170 ASTM D80171)

que son utilizados en la industria del jaboacuten para el control de la calidad del

producto

167 Shi Y Fritz JS HPCZE of nonionic compounds using a novel anionic surfactant

additive Anal Chem 67 3023-3027 1995 168 Wood TE Analytical methods evaluation techniques and regulatory requirements in

L Spitz ed Soap Technology for the 1990s American Oil Chemist Society Champaign IL 1999

169 American Society for Testing and Materials (ASTM) Sampling and Chemical analysis of soaps and soap products D460-91 West Conshohocken PA 19428 1988

170 American Oil Chemist Society (AOCS) Official and tentative methods Section D Sampling and analysis of soap and soap products 221 West Bradley Ave Champaign IL 61826 ordm985

171 American Society for Testing Materials (ASTM) Chemical analysis of soaps containing synthetic detergents D820-93 West Conshohocken PA 1942 1988

Dentro de estos protocolos cabe destacar los siguientes ensayos que se

suelen hacer sobre el jaboacuten en laboratorio de control de calidad

bull Total de Aacutecidos Grasos La muestra se hidroliza con aacutecido se

extraen con eacuteter los aacutecidos grasos se evapora el eacuteter y se calcula

el resultado mediante pesada del residuo

bull Color El color del jaboacuten estaacute estrechamente relacionado con el

color de los aacutecidos grasos obtenidos de la muestra por hidroacutelisis y

lavado El color de los aacutecidos grasos se compara con colores

estandarizados Los aacutecidos grasos de colores claros se relacionan

en columna de 525 (133 cm) con los colores tipo en el

tintoacutemetro de Lovibond Por otro lado los aacutecidos de color oscuro

se comparan con la escala de color de la FAC (del ingleacutes Fat

Analysis Commitee de la American Oil Chemists Society)

bull Aacutelcali libre Se disuelve una muestra en alcohol y se valora con

una disolucioacuten de aacutecido empleando fenolftaleiacutena como indicador

El resultado se expresa en cantidad de Na2O

bull Glicerina La principal impureza de la siacutentesis tradicional del

jaboacuten (saponificacioacuten de grasas) es la glicerina La concentracioacuten

(04 -3) de glicerina en el producto final afecta a la textura y a

otras propiedades del jaboacuten soacutelido por lo tanto su control

durante el proceso de fabricacioacuten de jaboacuten en barra es

fundamental Existen varias metodologiacuteas para el anaacutelisis de la

glicerina basadas en diferentes teacutecnicas analiacuteticas

132 Tesis Doctoral

Cromatografiacutea de Gases (GC) Se mezclan 10 gramos de

jaboacuten con 200 mL de NN- dimetilformamida Se filtra una

aliacutecuota (50 mL) de la disolucioacuten y se antildeade 025 mL de

bis(trimetilsilil) trifluoroacetamida en un vial de reaccioacuten

Finalmente se inyecta un microlitro en el cromatografo

(detector FID)172

Cromatografiacutea liacutequida (CL) Se mezclan 5 gramos de

jaboacuten con 50 mL de fase moacutevil a continuacioacuten se filtra la

disolucioacuten y se antildeade 124- butanotriol como patroacuten interno

Para finalizar se inyecta la disolucioacuten resultante en el

cromatografo (detector de iacutendice de refraccioacuten)173

Espectrofotometriacutea Se tratan dos o tres gramos de jaboacuten

en una mezcla de aacutecido sulfuacuterico y agua se calienta y agita

la disolucioacuten hasta la aparicioacuten de una capa de aacutecidos grasos

Los aacutecidos grasos se extraen con eacuteter de petroacuteleo Se filtra la

disolucioacuten acuosa y se diluye con agua hasta un volumen de

100 mL En un matraz de 100 mL se pipetean dos mililitros

de la disolucioacuten anterior y 1mL de disolucioacuten 003 M de

periodato soacutedico 003 M en aacutecido sulfuacuterico La glicerina se

oxida a formaldehiacutedo y a aacutecido foacutermico El siguiente paso

consiste en antildeadir al matraz 1mL de HCl concentrado y 10

mL de una disolucioacuten compuesta por 023 g de 18-dihidroxi-

naftaleno diluido a 250 mL con aacutecido sulfuacuterico Para

172 Molever K Glycerin in soap by capillary gas Chromatography JAmOilChemSoc

64 1356-1357 1987 173 George ED Acquaro J HPLC for the analysis of glycerol and other glycols in soap J

Liq Chromatogr 5 927-938 1982

finalizar la disolucioacuten se calienta durante 30 minutos y se

mide en el espectrofotoacutemetro a 571 nm174

A parte de los anaacutelisis rutinarios en el laboratorio existen algunas

referencias relativas a la determinacioacuten de la cantidad total de jaboacuten por

cromatografiacutea de gases y por cromatografiacutea liacutequida fundamentalmente

usando para ello la premisa de que el jaboacuten en disolucioacuten se asemeja

desde un punto de vista analiacutetico a un aacutecido graso Por tanto se pueden

usar las mismas teacutecnicas de anaacutelisis que se usan para determinar los aacutecidos

grasos

Debido a que un aacutecido graso no se puede determinar por meacutetodos

convencionales de manera directa (alto punto de ebullicioacuten ausencia de

absorbancia y fluorescencia nativa) estos meacutetodos estaacuten basados en la

conversioacuten mediante una reaccioacuten de derivacioacuten adecuada del aacutecido

graso proveniente del jaboacuten en un derivado capaz de ser determinado

mediante las teacutecnicas de deteccioacuten habituales Entre los reactivos maacutes

usados cabe destacar el BF3 en metanol175176177178179180

174 International Organization for Standardization Surface active agents- soap-

determination of low contents of free glycerol by molecular absorption spectrometry ISO 22721989 Geneva Switzerland 1989

175 Janda V Pehal F Isolation concentration and Gas Chromatographic Determination of C14- C12 fatty acids in water and sludge J High Resolution Chromatography Vol7 540-541 1984

176 Vioque E Maza MP Millaacuten F High-Performance Liquid Chromatography of fatty acids as their p-phenylazophenacyl esters J Chromatography 331 187-192 1985

177 Mukherjee PS Karnes HT Ultraviolet and fluoresence derivatization reagents for carboxylic acid for high performance liquid chromatographya Review Biomedival Chromatography Vol 10 193-204 1996

178 Gonzaacutelez-Casado A Alonso EJ Viacutelchez JL Determination of fatty acid (C8-C22) in urban waste water by GC-MS Wat Res Vol32 3168- 3172 1997

179 Gonzaacutelez-Casado A Del Olmo M Alonso EJ Viacutelchez JL Determination of fatty acid (C8-C22) in toilet soap and laundry detergents by GC-MS Quiacutemica Analiacutetica 18 203-207 1999

134 Tesis Doctoral

La escasez de metodologiacuteas se hace maacutes acusada si cabe cuando se

busca referencias sobre la determinacioacuten de jaboacuten en matrices

ambientales181182183 Esta carencia se debe al peculiar comportamiento

del jaboacuten en el medio ya que como se ha comentado antes en presencia

de sales caacutelcicas yo magneacutesicas el jaboacuten tiende a precipitar y estas sales

destacan por encima de cualquier cosa por su baja solubilidad

dificultando su anaacutelisis e imposibilitando cualquier tipo de reaccioacuten de

derivacioacuten tiacutepica de aacutecidos grasos Al objeto de resolver este grave

inconveniente en la presente Memoria se ha desarrollado un

procedimiento para transformar dichas sales previa extraccioacuten del

material lipiacutedico en sales potaacutesicas mediante reaccioacuten con AEDT y

carbonato potaacutesico

180 Gonzaacutelez-Casado A Del Olmo M Alonso EJ Espinosa P Viacutelchez JL (1998)

Determination of fatty acid (C8-C22) in sludges by GC-MS J Chromatography A 826 49-56 1998

181 Hayashi K Kawase J Yoshimura K Ara K Tsuji K Determination of trace levels of fatty acid metal salts by High Performance Liquid Chromatography with fluorescence prelabelling Analytical Biochemistry 136 314-320 1983

182 Moreno A Bravo J Ferrer J Bengoechea C Soap determination in sewage sludge by High-Performance Liquid Chromatography JAOCS 70 667 1993

183 Folke J Gilleleje G Cassani G Ferrer J Loacutepez I Linear Alkylbenzene Sulphonates branched Dodecylbenzene Sulphonates and soaps analysed in marine sediments form de Baltic proper and little belt Tenside Surf Det 40 1 2003

3- LA VEGA DE GRANADA

Hace miles de antildeos la Vega de Granada era una densa zona boscosa

donde se practicaba la caza y con extensas zonas de marjaleriacutea inundadas

La mayor transformacioacuten fiacutesica se debioacute a la aparicioacuten de la agricultura y

la ganaderiacutea

Durante la ocupacioacuten musulmana se disentildeoacute probablemente el actual

sistema de regadiacuteo por acequias que riegan casi toda la Vega de Granada

y que derivan de los principales cursos de agua superficial Existen pocos

datos de la utilizacioacuten del agua en civilizaciones anteriores aunque se

conservan restos de las obras hidraacuteulicas de eacutepoca romana e incluso iacutebera

Hasta la segunda mitad del siglo XX no se produjeron cambios

significativos en la explotacioacuten del acuiacutefero Estos cambios supusieron la

creacioacuten de pozos de gran diaacutemetro a lo largo del cauce del riacuteo Genil

aunque la explotacioacuten del acuiacutefero seguiacutea siendo miacutenima En antildeos

posteriores se siguieron construyendo pozos en la Vega Baja

conservaacutendose en la actualidad maacutes de un millar de este tipo de sondeos

A partir de los antildeos 60 la agricultura de la Vega de Granada sufre un

nuevo empuje que se ve reflejado en la realizacioacuten de grandes sondeos y

ademaacutes se profundizan algunos de los ya existentes Es en el uacuteltimo

cuarto de siglo cuando se construyen los embalses de Queacutentar (1973) y

Canales (1988) que recogen una parte importante de las aguas de deshielo

procedentes de la Sierra Nevada

136 Tesis Doctoral

32 - Caracteriacutesticas fiacutesicas y socioeconoacutemicas de la Vega de

Granada

El aacuterea de la Vega de Granada corresponde a una vasta llanura de aluvioacuten

que se extiende a ambas maacutergenes del riacuteo Genil entre las poblaciones de

Cenes de la Vega al Este y de Laacutechar al Oeste

Los materiales que la forman son los depoacutesitos aluviales del riacuteo Genil y de

sus afluentes de cabecera los riacuteos Diacutelar Monachil Darro Cubillas y

Velillos Sus dimensiones son de 22 Km de longitud (en sentido Este-

Oeste) por unos 8 Km de anchura con espesores superiores a 250 metros

en el sector central184

El acuiacutefero detriacutetico de la Vega de Granada cuenta con unos recursos

hiacutedricos de 18000 Hm3middotha-1 y unas reservas explotables de 1000 hm3 La

explotacioacuten neta todaviacutea no alcanza el 50 de los recursos renovables y

el excedente escapa del sistema a traveacutes de emergencias La pluviometriacutea

y temperatura medias anuales del aacuterea son de 450 mm y 15 degC

respectivamente185

Actualmente se ubican una treintena de poblaciones incluida Granada

capital se concentra una poblacioacuten estable de alrededor de 500000

habitantes 40000 personas dependen exclusivamente del abastecimiento

de aguas subterraacuteneas y existe una intensa explotacioacuten agriacutecola que

abarca una superficie de regadiacuteo de maacutes de 15000 ha Los cultivos maacutes

extendidos corresponden a cereal choperas hortalizas maiacutez y tabaco

184 Castillo A Estudio hidroquiacutemico del acuiacutefero de la Vega de Granada Memoria de

Tesis Doctoral Univ Granada Granada Espantildea p 658 1986 185 Castillo A El embalse subterraacuteneo de la Vega de Granada uno de los maacutes importantes

de Andaluciacutea Tierra y Tecnologiacutea 9 37-42 1995

Esta zona corresponde al 95 de la superficie del acuiacutefero y en ella el

espesor no saturado es inferior a 25 metros en maacutes de la mitad de su

extensioacuten

33 - Calidad de las aguas subterraacuteneas en la Vega de Granada

Las aguas del acuiacutefero proceden en maacutes de un 70 de la infiltracioacuten de

escorrentiacuteas del deshielo de Sierra Nevada hecho que condiciona que los

sectores de mejor calidad se localicen en la cabecera del acuiacutefero (aacuterea

Sur-oriental) y bajo la cabecera del riacuteo Genil

Existen focos puntuales de enriquecimientos salinos y de contaminacioacuten

por nitratos187 esta uacuteltima debida al empleo de fertilizantes agriacutecolas Las

aguas maacutes salinas se localizan en los sectores de Sierra Elvira-Alitaje

aeropuerto Romilla-Laacutechar y Maracena-Pulianas

En cuanto a la contaminacioacuten de esta zona la maacutes se destacable es por

plaguicidas En estudios realizados en la deacutecada de los 80 ya se

mencionaban contaminaciones por plaguicidas organoclorados (OCls)186

Agustiacuten187 en 1983 encuentra importantes contaminaciones por

plaguicidas OCls en las aguas superficiales y suelos de cultivo Los

plaguicidas OCls presentan una elevada persistencia y hoy en diacutea su uso

se halla muy restringido o incluso prohibido

186 Acuntildea MJ Contaminacioacuten por plaguicidas organoclorados en la Vega de Granada

Memoria de Tesis Doctoral Univ Granada Granada Espantildea p 380 1981 187 Augustin C Contaminacioacuten por plaguicidas en aguas superficiales y suelos de cultivo

de la provincia de Granada Memoria de Tesis Doctoral Univ Granada Granada Espantildea p 378 1983

138 Tesis Doctoral

En un estudio realizado en aguas de la zona saturada del acuiacutefero entre los

antildeos 1993 y 1994188 soacutelo se encontraron 10 contaminaciones cercanas o

superiores al nivel establecido por la Unioacuten Europea (01 μgL-1)189

siendo la contaminacioacuten maacutes importante por su extensioacuten la debida al

captano Este plaguicida es un fungicida relativamente polar de baja

solubilidad en agua y se encontroacute despueacutes de una eacutepoca de lluvias por lo

que probablemente se empleoacute para prevenir posibles ataques favorecidos

por la humedad Tambieacuten se detectaron contaminaciones puntuales y

esporaacutedicas por un herbicida derivado de la triazina durante los meses

de verano Por tanto la ausencia de contaminaciones por plaguicidas en

los trabajos realizados recientemente hace resaltar el poder de depuracioacuten

de la franja no saturada

Sin embargo hay que tener en cuenta que la contaminacioacuten del acuiacutefero

depende de factores externos no controlables como el aporte hiacutedrico que

recibe el acuiacutefero y de la cantidad de riegos que se apliquen en las

praacutecticas agriacutecolas El riesgo de contaminacioacuten puede ser mayor en estos

casos por lo que los estudios de prevencioacuten son importantes para

conservar la calidad de las aguas de este acuiacutefero del que como ya se ha

mencionado se abastece un nuacutemero importante de habitantes A

continuacioacuten en el siguiente esquema se indican los factores que pueden

alterar el transporte de contaminantes en el suelo seguacuten Flury190

188 De la Colina C Metodologiacutea para la determinacioacuten de residuos de plaguicidas en

aguas Aplicacioacuten al acuiacutefero de la Vega de Granada Memoria de Tesis DoctoralUniv Granada Granada Espantildea p 303 1996

189 Steenhuis TS Staubitz W Andreini MS Surface J Richard TL Paulsen R Pickering NB Hagerman JR Geohring LD Preferencial movement of pesticides and traces in agricultural soils J Irrig Drain Eng 116 50-66 1990

190 Flury M Experimental evidence of transport of pesticides through field soils A review J Environ Qual 25 25-45 1996

Figura 130- Procesos que afectan al transporte de contaminantes en el suelo

140 Tesis Doctoral

CAPIacuteTULO 2

MATERIALES Y MEacuteTODOS

Materiales y meacutetodo 143

1- INTRODUCCIOacuteN

En el presente Capiacutetulo se presenta las disoluciones reactivos material de

laboratorio y la instrumentacioacuten que ha sido necesaria para la realizacioacuten

de la parte experimental de la presente Memoria de Doctorado Tambieacuten

se presenta los tratamientos estadiacutesticos empleados para la calibracioacuten y

validacioacuten de los meacutetodos analiacuteticos desarrollados

2- DISOLUCIONES REACTIVOS Y DISOLVENTES

EMPLEADOS

21 - Disoluciones

A continuacioacuten se recogen todas las disoluciones utilizadas a lo largo del

trabajo experimental

144 Tesis Doctoral

Disoluciones patroacuten

Preparadas por pesada exacta de las cantidades de sustancia patroacuten

correspondiente mostradas en la Tabla 21 y posterior disolucioacuten en

isopropanol en el caso de los jabones caacutelcicos y en metanol en el caso

del LAS los jabones potaacutesicos y los aacutecidos grasos

Las disoluciones se conservaron en frigoriacutefico en botes de cristal aacutembar

para evitar la accioacuten de la luz y a una temperatura de 4 ordmC Para

comprobar la estabilidad de las disoluciones se hizo un seguimiento

perioacutedico del valor de la sentildeal analiacutetica correspondiente y se comproboacute

que no existiacutean diferencias superiores al 5 en la sentildeal obtenida para las

distintas disoluciones durante un periodo de al menos seis meses

Tabla 21- Sustancias patroacuten

PATROacuteN PUREZA () FABRICANTE C (mg middotL-1)

LAS 4405 Cepsa- Quiacutemica 1000

2OslashC8 976 Cepsa-Quiacutemica 100

C8K 9872 Sintetizado 100

C8-C181Ca 94-98 Sintetizado 50

C8-C181 97-99 Merck 100

En la Tabla 22 se muestra la distribucioacuten porcentual de los diferentes

componentes del LAS para un iacutendice activo de 4405

Tabla 22- Distribucioacuten de isoacutemeros y homoacutelogos de la mezcla patroacuten de LAS

HOMOLOGOS ISOacuteMEROS (mm)

C10 5OslashC10 491

4OslashC10 363

3OslashC10 294

2OslashC10 266

C11 5+6OslashC11 1478

4OslashC11 723

3OslashC11 567

2OslashC11 504

C12 5OslashC10 1538

4OslashC10 579

3OslashC10 465

2OslashC10 392

C13 5+6OslashC11 1338

4OslashC11 406

3OslashC11 319

2OslashC11 277

146 Tesis Doctoral

22 - Reactivos

bull 24 Dibromoacetofenona [DAP] (Merck Darmstadt Alemania)

bull 18-Eacuteter-6-Corona (Merck)

bull 4-Bromometil-7-metoxicumarina [BrMMC] (Sigma- Aldrich

Madrid Espantildea)

bull Carbonato potaacutesico (Panreac Barcelona Espantildea)

bull Cloruro caacutelcico (Panreac)

bull Dodecilsulfato soacutedico [SDS] (Panreac)

bull Fosfato hidroacutegeno dipotaacutesico (Sigma)

bull Formaldehiacutedo PA 37-38 Este reactivo se utilizoacute para inactivar

la accioacuten bacteriana cuando se procesaban las muestras

medioambientales

bull Aacutecido aceacutetico glacial PRS (Panreac)

bull Aacutecido foacutermico PA (Panreac)

bull Aacutecido trifluoroaceacutetico PRS (Fluka)

bull Aacutecido fosfoacuterico PA 85 (Panreac)

23 - Gases

bull Helio calidad ALFAGaz 99999 de pureza (Air Liquide)

bull Nitroacutegeno calidad ALFAGaz 99999 de pureza (Air Liquide)

24 - Disolventes

bull Agua desionizada obtenida en el equipo de oacutesmosis inversa Milli

RO 12 Plus (MILLIPORE) acoplado con un equipo de

purificacioacuten Milli Q Plus 185 (MILLIPORE) La conductividad

del agua fue controlada perioacutedicamente no superando en ninguacuten

momento el valor de 10 μScm-1

bull Acetona grado HPLC (Merck)

bull Metanol grado HPLC (Merck)

bull Metanol PRS (Panreac)

bull Acetonitrilo grado HPLC (Panreac)

bull 2-propanol grado HPLC (J T Baker Deventer Holanda)

bull Etilenglicol PRS (Panreac)

bull Tetrahidrofurano grado HPLC (Sigma-Aldrich)

148 Tesis Doctoral

bull n-Hexano grado HPLC (Merck)

bull Eacuteter de petroacuteleo PA (J T Baker)

bull Acetato de etilo PRS (Riedel-de-Haeumln Madrid Espantildea)

3- MATERIAL DE LABORATORIO E INSTRUMENTACIOacuteN

31 - Material de laboratorio

Para el desarrollo de todo el trabajo experimental se utilizoacute el siguiente

material

bull Matraces aforados clase A de diferentes capacidades

bull Pipetas graduadas y aforadas clase A de diferentes capacidades

bull Viales de vidrio para inyeccioacuten cromatograacutefica de 20 y 15 mL

bull Tapones de rosca y de caacutepsula para viales de inyeccioacuten

cromatograacutefica

bull Tubos de centriacutefuga de 100 mL de capacidad

bull Encapsulador para viales cromatograacuteficos

bull Descapsulador para viales cromatograacuteficos

bull Micropipetas de 05-10 μL 10-50 μL 50-200 μL 200-1000 μL y

1000-10000 μL

bull Frascos de plaacutestico (polipropileno) con capacidad volumeacutetrica

de 80 mL

bull Matraces kitasatos para vaciacuteo de diferentes tamantildeos

bull Membranas de filtracioacuten 045 μm de nylon Millipore

empleadas para la filtracioacuten de disolventes orgaacutenicos yo

disoluciones reguladoras del pH

bull Equipo de filtracioacuten Millipore provisto de

- Portafiltros analiacuteticos de soporte de vidrio sinterizado

- Matraz kitasato para vaciacuteo de 500 mL

bull Jeringas de 2 y 10 mL

bull Agujas de 08x40 mm

bull Filtros de jeringa de celulosa regenerada de 020 μm

bull Microreactores de vidrio de 10 mL de capacidad

bull Frasco metaacutelico de forma ciliacutendrico-coacutenica (acero inoxidable)

usado para el bantildeo de ultrasonido con altura de 135 cm base

inferior de 120 cm de diaacutemetro interno base superior de 150 cm

de diaacutemetro interno y con capacidad volumeacutetrica para 1750 mL

150 Tesis Doctoral

bull Frascos metaacutelicos de forma ciliacutendrica (acero inoxidable) para

realizar la centrifugacioacuten con capacidad de 125 mL

bull Soxhlets de 200 y 250 mL de capacidad

bull Goteros vasos de precipitado tubos de ensayo

pesasustancias pipetas Pasteur asiacute como otro tipo de material

elemental de vidrio que podemos encontrar en cualquier

laboratorio analiacutetico

La limpieza y mantenimiento de todo material empleado a lo largo del

trabajo experimental se realizoacute con mezcla croacutemica o HNO3 al 50 (vv)

y enjuagando posteriormente con abundante agua desionizada antes de su

utilizacioacuten

32 - Instrumentacioacuten

Los instrumentos empleados para la realizacioacuten de la parte

experimental fueron

321 - Cromatoacutegrafo de liacutequidos

Cromatoacutegrafo de liacutequidos AGILENT TECHNOLOGIES 1100

Series equipado con

bull Bomba cuaternaria

bull Sistema de desgasificacioacuten mediante bomba de vaciacuteo

bull Sistema automaacutetico de inyeccioacuten de con volumen variable (de 01

- 100 microL)

bull Compartimento termostatizado para la columna cromatograacutefica

bull Detector de fluorescencia

- Laacutempara de descarga modulada de Xenoacuten de 20 W en modo

normal y de 5 W en modo econoacutemico

- Ceacutelula de flujo de 8 μL

- Monocromadores con intervalos de longitudes de onda de

Excitacioacuten 200 a 700 nm en orden cero

Emisioacuten 280 a 900 nm en orden cero

- Rendijas

Excitacioacuten 20 nm

Emisioacuten 20 nm

bull Detector de Diodos Array UV-Vis

322 - Sonda Ultrasoacutenica Digital Modelo Sonifier S450D (

BRANSON) equipado con

bull Convertidor tipo 102

bull Resonador estaacutendar de 127 mm de diaacutemetro

bull Punta enroscable de 127 mm de diaacutemetro

152 Tesis Doctoral

bull Sonda de temperatura

bull Micropunta enroscable de diaacutemetro final de 3 mm

323 - Equipo de Extraccioacuten yo digestioacuten con microondas (Mars-

CEM) equipado con

bull Catorce cartuchos para llevar a cabo la extraccioacutendigestioacuten de

manera simultaacutenea

bull Sensor de temperatura

bull Sensor de presioacuten

324 - Otros aparatos e instrumentos

bull Balanzas Analiacuteticas METTLER PJ360 Delta Range y METTLER

AE 163

bull pH-metro digital CRISON modelo Micro-pH 2000 provisto de

electrodo combinado de vidrio y cloruro de plata

bull Estufa de secado de 50 - 300 ordmC HEAREUS

bull Bantildeo de ultrasonido SELECTA de 1000 mL de capacidad

bull Placa agitadora-calefactora HEILDOPH modelo 2002

bull Bomba de vaciacuteo SCHOTT IBERICA MZ 2C con capacidad de

succioacuten de 17 m3h-1

bull Bomba peristaacuteltica ISMATEC con capacidad para 4 canales

bull Arcoacuten congelador y frigoriacutefico COMERSA

bull Termostato B BRAUN modelo Frigomix U plus Thermomix 1441

bull Colector de fracciones AMERSHAM BIOSCIENCES modelo

Frac-200 con capacidad para 95 tubos

bull Agitador giratorio JP SELECTA con capacidad para hasta 8

frascos

bull Agitador de tubos IKA modelo Yellow line TTS 2

bull Tamices metaacutelicos de distintas mallas MECAacuteNICA

CIENTIacuteFICA con mallas nordm 5 nordm 14 nordm 30 - ASTM

bull Barrena tomamuestras de suelos EDELMAN con diaacutemetro de

7 cm y longitud del bastoacuten de 125 cm

4 - PROGRAMAS INFORMAacuteTICOS

bull La recogida y tratamiento de los datos del sistema HPLC se ha

realizado mediante el programa CHEMSTATION HPLCHPLC-

154 Tesis Doctoral

bull Las estructuras quiacutemicas se ha dibujado con el programa CS

ChemDraw Pro Cambridge Soft Corporation 1985-1997 (1997)

bull Los programas de caacutelculo utilizados han sido

- Statgraphics Plus 41 STSC Inc de Statistical Graphics

Corporation USA (1999)

Microsoft Corporation (2007)

5 - OPTIMIZACIOacuteN DE VARIABLES

51 - Meacutetodos univariantes

El empleo de la metodologiacutea univariante consiste en modificar soacutelo una

variable en cada experimento Una vez terminada la optimizacioacuten para esa

variable se procede a repetir el procedimiento con la siguiente

La manera de proceder ha sido la siguiente

bull Seleccioacuten de variables influyentes

bull Eleccioacuten de una de ellas

bull Fijacioacuten del resto de variables en un valor determinado

bull Modificacioacuten de la variable escogida en un rango adecuado

bull Representacioacuten graacutefica de la sentildeal obtenida frente a la variable

bull Ajuste de los datos a un modelo adecuado

bull Obtencioacuten del oacuteptimo

bull Fijacioacuten de esta variable en ese valor

bull Repeticioacuten del proceso para otra variable

52 - Meacutetodos multivariantes

El empleo de la metodologiacutea multivariante se ha extendido bastante en las

uacuteltimas deacutecadas por diferentes motivos

bull Proporciona una mayor informacioacuten del dominio experimental

bull Reduce el nuacutemero de experiencias

bull Contempla la posible interaccioacuten entre variables

Por una parte hay una reduccioacuten del nuacutemero de experiencias necesarias

para la optimizacioacuten de variables conllevando con esto a un menor coste

menor tiempo de anaacutelisis mayor durabilidad de los instrumentos etc Y

por otra el uso de meacutetodos multivariantes de optimizacioacuten permite un

conocimiento maacutes profundo sobre el sistema analiacutetico objeto de estudio

La forma tradicional para elaborar la optimizacioacuten de alguna variable en

la experimentacioacuten quiacutemica se basa en el meacutetodo univariante (uno a la

vez) es decir se fundamenta en el estudio del problema a traveacutes de la

modificacioacuten de las variables una a una variaacutendose los niveles de una

variable (factor) mientras las demaacutes permanecen fijas Esta metodologiacutea

presenta algunos inconvenientes puesto que requiere un gran esfuerzo

experimental puede no detectar la existencia de interaccioacuten o dependencia

entre variables y de presentar un campo de validez restringido y ademaacutes

puede llevar en algunos casos a dar interpretaciones erroacuteneas sobre esos

oacuteptimos asiacute obtenidos en el caso de fijar las variables en unos valores

determinados ldquoa priorirdquo (sin conocer si estos valores son los oacuteptimos para

esas variables) Si existe una dependencia entre algunas variables ocurriraacute

156 Tesis Doctoral

que en funcioacuten de que la primera tome un valor u otro se obtendraacute un

oacuteptimo distinto para la segunda Pues bien si esto ocurre no se podraacute

utilizar la optimizacioacuten univariante pues puede llevar a valores de oacuteptimos

para las variables equivocadas La alternativa es el uso de los meacutetodos

multivariantes que permiten conocer si existe o no dependencia entre las

variables del sistema analiacutetico Ademaacutes el hecho de modificar en cada

experiencia maacutes de una variable a la vez puede reducir el nuacutemero de

experiencias necesarias para obtener la misma informacioacuten o maacutes que en

el caso de la optimizacioacuten univariante

El empleo de estos meacutetodos multivariantes para detectar dependencias de

variables variables significativas y optimizacioacuten de variables implica la

realizacioacuten de uno o varios disentildeos experimentales

La metodologiacutea a emplear seriacutea

bull Eleccioacuten del tipo de disentildeo

bull Seleccioacuten de los factores y niveles a emplear

bull Obtencioacuten de la matriz de experiencias asociada al disentildeo elegido

bull Adquisicioacuten de los datos analiacuteticos

bull Ajuste de los datos obtenidos a un modelo adecuado

bull Comprobacioacuten de la ausencia de valores anoacutemalos

bull Idoneidad del modelo propuesto

bull Inspeccioacuten de efectos significativos

bull Obtencioacuten del oacuteptimo en su caso

bull Conclusiones obtenidas

521 - Disentildeos experimentales

Un disentildeo experimental consiste en el planteamiento de varias

experiencias en las cuales se modifica los valores de algunas de las

variables presentes en ese disentildeo con objeto de obtener la mayor

informacioacuten posible del dominio experimental usando el menor nuacutemero

de experiencias posible Los disentildeos se basan en los principios de

aleatorizacioacuten replicacioacuten y homogeneidad de las unidades

experimentales

En cada experiencia (punto experimental) se tiene cada variable (factor)

en un valor determinado (nivel) y se genera un valor para de sentildeal

(respuesta) La disposicioacuten de los factores en sus correspondientes niveles

a lo largo de las experiencias generan el disentildeo experimental Una vez

realizado el disentildeo y obtenidos los datos correspondientes se aplica el

modelo matemaacutetico Los modelos matemaacuteticos usados son funciones

polinoacutemicas de distintos oacuterdenes El soporte matemaacutetico empleado

consiste en el establecimiento de un anaacutelisis de la varianza (ANOVA) que

en resumen descompone la variabilidad total de los datos obtenidos en

fuentes de variabilidad asociadas en este caso a los distintos factores e

interacciones En funcioacuten del objetivo buscado se utilizaraacute un modelo de

coeficientes para optimizar o un modelo de efectos para ver la influencia

de los distintos factores

158 Tesis Doctoral

Despueacutes se debe comprobar que no hay valores anoacutemalos Se debe indicar

que la deteccioacuten de valores anoacutemalos es diferente a como se hace por

ejemplo en la comparacioacuten de dos medias Aquiacute no hay valores

repetitivos con los factores en los mismos niveles (excepto para el punto

central) por lo que no se puede rechazar un valor anoacutemalo sin maacutes sino

que se tiene que repetir esa experiencia Para detectar anoacutemalos hay

varias posibilidades

a) Representacioacuten de Daniell

Consiste en hacer una representacioacuten graacutefica de la probabilidad normal de

los efectos de manera que si hay valores anoacutemalos apareceraacuten dos ramas

que no pasan por el centro obteniendo una discontinuidad La ausencia de

anoacutemalos viene determinada por la obtencioacuten de una recta sin ramas

b) Anaacutelisis de residuos

bull Inspeccioacuten visual La presencia de un posible valor anoacutemalo viene

determinada por la aparicioacuten de un residuo maacutes grande que el

resto Para ello se hace una representacioacuten de los residuales de

cada una de las experiencias frente por ejemplo al orden de

experiencia Si se obtiene un punto que se aleja de la distribucioacuten

normal se puede tener un anoacutemalo Pero para poder desecharlo

lo mejor es utilizar un test estadiacutestico

bull Test estadiacutestico Se aplica alguacuten test estadiacutestico para ver la

existencia de valores anoacutemalos como la Q de Dixon la R de

Grubbs o el criterio t al residuo maacutes grande Viendo si el residuo

pertenece a la distribucioacuten normal formada por el resto de datos

se puede concluir si hay o no anoacutemalo

c) Reconstruccioacuten del disentildeo

Existe otra posibilidad consistente en efectuar una reconstruccioacuten del

disentildeo para obtener reacuteplicas para cada experiencia (generalmente tres)

522 - Idoneidad del modelo

Se puede verificar la idoneidad del modelo Baacutesicamente consiste en ver si

los datos se ajustan al modelo matemaacutetico elegido y en queacute grado lo

hacen Esto se puede comprobar por medio de

bull El valor P del Test de fallo de ajuste Considerando un error ldquoα =

05rdquo un valor de P mayor del 5 da un modelo idoacuteneo para los datos

bull El coeficiente de determinacioacuten ajustado a los grados de libertad

R2 (variable explicada) y el coeficiente Q2 (variable predicha) Ambos

coeficientes deben estar cerca de la unidad y no deben estar separados por

maacutes de 02 o 03 unidades1 En la Tabla 23 se representa los valores

aceptables para cada uno de estos coeficientes en funcioacuten de la naturaleza

de los datos experimentales2

1 Eriksson L Johansson E Wikstroumlm C Mixture design-design generation PLS

analysis and model usage Chemom Intel Lab Syst 43 1-24 1998 2 Lundstedt T Seifert E Abramo L Thelin B Nystroumlm A Pettersen J Bergaman R

Experimental design and optimization Chemom Intel Lab Syst 42 3-40 1998

160 Tesis Doctoral

Tabla 23 - Guiacutea general para evaluar los coeficientes R2 y Q2

Naturaleza de los datos R2 Q2

Quiacutemica Aceptable ge 080 Aceptable ge 050 Excelente gt 080

Bioloacutegica Aceptable gt 070 Aceptable gt 040

Para cada factor y cada interaccioacuten se puede calcular un test estadiacutestico de

la F de Snedecor basado en la distribucioacuten F de Fischer calculado como

cociente de la varianza de cada factor o interaccioacuten dividido por la

varianza del error Por comparacioacuten con la distribucioacuten estadiacutestica

asociada a los grados de libertad correspondientes se puede indicar si la

variabilidad introducida por cada factor es significativa Es decir se puede

verificar queacute factores hay que tener en cuenta ya que alteran en mayor

medida la sentildeal e incluso queacute factor o factores no se debe considerar a causa

de que aportan una fuente de variabilidad al sistema pequentildea

La realizacioacuten de cada disentildeo en concreto responde a un fin determinado que

genera los tres tipos de disentildeos existentes

bull Disentildeos de diagnoacutestico (Screening Design)

bull Disentildeos de superficie de respuesta (Response Surface Design)

bull Disentildeos mezcla (Mixture Design)

5221 - Disentildeos de diagnoacutestico

Estos disentildeos se emplean para seleccionar los factores maacutes influyentes en

un sistema analiacutetico cuando se tiene un nuacutemero elevado de eacutestos Como su

nombre indica diagnostican los factores a tener en cuenta para realizar

una optimizacioacuten A veces ocurre que hay un gran nuacutemero de factores a

considerar que generariacutea un elevado nuacutemero de experiencias cuando

ademaacutes puede ocurrir que varios de esos factores no afecten de forma

significativa Pues bien en este caso se puede aplicar un disentildeo de

diagnoacutestico para quedar soacutelo con aquellos factores que ejerzan una

influencia significativa en el sistema analiacutetico

Los disentildeos de diagnoacutestico maacutes empleados son los factoriales completos

n2 Este tipo de disentildeos factoriales se expresan mediante una potencia de

base 2 donde la base (n) indica el nuacutemero de factores a considerar el

exponente da el nuacutemero de niveles y donde el desarrollo de la potencia

da el nuacutemero de experiencias a realizar La tabla de experiencias

resultante para este tipo de disentildeos consiste en ir modificando

paulatinamente los niveles para cada factor Ahora soacutelo queda obtener las

sentildeales correspondientes a cada experiencia

Una vez realizado el disentildeo se procede a su anaacutelisis Lo que se busca es

ver por una parte la posible dependencia de factores y por otra queacute

factores del total deben ser considerados para un posterior proceso de

optimizacioacuten

Mediante la realizacioacuten de un ANOVA se puede observar si hay

dependencia entre los factores considerados Para ello se debe calcular los

efectos producidos por los distintos factores y hacer una representacioacuten

graacutefica de estos efectos Por ejemplo se puede representar los efectos

frente a los factores obteniendo liacuteneas que representan la variacioacuten de la

sentildeal producida al modificar un factor para cada uno de los niveles del

otro de manera que si son paralelas se puede decir que no existe

162 Tesis Doctoral

interaccioacuten Tambieacuten se puede obtener una uacutenica liacutenea que representa la

variacioacuten del factor considerado concluyendo que hay efecto si la liacutenea no

es horizontal Ademaacutes observando los valores de P en la tabla ANOVA

para las interacciones tambieacuten se puede verificar si se debe tenerla en

cuenta

Por otra parte aquellos factores que generen un valor P lt 5 (Nivel de

confianza del 95) para el estadiacutestico de la F de Snedecor no seraacuten

relevantes en el sistema analiacutetico y se podraacute desecharlos al optimizar Por

tanto soacutelo se quedaraacute con aquellos que proporcionen un valor de P gt 5

5222 - Disentildeos de superficie de respuesta

Este tipo de disentildeos (DSR) se emplea para seleccionar valores oacuteptimos de

factores en un sistema analiacutetico concreto Son disentildeos maacutes grandes que los

de diagnoacutestico y que por tanto dan una mayor informacioacuten del dominio

experimental a estudiar Estaacute claro que soacutelo con dos niveles para cada

factor no se obtiene la informacioacuten suficiente para establecer un valor

oacuteptimo determinado Por ello se emplean estos disentildeos de superficie de

respuesta

Son bastante empleados cuando se analizan y modelan problemas en los

cuales la respuesta de intereacutes estaacute influenciada por varias variables siendo

el objetivo final el desarrollo la mejora y optimizacioacuten de productos y

procesos (Lopez3 et al 2002 Perez4 2001 Montgomery5 2002 Box6 et

3 Loacutepez EA Sendra JMB Rodriacuteguez LC Garciacutea LG Campantildea AMG Casado AM

Quimiometriacutea Optimizacioacuten de un meacutetodo de anaacutelisis quiacutemico (9ordf edicioacuten) Curso ofrecido por el Centro de Formacioacuten Contiacutenua de la Universidad de Granada 2002

4 Peacuterez C Estadiacutestica praacutectica con Statgraphics Ed Pretince Hall p 691 Madrid Espantildea 2001 5 Montgomery DC Disentildeo y anaacutelisis de experimentos Ed Limusa Wiley p 686 Meacutexico Meacutexico 2002

al 1978)

Tambieacuten se utiliza ampliamente la metodologiacutea de superficies de

respuesta como una teacutecnica de optimizacioacuten basada en la utilizacioacuten de

disentildeos factoriales introducida por GEP Box en la deacutecada de 1950 y

viene siendo aplicada con gran eacutexito al modelado de diversos procesos

(Murphy7 et al 2004 Soo8 et al 2003 Elibol amp Ozer9 2002 Kiran10 et

al 2001 Lindgren11 et al 1996 Poon12 1995 Zaid13 et al 2003)

Los disentildeos maacutes empleados son los factoriales completos con reacuteplicas del

punto central los cuacutebicos centrados en las caras en estrella Doehlert etc

La eleccioacuten de un tipo de disentildeo u otro dependeraacute mucho del sistema

analiacutetico concreto y del conocimiento previo que se tenga sobre el sistema

y los disentildeos existentes

La metodologiacutea a seguir seriacutea la siguiente

bull Estimar los coeficientes del modelo

6 Box GEP Hunter WG Hunter JS Statistics for experiments An introduction to design

data analysis and model building John Wiley amp Sons p-652 New York USA 1978 7 Murphy SC Gilroy D Kerry JF Buckley DS Kerry JP Evaluation of surimi fat and water content in a

lowno added pork sausage formulation using response surface methodology Meat Sci 66 689-701 2004 8 Soo EL Salleh AB Basri M Ralman RNZA Kamaruddin K Response surface methodological

study on lipase-catalysed synthesis of amino acid surfactants Process Biochem 39 1511-1518 2004 9 Elibor M Ozer D Responde sufacrce sanalysys of lipadde production by freely

syuspended Rhizopus arrhizus Process Biochem 38 367-372 2002 10 Kiran KR Manohar B Divakar S A central composite rotatable design analysis of lipase

catalysed synthesis of lauryl lactic acid at bench-scale level Enzyme Microb Technol 29 122-128 2001

11 Lindgren A Sjoumlstroumlm M Wold S PLS modeling of detergency perfomance for some technical nonionic surfactants Chemom Intel Lab Syst 32 11-124 1996

12 Poon GKK Sequential experimental study and optimisation of an acid cooper pattern plating process Circ World 22 7-13 1995

13 Zaid TA Bensari L Benmaza K Chitour CE Canselier JP Response surface methodology as an approach to optimization of a dishwashing detergent Comunicacioacuten presentada en las 33 Jornadas del Comiteacute Espantildeol de Detergencia

164 Tesis Doctoral

bull Comprobar el modelo

- Ajuste del modelo teoacuterico a los datos experimentales

- Estimar el error

bull Estudio de la superficie de respuesta estimada

bull Obtencioacuten de los valores oacuteptimos

5223 - Disentildeos mezcla

La forma de trabajar en los disentildeos mezcla es distinta a los tipos

anteriores debido a una serie de restricciones que poseen estos disentildeos

La primera es que el intervalo de variacioacuten de los factores (que ahora

siempre seraacute composiciones en tanto por uno) es de 0 a 1 y la segunda

que la suma de todas las composiciones debe dar uno Es decir que hay

relaciones de ligadura entre esas composiciones Esto hace que los valores

que pueden tomar los factores sean menores que en los otros tipos de

disentildeos De nuevo los modelos matemaacuteticos son funciones polinoacutemicas

de grado 1 2 o 3 generalmente Pero debido a las restricciones

anteriormente comentadas las funciones polinoacutemicas no poseen los

teacuterminos puros Asiacute que para obtener el maacuteximo en vez de aplicar el

criterio de Lagrange se emplea la regla de la palanca sobre un mapa de

contorno de la superficie

6 - CALIBRACIOacuteN Y PARAacuteMETROS ANALIacuteTICOS DEL

MEacuteTODO

Los meacutetodos instrumentales de anaacutelisis suelen ser meacutetodos comparativos

o relativos Por tanto para obtener la concentracioacuten de analito presente en

una muestra es necesario realizar la comparacioacuten de la medida fiacutesica con

la de un conjunto de patrones de composicioacuten conocida a traveacutes de lo que

llamamos proceso de calibracioacuten quiacutemica Es por ello que la calibracioacuten

como etapa integrante del proceso analiacutetico es de gran importancia y soacutelo

se puede obtener una buena exactitud en los resultados si se aplican

buenos meacutetodos de calibracioacuten

El proceso de calibracioacuten consta de dos etapas

rArr Etapa de calibracioacuten En ella se establece el modelo que relaciona la

variable dependiente (sentildeal analiacutetica) con la variable independiente

(concentracioacuten)

Sentildeal analiacutetica = f (concentracioacuten) (21)

rArr Etapa de prediccioacuten Consiste en obtener las variables

independientes es decir las concentraciones de una o maacutes muestras

problema a partir del valor obtenido para la variable dependiente El valor

de la variable independiente correspondiente a muestras patroacuten junto con

las sensibilidades permiten predecir los valores de estas variables en las

muestras problema

Dentro del campo de la Quiacutemica Analiacutetica los modelos de calibracioacuten maacutes

utilizados son de regresioacuten univariante Estos modelos se caracterizan por

la existencia de una variable independiente (concentracioacuten) que se

relaciona con la respuesta (sentildeal instrumental) mediante una relacioacuten

lineal La relacioacuten funcional que se establece entre ambas variables se

ajusta a un modelo matemaacutetico del tipo

Y = a + b X (22)

166 Tesis Doctoral

donde Y es la variable dependiente X la independiente y a y b dos

paraacutemetros estimados a partir de los datos experimentales

De todos los modelos de regresioacuten el que ajusta los valores

experimentales por medio del algoritmo gaussiano de hacer miacutenimo el

cuadrado de los residuales es el maacutes frecuentemente usado para el

establecimiento de la ecuacioacuten de la recta de calibrado La aplicacioacuten de

este algoritmo implica el cumplimiento de determinadas condiciones que

puedan garantizar la validez del modelo de regresioacuten univariante siendo

estas condiciones las siguientes

1) La existencia de la aleatoriedad de las muestras

2) La relacioacuten entre la variable independiente y la variable dependiente

concentracioacuten y sentildeal analiacutetica respectivamente seraacute lineal en todo el

rango de aplicabilidad (linealidad)

3) Los errores se tienen que producir uacutenicamente en la medida de la sentildeal

instrumental Esto significa que la variable concentracioacuten no debe ser

aleatoria es decir que esteacute medida sin error o su error aleatorio sea

despreciable frente a la respuesta En la praacutectica este error se minimiza

con el empleo de sustancias patroacuten

4) Los errores en la respuesta deben presentar una distribucioacuten normal

(normalidad) es decir deben ser independientes entre siacute estar distribuidos

por igual y su media sea cero lo que implica que para cada concentracioacuten

de analito la dispersioacuten de las medidas de la sentildeal analiacutetica debe ser la

misma e independiente de dicha concentracioacuten De esta forma se

establece una uacutenica desviacioacuten estaacutendar Syx como representativa de la

dispersioacuten de la sentildeal analiacutetica para todo el rango dinaacutemico lineal de

concentracioacuten de analito condicioacuten esta a la que se denomina

homogeneidad de varianza o homocedasticidad

En la Figura 21 se muestra un modelo de regresioacuten lineal univariante

Figura 21- Ilustracioacuten graacutefica del modelo de regresioacuten lineal

61 - Rechazo de valores anoacutemalos

Tras la obtencioacuten de cualquier dato experimental hay que tener en cuenta

que antes de considerarlo se debe verificar su idoneidad puesto que puede

haber alguacuten valor considerado anoacutemalo Para esta finalidad se puede

recurrir al test estadiacutestico que se emplea para el rechazo de valores

anoacutemalos denominado Prueba de la Q14 Dicho test se lleva a cabo de la

siguiente manera

1) Se ordenan los datos a estudiar en orden ascendente para seleccionar el

valor discordante y su vecino maacutes cercano

14 Dean RB Dixon WJ Simplified statistics for small numbers of observations Anal

Chem 23 636-638 1951

168 Tesis Doctoral

2) Se calcula la diferencia entre el valor anoacutemalo y el valor maacutes cercano

y la dispersioacuten completa de la serie restando al valor maacutes alto el valor maacutes

3) A continuacioacuten se divide el valor absoluto de la primera diferencia

entre la dispersioacuten de la serie para obtener el valor de Qcal y se compara

con el valor de Q tabulado para un nivel de significacioacuten del 5 y para (n-

1) grados de libertad siendo n el nuacutemero total de valores obtenidos Las

hipoacutetesis consideradas en este test son

Valor no anoacutemalo Qcal lt Qtab rArr hipoacutetesis nula (H0)

Valor anoacutemalo Qcal ge Qtab rArr hipoacutetesis alternativa (H1)

62 - Funcioacuten de calibracioacuten

El modelo de calibracioacuten seleccionado fue el linear de regresioacuten

univariante por miacutenimos cuadrados La estimacioacuten de los paraacutemetros a y b

del modelo es la primera operacioacuten a realizar con objeto de obtener la

funcioacuten lineal de calibracioacuten Se parte para ello de una serie de n pares de

valores experimentales correspondientes a las concentraciones y sentildeales

analiacuteticas y se les aplica el meacutetodo de miacutenimos cuadrados

Si se supone el cumplimiento de la condicioacuten de homocedasticidad el

meacutetodo de miacutenimos cuadrados proporciona las estimaciones de los

paraacutemetros a y b maacutes precisas entre las veraces Los intervalos de

confianza de la pendiente (b) y la ordenada en el origen (a) se calculan a

partir de las siguientes ecuaciones

Ordenada en el origen a plusmn tαn-2sdotsa

Pendiente b plusmn tαn-2sdotsb

donde tαn-2 es el valor del estadiacutestico t-Student para un nivel de

significacioacuten α determinado y n-2 grados de libertad y Sb y Sa son las

desviaciones estaacutendar correspondientes a la pendiente y ordenada en el

origen respectivamente A lo largo de esta tesis se utiliza un nivel de

significacioacuten del 5

La verificacioacuten de las hipoacutetesis del modelo en un problema particular es

clave para establecer la validez de dicho modelo y para lograrla hay que

asumir evidentemente la aleatoriedad de las muestras paraacutemetro

controlado por una planificacioacuten correcta de la experiencia de calibrado

como tambieacuten la normalidad de los datos

Para comprobar la tendencia lineal de los datos en esta tesis se ha optado

por la evaluacioacuten del fallo de ajuste de los datos homocedaacutesticos al

modelo El test se aplica sobre el conjunto de parejas de datos

experimentales empleadas para establecer el modelo de regresioacuten Es

necesario para ello tener maacutes de una reacuteplica de algunas de las parejas de

datos Este test compara el valor del estadiacutestico F calculado como el

cociente de las varianzas debidas al fallo de ajuste MSFA y al error puro

MSPE con los valores tabulados para un determinado nivel de

significacioacuten α fijado en el 5 y con k-2 y n-k grados de libertad siendo

k el nuacutemero de patrones de calibracioacuten diferentes y n el nuacutemero total de

observaciones Esta condicioacuten seraacute evaluada mediante el caacutelculo del valor

Plof del test de fallo de ajuste Si P ge 5 se concluiraacute por la existencia de

linealidad es decir los datos se ajustan al modelo lineal seleccionado

170 Tesis Doctoral

Finalmente se estudia la homogeneidad de varianzas es decir la

condicioacuten de homocedasticidad Para comprobar esta hipoacutetesis se empleoacute

el anaacutelisis graacutefico de los residuos seguacuten propone Boqueacute amp Rius15

definiendo como residuo la distancia vertical desde cada punto

experimental al valor que le corresponderiacutea mediante la recta de regresioacuten

estimada por miacutenimos cuadrados Normalmente se realizan

representaciones graacuteficas de los residuos frente a las respuestas calculadas

por el modelo o frente a la variable independiente (concentracioacuten) En esta

Memoria se ha hecho uso de esta segunda opcioacuten es decir la

representacioacuten graacutefica de los residuos frente a los valores de concentracioacuten

De la observacioacuten de estas graacuteficas puede evaluarse el cumplimiento de la

condicioacuten de homocedasticidad de los datos y detectarse la presencia de

valores anoacutemalos para ello se debe cumplir que sea igual el nuacutemero de

residuos positivos y negativos encontrado que haya aleatoriedad en la

distribucioacuten y se obtengan valores similares entre los residuales

La Figura 22 representa una distribucioacuten ideal del tipo de los

residuales (que son la diferencia entre los valores predichos y los

experimentales) frente a la concentracioacuten

15 Boqueacute R Rius FX Avances en Quimiometriacutea Praacutectica Servicio de Publicaciones e

Intercambio cientiacutefico de la Universidad de Santiago de Compostela Santiago de Compostela Espantildea 1994

Figura 22 - Distribucioacuten de los residuales frente a la concentracioacuten (condicioacuten de homocedasticidad)

63 - Paraacutemetros de calidad del meacutetodo analiacutetico

Los paraacutemetros de calidad establecidos a lo largo de esta tesis fueron los

siguientes

- Rango dinaacutemico lineal y Linealidad

- Precisioacuten

- Sensibilidad o Resolucioacuten analiacutetica

- Liacutemites de deteccioacuten y cuantificacioacuten

C1 C2 C3 C4 C5 C6Concentracioacuten

172 Tesis Doctoral

631 - Rango dinaacutemico lineal y Linealidad

El rango dinaacutemico lineal viene definido por el liacutemite superior del intervalo

de concentraciones en el que se ha aplicado el meacutetodo analiacutetico y por el

liacutemite de cuantificacioacuten de dicho meacutetodo Por otra parte la linealidad

indica el grado de ajuste de los valores de la sentildeal medidos sobre la recta

de calibrado16 Se pueden distinguir dos tipos de linealidad

- La linealidad ldquoen liacuteneardquo(in-line) se corresponde con el valor P del

fallo de ajuste

- La linealidad ldquosobre la liacuteneardquo(on-line) que se define como el

propio coeficiente de correlacioacuten (r) o como el coeficiente de

determinacioacuten (R2) sin embargo valores de (r) muy proacuteximos a la unidad

no indican necesariamente una alta calidad de los datos analiacuteticos

Tambieacuten se puede emplear la desviacioacuten estaacutendar relativa de la pendiente

DER(b) que se calcula por el cociente del valor de la desviacioacuten estaacutendar

de la pendiente (Sb) entre la pendiente (b) como medida matemaacutetica de la

linealidad De esa forma la linealidad viene dada por la ecuacioacuten 23

LIN () = [1 - DER(b)] middot 100 (23)

donde Sb es la desviacioacuten estaacutendar relativa de la pendiente de la funcioacuten de

calibrado

16 Analytical Methods Committee Is My Calibration Linear Analyst 119 2363-2366

El valor maacuteximo de linealidad seraacute por tanto del 100 de forma que cuanto

maacutes proacuteximo esteacute el valor calculado para este paraacutemetro a dicho valor

mayor seraacute el ajuste de los datos experimentales al modelo lineal propuesto

632 - Precisioacuten

Este paraacutemetro mide el grado de incertidumbre que se puede esperar de los

resultados analiacuteticos obtenidos a partir del calibrado

Para evaluar la precisioacuten del meacutetodo analiacutetico se estudioacute la fluctuacioacuten de

la sentildeal analiacutetica correspondiente a una serie de disoluciones de

concentracioacuten igual al punto central del rango dinaacutemico lineal De forma

que la precisioacuten vendraacute estimada por el valor de la desviacioacuten estaacutendar

relativa (DER) de dicha sentildeal calculada seguacuten la ecuacioacuten 24

001ysDER sdot⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛= (24)

donde s es la desviacioacuten estaacutendar de las sentildeales medidas e y es la sentildeal

analiacutetica media

633 - Sensibilidad o Resolucioacuten analiacutetica

La sensibilidad de un meacutetodo analiacutetico se puede definir como la derivada

de la magnitud analiacutetica dependiente de la concentracioacuten del analito

respecto de dicha concentracioacuten Asiacute se acepta como valor de la

174 Tesis Doctoral

sensibilidad el de la pendiente de la funcioacuten de calibrado denominada

seguacuten la IUPAC sensibilidad del calibrado17

Sin embargo la medida de la sensibilidad no debe limitarse uacutenicamente al

caacutelculo de la pendiente de la funcioacuten de calibrado ya que las dispersiones

originadas en el proceso de calibracioacuten influiraacuten notablemente sobre la

misma Asiacute Mandel y Stiehler18 proponen que la sensibilidad analiacutetica

vendraacute definida por el cociente entre la desviacioacuten estaacutendar de la regresioacuten

(SRC o Syx) y la pendiente del calibrado (b) seguacuten se muestra en la

ecuacioacuten 25

⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

S xyanalitica (25)

La desviacioacuten estaacutendar de la regresioacuten se calcula a partir de la ecuacioacuten

2iixy )yy(

2n1S minusΣminus

= (26)

donde Syx es la desviacioacuten estaacutendar de la regresioacuten yi es la sentildeal analiacutetica

experimental obtenida para cada valor de concentracioacuten ŷi es el valor de

la sentildeal calculada en la recta de regresioacuten correspondiente a la

concentracioacuten c y n es el nuacutemero total de pares de puntos usados para el

caacutelculo de la recta de calibrado

17 IUPAC Nomenclature symbols units and their usage in spectrochemical analysis - II

data interpretation Analytical chemistry division Spectrochim Acta B 33 241-245 1978 18 Mandel J Stiehler RD Sensitivity - A criterion for the comparison of methods of test

J Res Natl Bur Std 53 155-159 1954

634 - Liacutemites de deteccioacuten y cuantificacioacuten

Se puede definir el liacutemite de deteccioacuten de un meacutetodo analiacutetico como la

menor concentracioacuten (CL) o cantidad del compuesto (q) que puede ser

detectada con un nivel de confianza determinado Son varias las

metodologiacuteas empleadas para la determinacioacuten del liacutemite de deteccioacuten del

meacutetodo analiacutetico A continuacioacuten se describen algunas de estas

metodologiacuteas

a) Metodologiacutea basada en el tratamiento de la sentildeal del

blanco17

Seguacuten esta metodologiacutea al liacutemite de deteccioacuten expresado como CL le

corresponde una sentildeal analiacutetica que viene definida por la expresioacuten 27

XL = XB + k middot SB (27)

donde XB es el valor medio de la respuesta del blanco SB la desviacioacuten

estaacutendar de dicha sentildeal y k un factor numeacuterico seleccionado de acuerdo

con el nivel de confianza deseado

La concentracioacuten CL estaacute relacionada con el valor de XL seguacuten la

expresioacuten 28

minus= (28)

donde b es la pendiente de la funcioacuten de calibrado

176 Tesis Doctoral

Sustituyendo la ecuacioacuten 27 en 28 se obtiene que el liacutemite de deteccioacuten

vendraacute dado por

sdot= (29)

Este valor CL seraacute un fiel reflejo del liacutemite de deteccioacuten del meacutetodo

siempre que b esteacute bien definida

Como regla general se suele usar el valor k = 3 que proporciona un nivel de

confianza del 9986 aseguraacutendose asiacute que la magnitud analiacutetica XL gt XB

+ 3 middot SB sea debida a la presencia de analito en la muestra problema y no a

las fluctuaciones del blanco

Para calcular la desviacioacuten estaacutendar correspondiente al blanco se obtiene

la sentildeal analiacutetica correspondiente a diez disoluciones blanco empleando

las condiciones instrumentales establecidas para cada meacutetodo

Por otra parte el liacutemite de cuantificacioacuten se define como la concentracioacuten

de analito que corresponde a una sentildeal analiacutetica XQ definida por la

ecuacioacuten 210

XQ = XB + k middot SB (210)

Por tanto y siguiendo un razonamiento similar al anterior la

concentracioacuten correspondiente a este liacutemite de cuantificacioacuten vendraacute dada

por la siguiente expresioacuten

sdot= (211)

recomendaacutendose en este caso el valor miacutenimo de 10 para la constante k

b) Metodologiacutea basada en la recta de calibrado19

Esta metodologiacutea se basa en una estimacioacuten por extrapolacioacuten de la recta

de calibrado En primer lugar se determina la desviacioacuten estaacutendar de la

regresioacuten a partir de la ecuacioacuten 26

A partir del valor de la desviacioacuten estaacutendar de la regresioacuten se puede

determinar la desviacioacuten estaacutendar de la ordenada en el origen Sa y la

desviacioacuten estaacutendar de la pendiente Sb Las expresiones para este caacutelculo

vienen dadas por las siguientes ecuaciones

xya )cc(nc

SSminusΣ

Σ= (212)

xyb )cc(1SSminusΣ

= (213)

La desviacioacuten estaacutendar de la estimacioacuten de la concentracioacuten Sc se puede

determinar a partir de la ecuacioacuten 214

19 Cuadros L Garciacutea A Jimeacutenez C Romaacuten M Estimation of performance

characteristics of an analytical method using the data set of the calibration experiment Anal Letter 26 1243-1258 1993

178 Tesis Doctoral

c )cc(b)yy(

SminusΣ

minus++= (214)

donde m es el nuacutemero de repeticiones del anaacutelisis n es el nuacutemero total

de valores utilizados en la regresioacuten lineal y es la media aritmeacutetica de

los valores obtenidos para m anaacutelisis es la media aritmeacutetica de todos

los valores usados en la regresioacuten lineal ci es cada una de los valores de

concentracioacuten del anaacutelisis y es la media aritmeacutetica de todos los valores

de concentracioacuten usados para la calibracioacuten El valor de Sc depende del

nuacutemero de puntos de la calibracioacuten y del nuacutemero de reacuteplicas y podriacutea

minimizarse haciendo m igual a n

Basaacutendose en la expresioacuten 214 la desviacioacuten estaacutendar del blanco So

vendraacute dado por la siguiente ecuacioacuten

o )cc(b)yy(

SminusΣ

minus++= (215)

donde yo es la sentildeal correspondiente al blanco

Teniendo en cuenta las ecuaciones 25 y 213 la ecuacioacuten 215 se puede

simplificar para obtener

xyo d)middotb(RED

S +⎟⎠⎞

⎜⎝⎛ += (216)

donde do viene dado por la expresioacuten (yo ndash y )

Tambieacuten se puede determinar el liacutemite de deteccioacuten solamente llevando en

consideracioacuten la desviacioacuten estaacutendar de los residuales Syx la pendiente b

y estimando por extrapolacioacuten de la desviacioacuten estaacutendar del blanco So

⎟⎠⎞

⎜⎝⎛

minusminus

S xyo (217)

donde n es el nuacutemero total de valores utilizados en la regresioacuten lineal

Con estos datos se calculariacutea los liacutemites de deteccioacuten y cuantificacioacuten

aplicando las siguientes ecuaciones

oL S3X sdot= (218)

oQ S10X sdot= (219)

c) Metodologiacutea basada en la relacioacuten sentildealruido

La base de la metodologiacutea en funcioacuten de la relacioacuten sentildealruido fue

introducida por Kaiser20 en 1970 y desarrollada posteriormente en los

antildeos ochenta por Sharif21 y colaboradores Se basa en la estimacioacuten del

ruido analiacutetico el cual se determina llevando a cabo la medida

cromatograacutefica de 10 disoluciones sin analito Para cada uno de estos

cromatogramas se calcula una media de la sentildeal con su correspondiente

desviacioacuten estaacutendar Por uacuteltimo se hace la media de estos resultados y se

20 Kaiser H Report for analytical chemists II Quantitation in elemental analysis Anal

Chem 42 26-59 1970 21 Sharaf MA Illman DL Kowalski BR Chemometrics Ed Wiley New York USA 1986

180 Tesis Doctoral

halla una desviacioacuten estaacutendar de estos resultados El liacutemite de deteccioacuten

vendraacute dado por la expresioacuten 27

donde XB es la media calculada k = 3 y SB es la desviacioacuten estaacutendar antes

determinada

d) Metodologiacutea basada en la sentildeal del ldquoblanco

cromatograacuteficordquo 22

Esta metodologiacutea ha sido desarrollada por Viacutelchez y colaboradores Seguacuten

estos autores el calibrado correspondiente a un meacutetodo cromatograacutefico se

caracteriza por la ausencia de sentildeal analiacutetica correspondiente al blanco lo

cual imposibilita el caacutelculo del liacutemite de deteccioacuten de forma similar a la

empleada para meacutetodos espectroscoacutepicos de anaacutelisis y por ello se ha

recurrido a lo largo del tiempo a otros procedimientos como son el estudio

de la miacutenima cantidad detectable2324 uso del teacutermino independiente de la

ecuacioacuten de calibrado25 caacutelculo de propagacioacuten de errores26 o estimacioacuten

aproximada por extrapolacioacuten de la recta de calibrado19 Meacutetodos que

presentan numerosos problemas de tipo praacutectico y determinan una gran

arbitrariedad en la estimacioacuten del liacutemite de deteccioacuten en cromatografiacutea

22 Gonzaacutelez A Cuadros L Alonso E Viacutelchez JL Estimate of gas Chromatographic blanks application

to detection limits evaluation as recommended by IUPAC J Chrom A 726 133-139 1996 23 Snyder LR Practical HPLC methods development Ed Wiley Chichester UK 1988 24 Merken HM Beecher GR Liquid chromatographic method for the separation and

quantification of prominent flavonoid aglycones J Chrom A 897 177-184 2000 25 Miller JM Basic statistical methods for Analytical Chemistry Part 2 Calibration and

regression nmethods A review Analyst 116 3-149 1991 26 Long GL Winefordner JD Limit of detection A closer look at the IUPAC definition

Anal Chem 55 712-724 1983

La propuesta realizada con objeto de evitar estos inconvenientes consiste

en obtener la sentildeal del blanco cromatograacutefico por integracioacuten directa del

ruido de fondo utilizando como liacutemites de integracioacuten el valor

extrapolado de anchura de pico (Wb) a concentracioacuten ldquocerordquo Se necesita

por tanto conocer la variacioacuten de la anchura de pico con respecto a la

concentracioacuten de analito Para determinar esta anchura se propone la

medida de un paraacutemetro libre de la aleatoriedad del ruido de fondo como

es la anchura a mitad de pico W05h y a partir de este valor calcular Wb

considerando que el pico cromatograacutefico tiene un perfil Gaussiano27

Partiendo de la expresioacuten de una Gaussiana adaptada al caso de los

paraacutemetros cromatograacuteficos (Figura 23) la altura del pico a su tiempo de

retencioacuten viene dada por la ecuacioacuten 220

)tt( R

ehminusminus

donde h es la altura de pico al tiempo de retencioacuten tR y s2 es la varianza

del pico

27 Klinkenberg A Sjenitzer F Holding-time distributions of the gaussian type Chem

Engin Sci 5 258-270 1956

182 Tesis Doctoral

Figura 23 - Paraacutemetros caracteriacutesticos de un pico Gaussiano

Aplicando la expresioacuten 220 a los paraacutemetros de pico correspondientes se

demuestra que la desviacioacuten estaacutendar de pico viene dada por la expresioacuten

= (221)

donde W05h es la anchura a mitad de pico y h05 es la mitad de la altura del

pico Gaussianno

El valor de Wb para un 9973 del aacuterea de pico28 vendraacute dada por un

valor igual a 6middots

Wb = 6 middot s = 2548 middot W05 h (222)

28 Dyson N Chromatographic Integration Methods Royal Society of Chemistry

Cambridge UK 1990

Wb= 6s = 25476

Para calcular la anchura de base a concentracioacuten ldquocerordquo (Wb0) dado que

las dimensiones del pico cromatograacutefico altura y anchura dependen de la

concentracioacuten del compuesto se extrapola la curva resultante de

representar graacuteficamente los valores medidos de W05h frente a la

concentracioacuten correspondiente En la Figura 24 se muestra de forma

graacutefica el comportamiento tiacutepico de esta variable

Figura 24 - Variacioacuten de la anchura de pico con la concentracioacuten

En primer lugar se determina el valor de la anchura a mitad de pico

(W05h) correspondiente a concentracioacuten cero extrapolando la curva

resultante de representar graacuteficamente los valores medidos de W05h de

diferentes picos frente a la correspondientes concentraciones de analito

(Figura 24) A continuacioacuten se calcula el valor de Wb0 aplicando la

ecuacioacuten 222 y finalmente se mide la sentildeal del blanco para cada

compuesto por integracioacuten sobre la liacutenea del cromatograma del blanco en

el intervalo tR plusmn 05 Wb0 donde tR es el tiempo de retencioacuten

correspondiente a cada compuesto considerado Para realizar reacuteplicas se

requiere una nueva inyeccioacuten y el establecimiento de un nuevo

cromatograma

C2 C3 C4 C5 C6

Concentracioacuten

C2 C3 C4 C5 C6

Concentracioacuten

C2 C3 C4 C5 C6

Concentracioacuten

C2 C3 C4 C5 C6

Concentracioacuten

184 Tesis Doctoral

7 - VALIDACIOacuteN DEL MEacuteTODO ANALIacuteTICO

Para llevar a cabo la validacioacuten de los diferentes meacutetodos analiacuteticos

propuestos en esta Memoria se han aplicado dos protocolos estadiacutesticos

distintos Por una parte se han llevado a cabo estudios realizando ensayos

de recuperacioacuten y tambieacuten se ha aplicado el protocolo estadiacutestico

propuesto por Cuadros29 y colaboradores y denominado metodologiacutea de

adicioacuten de patroacuten en el que se compara el calibrado con patrones y con

adicioacuten de patroacuten y se introduce el concepto de blanco de Youden

71 - Ensayos de recuperacioacuten

Se lleva a cabo ensayos de recuperacioacuten en el que se calcula el porcentaje

de recuperacioacuten (Rec) obtenido de muestras reales en las que se ha

adicionado una determinada cantidad del compuesto en estudio (muestra

fortificada) Es necesario tambieacuten analizar muestras sin haberlas

fortificadas (muestra no fortificada) Tras aplicar el meacutetodo analiacutetico se

relacionan las concentraciones encontradas en las muestras fortificadas en

las de la muestra-blanco y con la concentracioacuten antildeadida El caacutelculo se

realiza seguacuten la ecuacioacuten 223

CC()cRe

adicionada

afortificadnomuestraafortificadamuestr sdotminus

= (223)

29 Cuadros Rodriacuteguez L Garciacutea Campantildea AM Aleacutes F Jimeacutenez C Romaacuten M Validation of an analytical method using the standard addition methodology J AOAC Int 78 471-476 1995

72 - Metodologiacutea de adicioacuten de patroacuten

Esta metodologiacutea propuesta por Cuadros29 y colaboradores implica la

realizacioacuten de tres experiencias de calibrado un calibrado con patrones

(CP) un calibrado de adicioacuten de patroacuten (CA) y otro calibrado empleando

porciones crecientes de muestra denominado calibrado de Youden (CY)

La metodologiacutea de adicioacuten de patroacuten se puede aplicar para resolver

diferentes problemaacuteticas

rArr Determinacioacuten de analitos en muestras en las que las interacciones

analito-matriz conducen a resultados inexactos al emplear la

calibracioacuten con patrones

rArr Determinacioacuten de analitos cuyo contenido en muestra es inferior

al liacutemite de cuantificacioacuten del meacutetodo pero superior a su sensibilidad

analiacutetica

rArr Comprobacioacuten de la exactitud de un resultado analiacutetico cuando no

se dispone de una muestra de referencia

Para verificar la exactitud del meacutetodo hay que desarrollar el caacutelculo

estadiacutestico que se esquematiza a continuacioacuten

1) Se realiza un ajuste por miacutenimos cuadrados de los tres calibrados (CP

CA y CY) De todos los paraacutemetros estadiacutesticos derivados de este ajuste se

selecciona n (nuacutemero de parejas de datos) a (ordenada en el origen) b

(pendiente) y Syx (desviacioacuten estaacutendar del calibrado)

186 Tesis Doctoral

2) Se compara mediante un test de F de Snedecor las varianzas del

calibrado con patrones y del calibrado de adicioacuten de patroacuten Las hipoacutetesis

consideradas en este test son

Varianzas iguales 21S = 2

2S Fcal lt Ftab rArr hipoacutetesis nula (H0)

Varianzas distintas 21S ne 2

2S Fcal ge Ftab rArr hipoacutetesis alternativa (H1)

Este test compara un valor del estadiacutestico F calculado seguacuten la ecuacioacuten

618 con un valor tabulado para (n1 ndash 2) y (n2 - 2) grados de libertad con

un nivel de significacioacuten del 5 siendo n1 y n2 el nuacutemero de puntos

experimentales de cada una de las funciones de calibrado

cal SS

F = (s1 gt s2) (224)

donde 21S y 2

2S representan las varianzas de los residuos para ambas

rectas de calibrado (con patrones y adicioacuten de patroacuten)

3) Se realiza el test de comparacioacuten de pendientes para comprobar si

la adicioacuten de patroacuten provoca un error sistemaacutetico constante o sea que

la recta de adicioacuten de patroacuten estaacute desplazada paralelamente respecto a

la recta del calibrado con patrones Para lo cual se realiza el test de la

t-Student Se calcula el estadiacutestico tcal para (n1 + n2 - 4) grados de

libertad Se acepta la hipoacutetesis nula para un nivel de significacioacuten

mayor del 5

Si existe diferencia estadiacutesticamente significativa entre las varianzas de

los residuos t seraacute calculado seguacuten la ecuacioacuten 225

sum minus+

sum minus

minus=

donde S1 y S2 representan los valores de la desviacioacuten estaacutendar de la regresioacuten

para CP y CA respectivamente

El valor de t calculado se compara con un valor de t tabulado para un

nivel de significacioacuten del 5 y f grados de libertad calculados seguacuten la

expresioacuten 226

( ) ( )

( ) ( )2ncc

minussum minus

+minus

sum minus

sum minus+

sum minus= (226)

Si no existe diferencia significativa entre las varianzas se calcula la

desviacioacuten estaacutendar ponderada de regresioacuten (Sp) a partir de las

correspondientes desviaciones estaacutendar del calibrado con patrones (S1) y

adicioacuten de patroacuten (S2)

( ) ( )

4nnS2nS2n

p minus+minus+minus

= (227)

donde n1 y n2 son el nuacutemero de datos experimentales de cada uno de los

calibrados

188 Tesis Doctoral

El estadiacutestico a calcular es el mostrado a continuacioacuten

sum minus+

sum minus

minus=

)cc(1S

bbt (228)

El valor de tcal se compara con el valor de ttab con (n1 + n2 ndash 4) grados de

libertad y con un nivel de significacioacuten del 5 Las hipoacutetesis a tener en

cuenta son las siguientes

Pendientes iguales b1 = b2 tcal lt ttab rArr hipoacutetesis nula (H0)

Pendientes distintas b1 ne b2 tcal ge ttab rArr hipoacutetesis alternativa (H1)

- Una vez comprobado que la pendiente del calibrado con patrones es

igual a la pendiente del calibrado con adicioacuten de patroacuten se calcula la

pendiente promedio

sumsum

sum summinus+minus

minusminus+minusminus= 2

)cc()cc()yy()cc()yy()cc(

iiiip (229)

- Se calculan las nuevas ordenadas en el origen (a) para el calibrado

con patrones (a1 o aCP) y para el calibrado con adicioacuten de patroacuten (a2 o

aCA) a partir del valor de pendiente promedio A continuacioacuten se compara

la nueva ordenada en el origen del calibrado con patrones (aCP) con la

ordenada en el origen del calibrado de Youden (aY o aCY) si hay diferencia

entre ambas seraacute debida a la existencia de error sistemaacutetico por efecto

matriz de la muestra En este caso no se puede realizar un test de

comparacioacuten de aCP y aCY porque ambas estaacuten obtenidas a partir de

variables independientes distintas Para compararlas se comprueba que aCY

estaacute incluido en el intervalo de confianza de aCP Se utiliza un valor de t-

Student con (n1 - 2) grados de libertad para un nivel de significacioacuten del

5 Si aCY no estaacute incluido en el intervalo calculado se obtiene el

verdadero blanco de muestra denominado blanco de Youden

acuteCAa = RCA - bp middot CCA acute

CPa = RCP - bp middot CCP (230)

Intervalo de confianza de la ordenada en el origen aCP

minusplusmnisin

pacuteCPCY )cc(n

cStaa α (231)

aY - blanco de Youden

aY = aCY - aCP (232)

- Finalmente se comprueba la exactitud del meacutetodo analiacutetico Para ello

se compara el contenido de analito en la disolucioacuten (Cx) calculado a partir

del calibrado con patrones (Cx1 o CCP) y el calculado a partir del calibrado

con adicioacuten de patroacuten (Cx2 o CCA) Ambos valores (CCP y CCA) se

comparan mediante un test de t-Student de comparacioacuten de dos medias

con (n1 + n2 - 3) grados de libertad Si concluimos por la hipoacutetesis nula

con un nivel de significacioacuten mayor del 5 ambos resultados son iguales

y por tanto el meacutetodo es exacto Se calcula el estadiacutestico

190 Tesis Doctoral

[ ]sum minus+minus

minusminus+

minus=

)cc()cc(b)yy(

cc)c(t (233)

CAPIacuteTULO 3

DETERMINACIOacuteN DE TENSIOACTIVOS POR HPLC

OPTIMIZACIOacuteN DE LAS VARIABLES

Determinacioacuten de tensioactivos por HPLC optimizacioacuten de las variables 193

En el presente capiacutetulo se presenta la optimizacioacuten de las variables tanto

quiacutemicas como fiacutesicas de las diferentes metodologiacuteas propuestas para la

determinacioacuten de tensioactivos anioacutenicos (LAS y jaboacuten) en matrices

ambientales

En el primer apartado se desarrolla la puesta a punto de las metodologiacuteas

para el jaboacuten Con objeto de su determinacioacuten se propone en la primera

parte la siacutentesis de diferentes patrones del jaboacuten (caacutelcico potaacutesico y el

procedente del aacutecido graso de coco) La carencia por parte del analito

(jaboacuten) de propiedad fiacutesica lo suficientemente sensible para llevar a cabo

su anaacutelisis en matrices ambientales hizo necesaria la puesta a punto de

una o varias reacciones de derivacioacuten Previa optimizacioacuten en la segunda

parte de los paraacutemetros instrumentales propios de un equipo de

cromatografiacutea liacutequida de alta resolucioacuten entre los que se incluye la

separacioacuten cromatograacutefica de cada uno de los compuestos objeto de

estudio se proponen en la tercera y cuarta parte dos diferentes reacciones

194 Tesis Doctoral

de derivacioacuten para el jaboacuten Las variables de cada reaccioacuten propuesta son

optimizadas mediante la aplicacioacuten de un disentildeo experimental Cabe

resaltar que cada reaccioacuten es especiacutefica para cada tipo de deteccioacuten

empleado presentaacutendose una derivacioacuten para la deteccioacuten fluorescente y

otra para la deteccioacuten ultravioleta

Por otro lado se desarrolla en el segundo apartado la optimizacioacuten de las

variables para la determinacioacuten del LAS El hecho de ser un tensioactivo

con fluorescencia nativa simplificoacute la propuesta metodoloacutegica de manera

significativa en la cual se optimizaron los paraacutemetros cromatograacuteficos de

acuerdo a las exigencias analiacuteticas de la presente Memoria Estas

exigencias fueron sobre todo resolver de manera aceptable los isoacutemeros

del LAS fundamentalmente el 2Oslash de cada homoacutelogo

2- DETERMINACIOacuteN DE JABOacuteN POR HPLC OPTIMIZACIOacuteN

DE LAS VARIABLES

211 - Patrones individuales

Para la determinacioacuten del jaboacuten y su posterior estudio ambiental se

requirioacute la siacutentesis de dos especies de jaboacuten el jaboacuten caacutelcico y el jaboacuten

potaacutesico La metodologiacutea se basoacute en la presentada por Moreno1 la cual

comprende varios pasos para cada especie de jaboacuten

1 Moreno A Bravo J Ferrer J Bengoechea C Soap determination in sewage sludge by

HPLC SETAC Europe meeting Postdam 1992

Siacutentesis del jaboacuten potaacutesico

bull Se partioacute de patrones de pureza conocida para cada aacutecido

graso con longitud de cadena comprendida entre C8 y C18

bull Se disolvioacute una cantidad conocida del aacutecido graso (por lo

general 10 g) en 100 mL de acetona

bull Se preparoacute una disolucioacuten saturada de K2CO3 en 15 mL

de agua

bull Se mezclaron ambas disoluciones lo que dio lugar a un

precipitado blanco proveniente de la insolubilidad en

acetona del jaboacuten potaacutesico generado

bull Se filtroacute la suspensioacuten generada en un sistema de filtrado

formado por un quitasato un Buumlchner y un papel de filtro

de celulosa

bull Se lavoacute el precipitado varias veces con acetona para

eliminar los posibles restos de aacutecido graso que pudieran

quedar

bull Con objeto de precipitar los posibles restos de aacutecidos que

pudieran quedar se antildeadioacute disolucioacuten saturada de K2CO3

a las aguas de filtrado esta disolucioacuten se volvioacute a filtrar y

a lavar

bull Se combinaron ambos precipitados y se dejaron secar a

temperatura ambiente durante un diacutea

bull Se calculoacute su rendimiento mol a mol

bull Se repitioacute este protocolo para cada uno de los aacutecidos

grasos

196 Tesis Doctoral

Tabla 31- Rendimientos de la siacutentesis de jaboacuten potaacutesico

JABOacuteN POTAacuteSICO RENDIMIENTO ()

C8 987

C10 991

C12 977

C13 993

C14 984

C16 991

C17 971

C18 979

C181 993

C182 997

Siacutentesis del jaboacuten caacutelcico

bull Se partioacute del jaboacuten potaacutesico obtenido en la etapa anterior

bull Se disolvioacute una cantidad conocida del jaboacuten potaacutesico en la

cantidad miacutenima posible de agua caliente

bull Se prepararon 15 mL de disolucioacuten saturada de CaCl2 en

agua caliente

precipitado blanco instantaacuteneo proveniente de la

insolubilidad en agua del jaboacuten caacutelcico generado

de celulosa

bull Se lavoacute el precipitado varias veces con agua caliente para

eliminar los posibles restos de jaboacuten potaacutesico y de cloruro

caacutelcico que pudieran quedar

bull Con objeto de precipitar los posibles restos de jaboacuten

potaacutesico que pudieran quedar se antildeadioacute disolucioacuten

saturada en agua caliente de CaCl2 a las aguas de filtrado

esta disolucioacuten se volvioacute a filtrar y a lavar

bull Se combinaron ambos precipitados y se secaron en una

estufa a 60 grados durante varios diacuteas hasta pesada

constante

bull Se repitioacute este protocolo para cada uno de los jabones

potaacutesicos Cabe resaltar que debido a la insolubilidad en

agua del jaboacuten potaacutesico de cadena maacutes larga (C16 y C18)

se calentoacute las disoluciones a una temperatura mayor

Tabla 32- Rendimientos de la siacutentesis del jaboacuten caacutelcico

JABOacuteN CAacuteLCICO RENDIMIENTO ()

C8 965

C10 976

C12 964

C13 961

C14 973

C16 971

C17 974

C18 946

C181 973

C182 987

198 Tesis Doctoral

212 - Patroacuten de jaboacuten proveniente del aacutecido graso de coco

Para llevar a cabo el ensayo de campo se utilizoacute como analito objeto de

estudio jaboacuten soacutedico de coco el cual proviene del aacutecido graso de coco La

razoacuten que justifica la eleccioacuten de este tipo de jaboacuten radica en su amplia

utilizacioacuten en detergentes comerciales siendo de esta manera el jaboacuten maacutes

utilizado y por tanto el de mayor intereacutes desde el punto de vista

medioambiental Otra caracteriacutestica tambieacuten relacionada con la anterior

es su relativa buena solubilidad sobre todo si se compara con el jaboacuten de

grasas de origen animal Este hecho es debido a su mayor proporcioacuten de

jaboacuten de cadena maacutes corta (C12-C14) llegando a tener concentraciones

proacuteximas al 50 en C12

La composicioacuten del aacutecido graso de partida se determinoacute mediante

cromatografiacutea de gases con espectrometriacutea de masas previa derivacioacuten con

metanol y BF32

Para la determinacioacuten de la composicioacuten se establecioacute mediante relacioacuten

de aacutereas (A patroacuten A patroacuten interno) un calibrado a un solo nivel (100

mgmiddotL-1)

Los resultados obtenidos se muestran en la Tabla 33

2 Gonzaacutelez Casado A Determinacioacuten de aacutecidos grasos mediante cromatografiacutea de

gases-espectrometria de masas Tesis Doctoral Universidad de Granada 1996

Figura 31- Cromatograma obtenido de los esteres del aacutecido graso de coco Modo Scan

Tabla 33- Composicioacuten del aacutecido graso de coco por GC-MS

AacuteCIDOS GRASOS (ESTERIFICADOS)

COMPOSICIOacuteN ()

C12 516

C13 Patroacuten interno

C14 164

C16 106

C181 183

C18 31

Total 100

La siacutentesis del jaboacuten de coco se realizoacute de la misma manera que para los

aacutecidos grasos individuales descritos en el apartado anterior Cabe destacar

que como consecuencia de la gran cantidad de muestra tratada (800 g de

aacutecido graso) y al volumen de agua utilizado (1 L) el periacuteodo de secado se

alargoacute de manera notable en comparacioacuten con los aacutecidos grasos

Tiempo (min)

Abundancia

C13 (PI)

C14 C18C16C181

200 Tesis Doctoral

individuales (1 diacutea de secado) llegando a durar varias semanas hasta

conseguir un soacutelido seco de alta pureza El rendimiento se calculoacute de la

misma manera que en apartado anterior obtenieacutendose un valor del 95

Finalmente se analizoacute el soacutelido obtenido mediante cromatografiacutea liacutequida1

para comprobar si durante el proceso de siacutentesis se habiacutea producido

alguna alteracioacuten en la proporcioacuten de partida

Tabla 34- Composicioacuten del aacutecido graso de coco por HPLC

AacuteCIDOS GRASOS COMPOSICIOacuteN ()

C12 512

C14 166

C16 108

C181 185

C18 29

Total 100

A la vista de los resultados obtenidos no existe una variacioacuten apreciable

en la composicioacuten Las pequentildeas oscilaciones puede achacarse maacutes a la

diferencia de los meacutetodos analiacuteticos utilizados (para el aacutecido graso

cromatografiacutea de gases para el jaboacuten cromatografiacutea de liacutequidos) que a

alguacuten tipo de incidente derivado del proceso de siacutentesis

Una vez sintetizado y despueacutes de su anaacutelisis el soacutelido se conservoacute en un

recipiente de plaacutestico en el frigoriacutefico a 4 ordmC

22 - Optimizacioacuten de las variables implicadas en el proceso

cromatograacutefico

Para la optimizacioacuten de las variables cromatograacuteficas se partioacute de las

condiciones para la reaccioacuten de derivacioacuten del jaboacuten encontradas en

bibliografiacutea con algunas modificaciones13

Protocolo de derivacioacuten

1 Se disolvioacute una mezcla de jaboacuten potaacutesico (C8K- C18K) en

metanol (5 mgmiddotL-1)

2 Se pipeteoacute una cantidad de la disolucioacuten metanoacutelica (3 mL)

Se evaporoacute hasta sequedad

3 Se antildeadioacute 15 mL de disolucioacuten de 4-Bromometil-7-

metoxicumarina (BrMMC) al 05 en acetona y 15 mL de

disolucioacuten de 18-eacuteter-6-corona al 01 en acetona

4 Se calentoacute a 80 ordmC durante 30 minutos

5 Se inyectoacute en el cromatoacutegrafo de liacutequidos

Se partioacute del siguiente meacutetodo cromatograacutefico

3 Hayashi K Kawase J Yoshimura K Ara K Determination of trace of levels fatty

metal salts by HPLC with fluorescene prelabeling Analytical Biochemistry 136 314-320 1984

202 Tesis Doctoral

Tabla 35- Variables cromatograacuteficas iniacuteciales

PARAacuteMETROS INIacuteCIALES

Vol Inyeccioacuten 50 μL

Flujo 15 mLmiddotmin-1

Temperatura 30 ordmC

Deteccioacuten λex = 325 nm λem = 398 nm

Eluyentes Canal A = Agua HPLC Canal B = ACN HPLC

Gradiente T0= 70B T10= 80B T15= 85B T20= 85B

T25= 100B

Ganancia 12 eV

A partir de dicho meacutetodo se fueron optimizando cada una de las

variables Para la optimizacioacuten se usoacute un patroacuten de jaboacuten potaacutesico de 5

mgmiddotL-1 (C8K-C18K)

221 - Seleccioacuten de la fase estacionaria

Con objeto de optimizar la separacioacuten cromatograacutefica del jaboacuten se

estudiaron distintos tipos de fases estacionarias Atendiendo a la diferente

polaridad relativa existente entre fase moacutevil y fase estacionaria se pueden

distinguir dos tipos de cromatografiacutea liacutequida cromatografiacutea en fase

normal (fase estacionaria maacutes polar que la fase moacutevil) y cromatografiacutea en

fase inversa donde la fase estacionaria es menos polar que la fase moacutevil

A continuacioacuten se comenta cada una de ellas

Los rellenos maacutes comuacutenmente utilizados en fase normal son siacutelice y

aluacutemina aunque tambieacuten pueden poseer algunos grupos funcionales

polares enlazados sobre la de siacutelice como ciano diol y amino

Normalmente la fase amino (-NH2) proporciona un buen nivel de

selectividad y una gran versatilidad dado que ofrece la posibilidad de

utilizarla en fase normal como intercambiadora anioacutenica deacutebil (usando

pH aacutecidos en la fase moacutevil) e incluso en fase inversa aunque adolece de

buena estabilidad quiacutemica si se compara con rellenos de similares

caracteriacutesticas mucho maacutes estables aunque menos versaacutetiles como es el

relleno compuesto de grupos ciano (-CN) enlazados al soporte de siacutelice

De todas ellas se ensayoacute la fase -NH2 No se obtuvieron buenos resultados

con esta columna Por lo tanto se desechoacute la cromatografiacutea en fase

normal

Para la modalidad reversa el relleno maacutes comuacutenmente utilizado es siacutelice

enlazada a cadenas alquiacutelicas de distinta longitud que ofrecen distintos

grados de polaridad Las partiacuteculas de este relleno se presentan con

diferentes morfologiacuteas partiacuteculas amorfas (ej LiChrosorb - Merck) o con

esferas simeacutetricas (ej LiChrospher - Merck Zorbax - Agilent

Technologies Symmetry - Waters Luna - Phenomenex) Las partiacuteculas

con morfologiacutea de esferas simeacutetricas proporcionan un empaquetamiento

uniforme con una elevada resistencia fiacutesica y quiacutemica ademaacutes se

favorece la reaccioacuten de enlace entre la base siacutelicea y la fase enlazada (C8

C18) mejorando asiacute la eficiencia de la columna

204 Tesis Doctoral

El poder de resolucioacuten de este tipo de rellenos radica en las interacciones

hidrofoacutebicas existentes entre las cadenas hidrocarbonadas que conforman

la fase enlazada y la parte apolar de las moleacuteculas de analito De este

modo cuanto mayor sea la longitud de la cadena alquiacutelica de la fase

estacionaria mayor seraacute la interaccioacuten entre eacutesta y el analito mayor seraacute

tambieacuten el nuacutemero de equilibrios establecidos o platos teoacutericos (N) y

mayor por tanto el poder de resolucioacuten Asiacute se puede saber a priori que el

mayor poder resolutivo vendraacute dado por rellenos donde la base siliacutecea ha

sido enlazada a cadenas alquiacutelicas largas normalmente cadenas de 18

carbonos (C18)

Teniendo en cuenta todas estas consideraciones previas se comentan a

continuacioacuten las columnas ensayadas

bull Lichrospher RP-8 250 mm x 46 mm con 5 microm de tamantildeo de

partiacutecula (Agilent Technologies)

Se ensayaron diferentes gradientes para las distintas columnas para

evaluar en cuaacutel de todas ellas se obteniacutean mejor resolucioacuten

cromatograacutefica Los resultados obtenidos se muestran a continuacioacuten

junto con los cromatogramas correspondientes

bull Lichrospher RP-8 250 mm x 46 mm

Tabla 36- Gradientes RP-8 250 mm x 46 mm

t (min)

0 10 15 20 25

Gradiente 1 70 80 85 85 100

Gradiente 2 60 70 75 75 90

Gradiente 3 65 75 80 80 95

Gradiente 4 75 85 90 90 100

Figura 32- Lichrospher RP-8 250 mm x 46 mm Por orden de elucioacuten C8K(1) C10K(2) C12K(3) C13K(4) C14K(5) C182K(6) C16K(7) C181K(8) C17K(9) C18K(10)

Gradiente 2

6 710 9

Gradiente 3

min 5 10 15 20

Gradiente 4

Gradiente 1

206 Tesis Doctoral

t (min)

0 10 15 20 25 30

Gradiente 1 70 80 85 85 100 -

Gradiente 2 50 - - 65 85 100

Gradiente 3 65 - 70 85 100 -

Gradiente 4 65 - 80 90 100 -

Figura 33- Lichrospher RP-8 125 mm x 46 mm La nomenclatura de los picos es la misma que para la figura 32

Gradiente 1 LU

4 5 6 7 89+10

6 7+8 9 10

Gradiente 2

Gradiente 3

min 5 10 15 20

2 3 4 5

6 7 8 10 9

Gradiente 4

t (min)

0 10 15 20 25 30

Gradiente 1 70 80 85 85 100 -

Gradiente 2 75 80 - 100 - -

Gradiente 3 65 - 75 80 - 100

Gradiente 1 LU

4 5 7+8 6 10 9

2 34 5

67+8 9 10

Gradiente 2

min 5 10 15 20 25 30

2 3 4 5 6 7+8 9 10

Gradiente 3

208 Tesis Doctoral

t (min)

0 10 15 20 25 30

Gradiente 1 70 80 85 85 100 -

Gradiente 2 80 - 85 85 - 100

Gradiente 3 85 - 85 85 - 95

Gradiente 4 60 - - - 100 -

Gradiente 1 LU

4 5 6 7+89 10

2 34 5 6 7+8

Gradiente 2

4 5 6 7+8

Gradiente 3

5 10 15 20 25 30

4 5 6 10 97+8

Gradiente 4

Discusioacuten

De las cuatro columnas estudiadas la columna Lichrospher RP-8 250 mm

x 46 mm es la que presentoacute una mejor relacioacuten entre separacioacuten tiempo

de anaacutelisis y resolucioacuten de los analitos presentes por lo que se seleccionoacute

como columna de trabajo La columna RP-8 de 125 mm aunque mostraba

buena separacioacuten para todos los analitos teniacutea el inconveniente de la

menor resolucioacuten debido a la mayor anchura de los picos Del mismo

modo se desecharon las columnas RP-18 ya que a pesar de que los picos

poseiacutean buenas caracteriacutesticas la fase estacionaria fue incapaz de separar

las sales de los aacutecidos grasos C16 del C181

222 - Optimizacioacuten del gradiente y del flujo

Una vez seleccionado el tipo de columna el siguiente paso fue la

optimizacioacuten conjunta del gradiente y del flujo con objeto de buscar un

compromiso entre el gasto de eluyente la sensibilidad y la resolucioacuten

Existen dos modalidades diferentes para llevar a cabo un anaacutelisis

cromatograacutefico manteniendo constante la composicioacuten de la fase moacutevil

esto es en modo isocraacutetico y variando de manera proporcional la

composicioacuten de la fase moacutevil o en modo gradiente Debido a la

complejidad de la mezcla de jaboacuten y al gran nuacutemero de analitos

analizados el meacutetodo isocraacutetico no fue adecuado para resolver todos los

picos Por lo tanto se procedioacute a llevar a cabo una elucioacuten en gradiente

partiendo de las condiciones descritas en la Tabla 36 gradiente 1 Las

condiciones de partida fueron Gradiente T0 = 70 B T10 = 80 B T15 =

85B T20 = 85 B T25 = 100 B Los demaacutes paraacutemetros se mantuvieron

constantes

210 Tesis Doctoral

Tabla 39- Gradientes para flujo 1 mLmiddotmin-1

t (min)

0 10 15 20 25

Gradiente 1 70 80 85 85 100

Gradiente 2 80 90 95 95 100

Gradiente 3 75 85 90 90 95

Figura 36- Flujo 1 mLmiddotmin-1 La nomenclatura de los picos es la misma que para la figura 32

Gradiente 1 LU

Gradiente 2 LU

4 5 6 7

Gradiente 3 LU

4 56 7 10 9

5 10 15 20 min

t (min)

0 10 15 20 25

Gradiente 1 70 80 85 85 100

Gradiente 2 60 70 75 75 90

Gradiente 3 65 75 80 80 95

Gradiente 4 75 85 90 90 100

Gradiente 2

6 710 9

Gradiente 3

min 5 10 15 20

Gradiente 4

Gradiente 1

212 Tesis Doctoral

t (min)

0 10 15 20 25

Gradiente 1 70 80 85 85 100

Gradiente 2 65 75 80 80 100

Gradiente 3 75 85 90 90 100

Discusioacuten

Despueacutes de haber ensayado varios gradientes a diferentes flujos se

concluyoacute como solucioacuten de compromiso la eleccioacuten del siguiente flujo y

Gradiente 1 LU

4 56 7

4 56 7 8

Gradiente 2

min5 10 15 20

Gradiente 3

gradiente de trabajo Gradiente T0 = 70B T10 = 80B T15 = 85B T20

= 85B T25 = 100B Flujo 15 mLmiddotmin-1 (Figura 32 gradiente 1) La

seleccioacuten de estas condiciones se basoacute en que aunque a flujos maacutes altos se

obteniacutean menores tiempos de elucioacuten la mejora que esto mostraba no era

tan significativa si lo comparamos con el gasto de eluyente que suponiacutea

trabajar a flujo de 2 mLmiddotmin-1 con el consiguiente descenso de la

sensibilidad Ademaacutes una disminucioacuten del flujo a 1 mLmiddotmin-1 daba como

resultado una disminucioacuten de los tiempos de retencioacuten pero una peor

separacioacuten entre el jaboacuten C16 y C181 En cuanto al gradiente para un flujo

seleccionado de 15 mLmiddotmin-1 un aumento en la cantidad de fase orgaacutenica

(acetonitrilo) superior al seleccionado provocaba una disminucioacuten de los

tiempos de retencioacuten junto con una disminucioacuten en la resolucioacuten de los

analitos especialmente entre el jaboacuten C16 y C181 Del mismo modo un

excesivo aumento del porcentaje del eluyente polar (agua) generaba

tiempos mayores alargando el cromatograma de manera innecesaria

223 - Composicioacuten de la fase moacutevil

El estudio de la fase moacutevil es crucial debido a que puede afectar de

manera notable a la separacioacuten cromatograacutefica A continuacioacuten se

presentan los ensayos realizados sobre la fase moacutevil

bull Influencia del metanol

Inicialmente se eligieron como eluyentes de cromatografiacutea agua y

acetonitrilo por ser los maacutes usuales para cromatografiacutea reserva A pesar

de que la resolucioacuten usando estos dos eluyentes fue aceptable se propuso

ensayar otro tipo de disolventes como fase moacutevil ya que a parte del

acetonitrilo tanto el metanol como el tetrahidrofurano son habitualmente

214 Tesis Doctoral

usados como complementos al agua en cromatografiacutea reversa El

tetrahidrofurano mostraba el inconveniente de que provocaba

inestabilidad y aumento en la presioacuten en columna por lo que quedoacute el

metanol como uacutenica alternativa Para comprobar su comportamiento se

prepararon varias mezclas de disolventes Las fases moacuteviles compuestas

por canal A metanol canal B acetonitrilo y la formada por canal A agua

y canal B metanol dieron resultados poco satisfactorios debido a que en

el caso uno se obteniacutea una fase moacutevil excesivamente poco polar

provocando poca separacioacuten entre los picos y en el caso dos por el

contrario la composicioacuten era muy polar con lo que se alargaba los

tiempos de retencioacuten maacutes de lo deseable Por lo tanto para comprobar su

posible efecto en la separacioacuten la uacutenica posibilidad que quedoacute fue ir

antildeadiendo al agua cantidades crecientes de metanol

Tabla 312- Porcentajes ensayados de metanol

ENSAYOS PORCENTAJE METANOL

Porcentaje 1 10

Porcentaje 2 20

Porcentaje 3 30

Porcentaje 4 50

Porcentaje 5 70

Porcentaje 6 100

Figura 39-Variacioacuten en la porporcioacuten de metanol La nomenclatura de los picos es la misma que para la Figura 32

4 5 6 10 9 87

4 9 876

4 5 10 9876

5 10 15 20 min

4 5 10 9

216 Tesis Doctoral

Figura 39-Variacioacuten en la porporcioacuten de metanol La nomenclatura de los picos es la misma que para la Figura 32 (cont)

Discusioacuten

La adicioacuten de metanol en la fase moacutevil canal A (agua) provocoacute varios

efectos una bajada de la presioacuten proporcional a la cantidad de metanol

que se antildeadioacute un acortamiento en el tiempo de anaacutelisis cromatograacutefico y

una disminucioacuten de la resolucioacuten y separacioacuten cromatograacutefica es decir

con una mayor cantidad de metanol se obtuvo una menor presioacuten de

trabajo un menor tiempo de anaacutelisis y una peor separacioacuten Por lo tanto

la composicioacuten oacuteptima de la fase moacutevil fue la inicialmente propuesta

Canal A Agua HPLC Canal B ACN HPLC

bull Influencia del pH

La tolerancia de las columnas en fase reversa estaacute comprendida entre

valores de pH de 25 y 8 Si se trabaja a valores por encima o por debajo

4 5 1098 7 6

5 10 15 20 min

de este rango puede provocar una disminucioacuten en la vida de las mismas

La modificacioacuten del pH tiene mucha importancia en cromatografiacutea

reversa ya que la carga de los grupos silanoles enlazados en la fase

estacionaria depende en gran medida de la concentracioacuten de iones

hidronio del medio pudiendo en muchos casos modificar la separacioacuten

cromatograacutefica de manera sustancial

En este estudio se ensayaron varios tipos de aacutecidos y disoluciones

reguladoras Los aacutecidos utilizados fueron el aacutecido trifluoroaceacutetico y el

aacutecido foacutermico los cuales fueron antildeadidos a la fase acuosa en una

concentracioacuten del 01 vv generando un pH de 25 A continuacioacuten se

prepararon disoluciones reguladoras a diferentes valores de pH (3 4 5 7

8) usando para ello K2HPO4 (10 mM) anhidro y H3PO3 Las condiciones

de trabajo exceptuando la fase moacutevil fueron las iniacuteciales Los resultados

obtenidos se muestran a continuacioacuten

Tabla 313- Rango de pH ensayado

ENSAYOS pH

Ac foacutermico 24

TFA 25

Reguladora 1 4

Reguladora 2 5

Reguladora 3 7

Reguladora 4 8

218 Tesis Doctoral

Figura 310- Ensayos a diferente pH La nomenclatura de los picos es la misma que para la Figura 32

min 5 10 15 20

4 5 10 9 87 6

Foacutermico

4 5 10 9 87 6

Reguladora 1

4 5 10 9 87 6

Reguladora 2

4 5 10 9 87 6

Reguladora 3

Reguladora 4

Discusioacuten

A la vista de los cromatogramas obtenidos se dedujo que no existiacutea

mejora en los paraacutemetros cromatograacuteficos a medida que iba variando el

pH de la fase moacutevil Ademaacutes se observoacute como la liacutenea de presioacuten durante

el transcurso del cromatograma no se manteniacutea estable por lo tanto no

fue necesario controlar el pH de la fase moacutevil

bull Influencia del agente micelar (SDS)

Seguacuten se recoge en bibliografiacutea4 este tensioactivo no forma micelas en la

fase moacutevil si la proporcioacuten de disolvente orgaacutenico es superior al 20 esto

es debido a que las interacciones entre los monoacutemeros de surfactante

(SDS) y moleacuteculas de disolvente orgaacutenico son preferidas a las

interacciones mutuas entre moleacuteculas Sin embargo si se producen

interacciones entre SDS y moleacuteculas de analito recibe el nombre de

asociacioacuten solvofoacutebica La separacioacuten se basa en la formacioacuten de

complejos de asociacioacuten de diferente fortaleza dependiendo de la

diferente hidrofobicidad de los analitos de acuerdo con el siguiente

equilibrio

(A) (S) + SDS (A) (SDS) + S

Donde A es el analito y S es el disolvente En nuestro caso se prepararon

cinco disoluciones acuosas con diferentes concentraciones de SDS

4 Heinig K Vogt C Werner G Determination of LAS in industrial and environmental

samples by CE Analyst 123 349-353 1998

220 Tesis Doctoral

Tabla 314- Concentraciones de SDS ensayadas

ENSAYOS CONCENTRACIOacuteN (mgmiddotL-1)

SDS 1 500

SDS 2 750

SDS 3 1500

SDS 4 2000

SDS 5 5000

Figura 311- Ensayos a diferentes concentraciones de SDS La nomenclatura de los picos es la misma que para la Figura 32

4 5 10 9 87 6

min 5 10 15 20

4 5 10 9 87 6

Figura 311- Ensayos a diferentes concentraciones de SDS La nomenclatura de los picos es la misma que para la Figura 32 (cont)

Discusioacuten

La adicioacuten de un agente micelar no alteroacute ni la resolucioacuten ni la separacioacuten

cromatograacuteficas Por lo tanto no fue necesaria su utilizacioacuten ya que no

aporta ninguna ventaja

224 - Temperatura de la columna y la ganancia del

fotomultiplicador

bull Influencia de la temperatura

La temperatura de columna debe ser controlada para obtener resultados

reproducibles ya que tanto la viscosidad de la fase moacutevil como el

rendimiento de fluorescencia de los analitos son fenoacutemenos que se ven

influenciados en gran medida por este factor Por tanto se debe trabajar

con un sistema capaz de controlar la temperatura de la columna

4 5 10 9 87 6

min 5 10 15 20

4 5 10 9 87 6

222 Tesis Doctoral

Un aumento en la temperatura representa una disminucioacuten en la

viscosidad de la fase moacutevil y una disminucioacuten por tanto de la presioacuten del

sistema mejorando la eficiencia de la separacioacuten pero a su vez implica

una disminucioacuten en la sentildeal de fluorescencia emitida por los analitos

Ademaacutes a temperaturas elevadas se puede producir la hidroacutelisis de la fase

estacionaria y la consiguiente peacuterdida de eficacia y resolucioacuten en la

separacioacuten En el caso de estudio se probaron tres temperaturas diferentes

Tabla 315-Temperaturas ensayadas

ENSAYOS TEMPERATURA (ordmC)

Temperatura 1 20

Temperatura 2 30

Temperatura 3 40

Figura 312- Ensayos a diferentes temperaturas La nomenclatura de los picos es la misma que para la Figura 32

4 10 9 87 65

20 ordmC

4 5 6 810 9

30 ordmC

min 5 10 15 20

4 5 109876

40 ordmC

Discusioacuten

A medida que se aumentoacute la temperatura disminuyeron los tiempos de

retencioacuten pero a su vez se perdioacute resolucioacuten Por lo tanto se seleccionoacute

la temperatura intermedia de 30 ordmC como solucioacuten de compromiso

bull Influencia de la ganancia del fotomultiplicador

La ganancia del fotomultiplicador en fluorescencia se mide en electrones

voltios (eV) cuanto mayor es la cantidad de electrones voltios utilizada

mayor es la sentildeal la cual estaacute directamente relacionada con la

sensibilidad Sin embargo un excesivo aumento de la ganancia puede

generar en un tiempo menor de vida del detector En nuestro caso se

estudiaron tres diferentes ganancias

Tabla 316- Ganancias ensayadas

ENSAYOS GANANCIA (eV)

Ganancia 1 10

Ganancia 2 12

Ganancia 3 14

224 Tesis Doctoral

Figura 313- Ensayos a diferentes ganancias La nomenclatura de los picos es la misma que para la Figura 32

Discusioacuten

Los resultados mostraron que al subir la ganancia se aumentaba la sentildeal

de los picos sin embargo se aprecioacute que los picos tendiacutean a igualar su

intensidad a medida que se iba aumentando la cantidad de electroacuten voltios

lo que indicoacute que los picos iniacuteciales se habiacutean saturado Por lo tanto como

solucioacuten de compromiso se seleccionoacute la ganancia de 12 eV como la

ganancia de trabajo

3 4 5 109876

min5 10 15 20

4 5 109876

225 - Optimizacioacuten de la longitud de onda de excitacioacuten y de

emisioacuten

Al usar la fluorescencia (FLD) como sistema de deteccioacuten de los analitos

se optimizaron las longitudes de onda de excitacioacuten y emisioacuten Para ello

se fijoacute en primer lugar una longitud de onda de excitacioacuten λexc = 329 nm y

se hizo un barrido de emisioacuten en busca de la longitud de onda de emisioacuten

maacutexima Para localizar la longitud de onda maacutexima de excitacioacuten se

mantuvo fija la longitud de onda de emisioacuten maacutexima obtenida en el paso

anterior y se hizo un barrido de excitacioacuten

λexc (329 nm) barrido de emisioacuten (300-500 nm)

Figura 314- Barrido de emisioacuten

226 Tesis Doctoral

λem (398 nm) barrido de excitacioacuten (230-370 nm)

Figura 315- Barrido de excitacioacuten

Discusioacuten

Seguacuten los resultados obtenidos en el 3Dplot las longitudes oacuteptimas

fueron

λexcitacioacuten = 329 nm λemisioacuten = 398 nm

226 - Optimizacioacuten de la composicioacuten del vial y el volumen de

inyeccioacuten

Dentro de la optimizacioacuten de un meacutetodo de cromatografiacutea liacutequida tanto el

volumen de inyeccioacuten como la composicioacuten del vial son paraacutemetros de

obligado estudio El volumen de inyeccioacuten afecta fundamentalmente a la

sensibilidad ya que a medida que se aumenta el volumen la sentildeal

tambieacuten se incrementa y como sabemos la sensibilidad y la sentildeal estaacuten

en directa proporcioacuten En cuanto a la composicioacuten del vial se sabe por

experiencias previas que una composicioacuten de vial parecida a la fase moacutevil

inicial puede mejorar la sensibilidad de la sentildeal y ademaacutes se percibe en

muchos casos una mejora en las caracteriacutesticas cromatograacuteficas

En el meacutetodo propuesto con objeto de asemejar la composicioacuten del vial a

la fase moacutevil inicial se estudioacute el efecto de antildeadir a los 3 mL (ACN)

finales de la reaccioacuten de derivacioacuten 05 mL de ACN (ensayo 1) 03 mL

ACN y 02 mL de agua (ensayo 2) y 05 mL de agua (ensayo 3) a

diferentes voluacutemenes de inyeccioacuten 5 μL 20 μL 50 μL 100 μL De esta

manera se pretendioacute optimizar de manera conjunta ambas variables ya su

relacioacuten suele ser muy estrecha

Tabla 317- Voluacutemenes de inyeccioacuten y composiciones ensayadas

VOLUacuteMENES COMPOSICIOacuteN ENSAYO

5 μL 05 ACN Ensayo 1

5 μL 03 ACN + 02 agua Ensayo 2

5 μL 05 agua Ensayo 3

228 Tesis Doctoral

Figura 316- Ensayos a diferentes composiciones 5 microL La nomenclatura de los picos es la misma que para la Figura 32

min 5 10 15 20

4 5 6 10 987

1 2 3 4 5 6 10987

Ensayo 4

5Ensayo 1

2 34 5 6 7 8 9 10

Ensayo 2

Ensayo 3

Ensayo 5

min 5 10 15 20

LU 800

4 5 6 7 1098

Ensayo 6

4 5 6 7 10 9 8

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

Ensayo 8

min 5 10 15 20

Ensayo 9

1 2 3 4 5 6 10987

Ensayo 10

1 2 34 5 6 7 8 109

Ensayo 11

min 5 10 15 20

1200 1

Ensayo 12

Ensayo 7

230 Tesis Doctoral

Discusioacuten

A medida que se fueron aumentando la proporcioacuten de agua y el volumen

de inyeccioacuten se obtuvieron mejores resultados (mayor sensibilidad) No

se pudo aumentar maacutes la proporcioacuten de agua ya que a partir de 05 mL

apareciacutea una turbidez debida a la insolubilidad de la BrMMC en agua Por

lo tanto las condiciones oacuteptimas fueron Vol Inyeccioacuten 100 μL y 05 mL

227 - Resultados oacuteptimos

Teniendo en cuenta todos los resultados alcanzados en los apartados

anteriores en la Tabla 318 se resumen los valores oacuteptimos y en la

Figura 320 se muestra un cromatograma obtenido bajo esas mismas

condiciones

Tabla 318- Variables cromatograacuteficas oacuteptimas

PARAacuteMETROS OacutePTIMOS

Columna Lichrospher RP-8 250 mm x46 mm

T25= 100B

Comp Vial 3 mL ACN y 05 mL agua

Ganancia 12 eV

Figura 320- Cromatograma oacuteptimo Por orden C8K (1) C10K (2) C12K (3) C13K (4) C14K (5) C182K (6) C16K (7) C181K (8) C17K (9) C18K (10)

min 5 10 15 20

1200 1

232 Tesis Doctoral

23 - Optimizacioacuten de la reaccioacuten de derivacioacuten para fluorescencia

231 - Justificacioacuten de la reaccioacuten de derivacioacuten

Como ya se ha comentado con anterioridad el jaboacuten es una sal alcalina

del aacutecido graso Desde el punto de vista estrictamente analiacutetico el jaboacuten

tiene un comportamiento parecido al aacutecido graso La dificultad en la

determinacioacuten del aacutecido graso y por ende del jaboacuten se basa

fundamentalmente en dos hechos

La falta de propiedad analiacutetica sensible medible Los aacutecidos

grasos no tienen en su estructura ni dobles enlaces (salvo los

insaturados) ni grupos aromaacuteticos lo que impide su anaacutelisis

mediante teacutecnicas especiacuteficas como la fluorescencia A pesar de

que presentan un pico de absorcioacuten entre 204 y 207 nm en el

ultravioleta su intensidad es poco significativa dificultando su

cuantificacioacuten a concentraciones bajas (mgmiddotL-1) Por lo tanto

para su correcta determinacioacuten hay que irse a teacutecnicas de

derivacioacuten para de este modo aumentar la respuesta a los

diferentes sistemas de deteccioacuten especiacuteficos Otra posibilidad

seriacutea la determinacioacuten mediante sistemas de deteccioacuten

universales como por ejemplo la espectrometriacutea de masas

Alto punto de ebullicioacuten Una de las caracteriacutesticas

fundamentales del aacutecido graso es su alto punto de ebullicioacuten lo

que dificulta su determinacioacuten por cualquier teacutecnica que requiera

el paso a un estado gaseoso del analito (cromatografiacutea de gases y

espectrometriacutea de masas) Aunque actualmente existen

columnas para cromatografiacutea de gases que son capaces de

trabajar a altas temperaturas y de determinar los aacutecidos grasos

sin derivacioacuten eacutestas son todaviacutea muy caras y en muchos casos

se prefiere utilizar meacutetodos de derivacioacuten ya que son maacutes

econoacutemicas

Teniendo en cuenta todo lo anteriormente expuesto la derivacioacuten es la viacutea

maacutes recomendable para el anaacutelisis de los aacutecidos grasos y de sus derivados

alcalinos el jaboacuten

232 - Eleccioacuten de la reaccioacuten de derivacioacuten

La reaccioacuten de derivacioacuten consiste en transformar la sustancia a analizar

(con pocas o nulas propiedades analiacuteticas medible) en otro compuesto

sensible a cualquiera de las teacutecnicas de deteccioacuten especiacutefica existentes

Por norma se suele antildeadir en el caso de la cromatografiacutea liacutequida un

compuesto con anillos aromaacuteticos sensible a fluorescencia yo absorcioacuten

por ultravioleta-visible y en el caso de la cromatografiacutea de gases se

adiciona un grupo que aumenta la volatilidad de la moleacutecula

Existen multitud de agentes derivantes para la determinacioacuten de los aacutecidos

grasos56 tanto para cromatografiacutea de gases como para cromatografiacutea

liacutequida Esta variedad es maacutes patente si cabe en la reacciones de

derivacioacuten de aacutecido grasos para fluorescencia de todas se seleccionoacute la

reaccioacuten de derivacioacuten con 4-Bromometil-7-metoxicuramina debido

fundamentalmente a dos razones 1) porque habiacutea sido utilizada de manera

satisfactoria en la determinacioacuten de jaboacuten12 y 2) debido a la semejanza

5 Knapp DR Handbook of Analytical Derivatization Reactions Wiley-Interscience First Edition Pp 768 1979

6 Blau K Halket J Handbook of Derivatives for Chromatography John Wiley amp Sons Second Edition Pp 369 1994

234 Tesis Doctoral

con el analito de estudio (jaboacuten) ya que la reaccioacuten se basa en la

formacioacuten previa de un jaboacuten de tipo potaacutesico a partir de un aacutecido graso

el cual es posteriormente derivado con el agente derivante (Figura 321)

En una primera etapa el aacutecido graso se hace reaccionar con carbonato

potaacutesico (K2CO3) para dar el jaboacuten potaacutesico anteriormente mencionado

como medio de reaccioacuten se suele utilizar acetona En una segunda etapa

el jaboacuten potaacutesico generado se hace reaccionar con el agente derivante (4-

Bromometil-7-metoxicuramina) en presencia de una cantidad en exceso

de Eacuteter 18-corona-6 el cual tiene como principal funcioacuten la retener los

iones K+ del jaboacuten liberando al medio iones R-COO- favoreciendo el

mecanismo de adicioacuten-eliminacioacuten del jaboacuten al agente derivante El medio

de reaccioacuten es tambieacuten acetona

Finalmente cabe resaltar que ambas etapas se suelen llevar a cabo en un

solo paso debido a que el medio de reaccioacuten es el mismo para ambas

Figura 321- Mecanismo de reaccioacuten para la derivacioacuten de aacutecidos grasos Fluorescencia

233 - Eleccioacuten del patroacuten interno

Los analitos a estudiar fueron el jaboacuten C8 C10 C12 C14 C16 C181 C18 A

la hora de seleccionar un patroacuten interno se tuvieron en cuenta diferentes

aspectos el primero de ellos era encontrar patrones que tuvieran una

estructura parecida a los analitos a determinar y el segundo es que no se

encontraran en el ambiente tratando de evitar posibles problemas en la

cuantificacioacuten Tanto el jaboacuten C13 como el C17 cumpliacutean ambos requisitos

ya que teniacutean una cadena lineal parecida a los compuestos a analizar y

por otro lado ninguno de ellos estaba presente en el ambiente A la hora

de decantarse por uno de los dos compuestos se optoacute por seleccionar el

jaboacuten C13 ya que teniendo en cuenta la cadena lineal de los analitos a

estudiar el C13 se ajustaba maacutes a la media de carbonos del jaboacuten a

analizar Por su parte el C17 se asemejaba en nuacutemero de carbonos al

jaboacuten con cadena lineal maacutes pesada mantenieacutendose alejado de la media

en longitud de cadena del analito

Sin embargo como maacutes adelante se comentaraacute el patroacuten interno C17 tuvo

utilidad en la validacioacuten de la metodologiacutea analiacutetica

234 - Eleccioacuten del disolvente para la reaccioacuten de derivacioacuten

En la bibliografiacutea utilizada1245 el disolvente usado como medio de

reaccioacuten fue en todos los casos la acetona Durante la presente memoria

se estudiaron otros disolventes para mejorar los resultados obtenidos en

acetona Con este propoacutesito se hicieron ensayos con diferentes

disolventes los cuales teniacutean que cumplir la premisa de que todos los

reactivos usados (4-Bromometil-7-metoxicuramina Eacuteter 18-corona-6 y el

jaboacuten) fueran solubles en el mismo Del mismo modo se seleccionaron

236 Tesis Doctoral

disolventes compatibles y lo maacutes parecido posible a la fase moacutevil usada

(acetonitrilo y agua) para evitar posibles problemas de insolubilidad yo

precipitacioacuten durante el proceso de elucioacuten cromatograacutefica Teniendo en

cuenta estas premisas la lista de disolventes estudiados se redujo a seis

acetona agua metanol acetonitrilo isopropanol y tetrahidrofurano

Los disolventes con grupos OH- fueron descartados ya que eran

susceptibles de dar reacciones de adicioacuten-eliminacioacuten con el agente

derivante compitiendo directamente con el jaboacuten con lo que su uso

podriacutea reducir la cantidad de analito a reaccionar y podriacutea disminuir por

ende la sensibilidad de la reaccioacuten

De los disolventes restantes (acetona acetonitrilo tetrahidrofurano) el

tetrahidrofurano fue descartado debido a que parte de los reactivos eran

parcialmente insolubles concretamente el agente derivante (4-

Bromometil-7-metoxicuramina)

De los dos reactivos restantes (acetona y acetonitrilo) ambos eran

adecuados desde el punto de vista de la solubilidad ya que eran capaces

de solubilizar grandes cantidades de todos los reactivos Sin embargo se

seleccionoacute el acetonitrilo como medio de reaccioacuten principalmente por dos

motivos

El acetonitrilo presentaba un punto de ebullicioacuten mayor

que la acetona ( 81 ordmC frente a 56 ordmC) por lo que el uso del

acetonitrilo como medio de reaccioacuten permitiacutea trabajar a

mayor temperatura de reaccioacuten permitiendo un rango de

trabajo maacutes amplio a la hora de optimizar la temperatura de

reaccioacuten

El acetonitrilo presentaban una mejor resolucioacuten en los

picos cromatograacuteficos este hecho era debido a que el

acetonitrilo era uno de los eluyentes seleccionados para llevar

a cabo la separacioacuten cromatograacutefica (Figura 322)

Figura 322- Cromatograma obtenido con acetona y acetonitrilo como medio Por orden de elucioacuten C8K (1) C10K (2) C12K (3) C13K (4) C14K (5) C182K (6) C16K (7) C181K (8) C17K (9) C18K (10)

235 - Optimizacioacuten del tiempo y la temperatura de reaccioacuten

Para la optimizacioacuten del tiempo y temperatura de reaccioacuten se llevoacute a

cabo un estudio de ambas variables de manera conjunta El estudio

consistioacute en la creacioacuten de un disentildeo experimental en superficie de

respuesta (DSR) el cual se emplea para determinar valores oacuteptimos de

factores en un sistema analiacutetico en concreto Dentro de esta clase para

simplificar el experimento se recurrioacute a la eleccioacuten de un disentildeo cuacutebico

ortogonal centrado en el cuerpo (Figura 323) El ensayo constoacute de nueve

puntos (uno de ellos central) siendo seleccionada como variable de

min 5 10 15 20

1 2 3 4 5 6 10987

Acetona

238 Tesis Doctoral

respuesta el aacuterea del patroacuten conteniendo un nuacutemero de factores

experimentales de dos (tiempo y temperatura)

Figura 323 Sistema cuacutebico centrado en el cuerpo

Los maacuteximos y miacutenimos de los factores experimentales se seleccionaron

de acuerdo con las posibilidades del sistema Por lo tanto para la

temperatura el valor miacutenimo fue de 25 ordmC (temperatura ambiente del

laboratorio) y el maacuteximo de 125 ordmC (a partir de esta temperatura se

generaban problemas de sobrepresioacuten en el vial de reaccioacuten) Del mismo

modo se establecioacute un miacutenimo de 5 minutos y un maacuteximo de 90 minutos

para el factor experimental tiempo

El disentildeo de superficie de respuesta final utilizado se resumen en la

siguiente tabla

Tabla 319- Disentildeo experimental para tiempo y temperatura

TIEMPO (MIN) TEMPERATURA (ordmC)

75 475

125 90

75 475

125 90

75 475

125 90

El disentildeo se llevoacute a cabo con una mezcla de 5 mgmiddotL-1 de diferentes tipos

de jaboacuten potaacutesico (C8-C18) usando como patroacuten interno 10 mgmiddotL-1 de

jaboacuten C13

La evaluacioacuten de los resultados se basoacute en el estudio de ciertos paraacutemetros

como el graacutefico de Pareto el anaacutelisis de la varianza el graacutefico de la

superficie de respuesta y el oacuteptimo calculado

El primer paraacutemetro a estudiar fue el graacutefico de Pareto el cual indicoacute queacute

variables teniacutean un nivel de significancia lo suficientemente alto como

para ser representativas en el sistema propuesto Seguacuten los resultados

obtenidos para todos los compuestos estudiados la uacutenica variable

significativa fue la temperatura (Figura 324) siendo el tiempo bajo este

disentildeo comparativamente poco significativo frente a la temperatura Por

lo que soacutelo se consideroacute el oacuteptimo calculado para la temperatura El

menor tiempo posible fue considerado el valor oacuteptimo para el tiempo en

240 Tesis Doctoral

este caso 5 min teniendo en cuenta que con anterioridad se comproboacute

que a tiempo inferiores a cinco minutos la reaccioacuten no se llevaba a cabo

de manera significativa

Figura 324- Graacuteficas de Pareto del jaboacuten para fluorescencia

Standardized Pareto Chart for C8K

Standardized effect

0 1 2 3 4

ATemperatura

Standardized effect

0 1 2 3 4

ATemperatura

Standardized effect

0 1 2 3 4

ATemperatura

Standardized effect

0 1 2 3 4

ATemperatura

Standardized effect

0 1 2 3 4 5

ATemperatura

Standardized effect

0 05 1 15 2 25 3

ATemperatura

Standardized effect

0 1 2 3 4 5 6

ATemperatura

El siguiente paraacutemetro estudiado fue el anaacutelisis de la varianza

concretamente el valor del R2 este valor nos permitioacute dilucidar la

idoneidad del disentildeo aplicado es decir valores altos de R2 nos indicaba

que el modelo propuesto (cuacutebico centrado en el cuerpo) se ajustaba de

manera adecuada al sistema analiacutetico en cuestioacuten Para todos los tipo de

jaboacuten el valor calculado fueron siempre superior al 80

Tabla 320- Anaacutelisis de la varianza Valores de R2

JABOacuteN R2()

C8K 82

C10K 82

C12K 80

C14K 81

C16K 85

C181K 81

C18K 90

A continuacioacuten se estudioacute la superficie de respuesta obtenida para cada

tipo de jaboacuten La superficie suele indicar de manera graacutefica cuaacutel es el

oacuteptimo de las condiciones propuestas este oacuteptimo se percibe de manera

visual por un punto de inflexioacuten maacuteximo El oacuteptimo (Tabla 321) fue

calculado maximizando la ecuacioacuten de la curva que da lugar a la

representacioacuten de la superficie de respuesta (Figura 325)

242 Tesis Doctoral

Figura 325- Superficies de respuesta del jaboacuten para fluorescencia

Estimated Response Surface

TemperaturaTiempo

0 30 60 90 120 150 0 30609012015023273135394347

TemperaturaTiempo

0 30 60 90 120 150 0 3060901201502

TemperaturaTiempo

0 30 60 90 120 150 0 306090120150212427

TemperaturaTiempo

0 30 60 90 120 150 0 30609012015013141516171819

TemperaturaTiempo

0 30 60 90 120 150 0 30609012015011

TemperaturaTiempo

0 30 60 90 120 150 0 30609012015002803103403704

TemperaturaTiempo

0 30 60 90 120 150 0 306090120150121314151617

Tabla 321- Valores de los oacuteptimos obtenidos en el disentildeo

JABOacuteN OacutePTIMO (ordmC)

C8K 93

C10K 97

C12K 100

C14K 125

C16K 125

C181K 121

C18K 125

A la vista de los resultados obtenidos cabe resaltar que a medida que fue

aumentando el tamantildeo de la cadena lineal del jaboacuten el oacuteptimo alcanzaba

mayor valor este hecho se puede explicar debido a que la reaccioacuten de

derivacioacuten se daba mejor a medida que la cadena lineal era maacutes corta

(mayor caraacutecter nucleofiacutelico) necesitando por tanto menor aporte

energeacutetico (temperatura) para llevarse a cabo de manera satisfactoria

Para dilucidar que oacuteptimo seleccionar para llevar a cabo la reaccioacuten

(diferentes oacuteptimos) se recurrioacute a sumar todos las variables respuesta de

todos los tipos de jaboacuten para cada nivel del disentildeo obtenieacutendose soacutelo una

variable respuesta para cada nivel Una vez calculada la variable se

volvioacute a aplicar el mismo disentildeo de superficie de respuesta Con lo que al

final se obtuvo una uacutenica graacutefica de Pareto un uacutenico valor de R2 una

uacutenica superficie de respuesta y un uacutenico oacuteptimo el cual fue calculado

teniendo en cuenta los valores individuales de cada tipo de jaboacuten (Figura

326 y Tabla 322)

244 Tesis Doctoral

Figura 326- Graacutefica de Pareto y superficie de respuesta de la relacioacuten total para fluorescencia

Tabla 322- Valores del R2 y oacuteptimo obtenidos en el disentildeo para la relacioacuten total

JABOacuteN R2 () OacutePTIMO (ordmC)

Relacioacuten total 85 103

Por lo tanto los oacuteptimos para tiempo y temperatura fueron

Tabla 323- Valores oacuteptimos para tiempo y temperatura

Oacuteptimo 5 103

236 - Optimizacioacuten del volumen de reaccioacuten y de la cantidad de

reactivos

En primer lugar se tuvieron en cuenta tanto las cantidades de reactivos

usados en la bibliografiacutea de partida como los voluacutemenes optimizados

durante el proceso cromatograacutefico (15 mL de BrMMC al 01 mm en

ACN y 15 mL de Eacuteter 18-corona-6 al 021 mm en ACN maacutes 05 mL

TemperaturaTiempo

cioacuten

0 30 60 90 120 150 0 30609012015011

Pareto Chart for relacioacuten total

Standardized effect

0 1 2 3 4

ATemperatura

de agua despueacutes de la reaccioacuten) Estas condiciones presentaban un buen

comportamiento a la concentracioacuten de ensayo (5 mgmiddotL-1 con 10 mgmiddotL-1 de

patroacuten interno) Sin embargo a la hora de llevar a cabo un calibrado su

comportamiento variaba De tal modo que por encima de la concentracioacuten

de ensayo se perdiacutea linealidad dificultando la cuantificacioacuten de los

analitos De la misma manera a concentraciones pequentildeas (02 mgmiddotL-1) la

relacioacuten de aacutereas tambieacuten se veiacutea alterada con peacuterdida de sensibilidad y de

linealidad Los resultados demostraron por tanto que bajo estas

condiciones soacutelo se podiacutea trabajar en un rango comprendido entre 1-5

mgmiddotL-1 Este rango era claramente insuficiente para los objetivos

planteados inicialmente y tambieacuten para el nuacutemero complejidad y

variedad de las muestras a analizar

Tabla 324- Linealidades obtenidas para patrones de jaboacuten en las condiciones iniacuteciales

JABOacuteN LINEALIDAD PARA TRES NIVELES DE

CONCENTRACIOacuteN (R2)

C8K 065

C10K 068

C12K 064

C14K 075

C16K 071

C181K 062

C18K 073

La conclusioacuten fue volver a optimizar tanto el volumen de reaccioacuten como

la cantidad de reactivos con el objeto de aumentar el rango dinaacutemico

lineal hasta llevarlo a valores comprendidos entre 01 mgmiddotL-1 a 20 mgmiddotL-1

Para la optimizacioacuten se tuvieron en cuenta varias premisas la primera

246 Tesis Doctoral

fue que seguacuten los cromatogramas obtenidos (Figura 327) a medida que

se aumentaba la proporcioacuten de agua despueacutes de la reaccioacuten y se disminuiacutea

por tanto la de acetonitrilo la sensibilidad analiacutetica aumenta y la

linealidad se ajusta maacutes a lo esperado Y la segunda como ya se indicoacute

anteriormente que un aumento de la cantidad de agua llevaba impliacutecito

una disminucioacuten de la solubilidad del agente derivante (BrMMC) con el

consiguiente peligro de obturacioacuten de la columna cromatograacutefica

Figura 327- Cromatograma obtenido para 02 mgmiddotL-1 de jaboacuten Ensayo 1 35mL de volumen final (125 mL de acetonitrilo y 125 de agua) Ensayo 2 35 mL de volumen final (3 mL de acetonitrilo y 05 de agua) Por orden de elucioacuten C8K (1) C10K (2) C12K (3) C13K (4) C14K (5) C182K (6) C16K (7) C181K (8) C17K (9) C18K (10)

Teniendo en cuenta ambas premisas el objetivo que se planteoacute fue

conseguir antildeadir la mayor cantidad posible de agua despueacutes de la

reaccioacuten dismuyendo al maacuteximo permitido el volumen de acetonitrilo

usado y la cantidad de reactivos

5 6 7 8 9 10

Ensayo 1

min 5 10 15 20

56 7 8 109

Ensayo 2

El volumen oacuteptimo de agua se obtuvo mediante adicioacuten de diferentes

cantidades despueacutes de la reaccioacuten de derivacioacuten seguacuten los datos

generados (Tabla 325) se comproboacute que la linealidad se manteniacutea en

valores oacuteptimos siempre y cuando el vial inyectado en el cromatoacutegrafo

tuviera al menos en su composicioacuten un 95 de agua

Tabla 325- Linealidad para jaboacuten C16K a diferentes composiciones de vial

Linealidad para cuatro niveles de concentracioacuten (R2)

Composicioacuten del vial ( en agua)

066 10

079 20

084 40

089 80

093 90

099 95

099 99

Posteriormente se optimizoacute la cantidad de agente derivante ya que como

se ha comentado una alta proporcioacuten de agua conlleva la aparicioacuten de un

precipitado el cual estaba provocado por la insolubilidad de la BrMMC

en agua con lo que se aumentaba la presioacuten en columna

Desde un punto de vista estequiomeacutetrico las cantidades de reactivos de

partida estaban en exceso Para obtener el oacuteptimo se realizoacute un ensayo

conjunto a diferentes concentraciones de reactivos con el miacutenimo

volumen de acetonitrilo posible (100 microL de disolucioacuten de BrMMC y 100

microL de disolucioacuten de eacuteter corona) Una cantidad menor a 200 microL

redundaba en un aumento del error instrumental analito asociado al

pipeteo y a la perdida de analito sin que esta disminucioacuten aumentara de

248 Tesis Doctoral

forma significativa la linealidad de la reaccioacuten de derivacioacuten con respecto

a un volumen propuesto de 200 microL

Por tanto el ensayo se llevoacute a cabo a tres diferentes niveles de

concentracioacuten de BrMMC (01 02 y 03 mm) y a otros tres diferentes

niveles de concentracioacuten de eacuteter corona (02 05 y 075 mm) Los

niveles maacutes altos de concentracioacuten se selecionaron de acuerdo con el

maacuteximo de solubilidad de los reactivos en acetonitrilo (03 mm para la

BrMMC y 075 mm para el eacuteter corona) La reaccioacuten se aplicoacute a cuatro

disoluciones de jaboacuten con concentracioacuten dispar (02 mgmiddotL-1 2 mgmiddotL-1 5

mgmiddotL-1 y 20 mgmiddotL-1) Una vez llevada a cabo la reaccioacuten se antildeadioacute agua

(38 mL) hasta llegar al porcentaje oacuteptimo de agua anteriormente

calculado (95) Finalmente se inyectoacute en el cromatoacutegrafo

El oacuteptimo se seleccionoacute de acuerdo con el valor de linealidad maacutes alto

siendo este seguacuten los resultados (Tabla 326) 02 mm en BrMMC y

05 mm en eacuteter corona Cabe destacar que la cantidad de BrMMC del

oacuteptimo calculado era 75 veces menor a la usada por el meacutetodo inicial (15

mL de BrMMC al 01 mm frente a 100 microL de BrMMC al 02) con lo

que se disminuyoacute de manera notable el riesgo de insolubilidad del agente

derivante en agua

Tabla 326- Linealidad para el jaboacuten C16K a diferentes concentraciones de reactivos

Cantidad de

BrMMC ( mm)

Cantidad de eacuteter corona ( mm)

Linealidad para cuatro niveles de concentracioacuten

01 02 089

01 05 091

01 075 090

02 02 095

02 05 099

02 075 097

03 02 096

03 05 094

03 075 098

En la Tabla 327 se resumen los oacuteptimos obtenidos para volumen de

reaccioacuten concentracioacuten de reactivos y porcentaje de agua antildeadido

Tabla 327- Oacuteptimos obtenidos para volumen de reaccioacuten concentracioacuten de reactivos y porcentaje de agua antildeadido

VARIABLES OacutePTIMOS

Volumen de reaccioacuten 200 microL (100 BrMMC y 100 eacuteter corona)

Concentracioacuten de BrMMC 02 mm

Porcentaje de agua antildeadido despueacutes reaccioacuten

250 Tesis Doctoral

237 - Cantidad maacutexima de analito a derivar

Para llevar a cabo la reaccioacuten de derivacioacuten se partioacute de una disolucioacuten de

mezcla de jaboacuten potaacutesico de 50 mgmiddotL-1 en metanol como ya se ha

indicado los disolventes con grupos OH- son susceptibles de ser

competencia para la reaccioacuten de derivacioacuten por lo tanto la reaccioacuten se

teniacutea que realizar en ausencia de metanol Teniendo en cuenta este hecho

el primer paso de la derivacioacuten fue evaporar el metanol presente mediante

evaporacioacuten con corriente de N2 La cantidad maacutexima de analito a derivar

(volumen a evaporar de la disolucioacuten metanoacutelica patroacuten) fue un paraacutemetro

a optimizar ya que a medida que se aumentaba el volumen a evaporar

tambieacuten se preconcentraba la cantidad de analito con lo que se veiacutea

aumentada por ende la sensibilidad del meacutetodo

El volumen de microreactor era de 10 mL por lo que 10 mL era el

maacuteximo volumen a preconcentrar Sin embargo teniendo en cuenta el

poco volumen de reaccioacuten usado (200 microL) pareciacutea a priori difiacutecil que en

un volumen de reaccioacuten tan pequentildeo se pudiera disolver toda la cantidad

de analito residente despueacutes de evaporar 10 mL de disolucioacuten patroacuten de 50

mgmiddotL-1 Debido a este hecho se llevoacute a cabo un caacutelculo del maacuteximo

volumen de disolucioacuten a evaporar (cantidad de analito) El objetivo que se

marcoacute fue evaporar la mayor cantidad de volumen posible (mayor

sensibilidad analiacutetica) sin que esto pudiera incurrir en una peacuterdida de

analito a determinar Para determinar la cantidad de analito maacutexima se

recurrioacute a evaporar diferentes voluacutemenes de patroacuten (desde 05 a 10 mL)

comparando entre siacute el aacuterea obtenida de un analito en concreto (C16K)

despueacutes de la derivacioacuten Para corregir los diferentes factores de dilucioacuten

se antildeadioacute diferentes cantidades de agua despueacutes de la reaccioacuten y antes de

la inyeccioacuten hasta que todos los voluacutemenes ensayados tuvieron la misma

concentracioacuten cromatograacutefica (10 mgmiddotL-1) Se seleccionoacute como volumen

maacuteximo el volumen a partir del cual se perdiacutea cantidad de analito a

determinar (Tabla 328) Seguacuten los datos obtenidos fue seleccionado

como maacuteximo un volumen de 2 mL

Tabla 328- Determinacioacuten de la cantidad maacutexima de materia a derivar

Volumen evaporado (patroacuten de 50 mgmiddotL-1) en mL

Aacuterea C16K

05 1235

1 1248

2 1256

4 1032

10 715

Tabla 329- Maacutexima cantidad de analito a derivar

Cantidad maacutexima de analito a derivar

2 mL de una disolucioacuten de 50 mgmiddotL-1 de mezcla de jaboacuten

238 - Estudio de la estabilidad de la reaccioacuten de derivacioacuten

Seguacuten la biografiacutea antes mencionada el agente derivante (BrMMC) era

fotosensible con lo que la reaccioacuten podriacutea degradarse con el tiempo

Debido a este hecho se realizoacute un estudio de la estabilidad de la reaccioacuten

frente al tiempo Para comprobar este fenoacutemeno se derivo una mezcla de

jaboacuten de 10 mgmiddotL-1 y se inyectoacute a varios tiempos (hasta 150 horas) En la

252 Tesis Doctoral

siguiente graacutefica se muestran los resultados obtenidos Se observoacute como

la relacioacuten de aacuterea se mantuvo estable durante todo el tiempo del ensayo

(150 horas) exceptuando los casos de C181K y el C182K en los cuales a

partir de 70 horas se produciacutea una disminucioacuten de la relacioacuten de aacutereas

Esta particularidad se explicoacute debido a la mayor degradacioacuten de los

aacutecidos grasos insaturados y de sus correspondientes derivados jabonosos

No obstante teniendo en cuenta este factor la reaccioacuten en teacuterminos

generales se consideroacute muy estable ya que no se aprecioacute un cambio

significativo en la relacioacuten de aacutereas en las primeras 70 horas despueacutes de la

reaccioacuten

Figura 328- Relacioacuten de aacutereas de los analitos derivados frente al tiempo

239 - Resumen del protocolo de derivacioacuten optimizado

Teniendo en cuenta los resultados obtenidos en este apartado se resume

el protocolo de derivacioacuten ya optimizado

bull Antildeadir a un microreactor 2 mL de una disolucioacuten metanoacutelica de

patroacuten de jaboacuten potaacutesico o muestra a analizar

bull Antildeadir 1 mL de una disolucioacuten (40 mgmiddotL-1) de patroacuten interno

(C13K) en metanol

bull Evaporar el volumen (3 mL) hasta sequedad con corriente de N2

bull Antildeadir 100 microL de disolucioacuten de BrMMC (02 mm en

acetonitrilo) y 100 microL de disolucioacuten de eacuteter corona (05 mm en

acetonitrilo)

bull Calentar a 103 ordmC durante 5 minutos

bull Antildeadir 38 mL de agua volumen final de 4mL

bull Inyectar en el cromatoacutegrafo de liacutequidos

2310 - Prueba de derivacioacuten en muestra real

Antes de proceder a una validacioacuten de la metodologiacutea propuesta se

decidioacute testar tanto el protocolo de derivacioacuten como las variables

cromatograacuteficas en una muestra real Para llevar a cabo este ensayo se

siguioacute el protocolo de tratamiento de la muestra y extraccioacuten descrito en

bibliografia1 al cual se le aplicoacute el protocolo de derivacioacuten y la separacioacuten

cromatograacutefica obtenidas en esta Memoria de Tesis

La muestra seleccionada para aplicar el ensayo fue lodo de una planta de

la EDAR de Estepona la cual fue tomada despueacutes del digestor anaerobio

La razoacuten por la cual se seleccionoacute una muestra de lodo fue debida a que

los lodos iban a ser las muestras maacutes complejas a determinar dado que su

proporcioacuten de posibles interferentes era ampliamente mayor a la que

pudiera haber en cualquier otro tipo de muestra ambiental (tierra

sedimentos de riacuteo y de mar) Por lo tanto si se obteniacutea una buena

254 Tesis Doctoral

separacioacuten de los analitos en los lodos este resultado se podiacutea extrapolar

al resto de muestras ambientales

El cromatograma obtenido (Figura 329) demostraba una adecuada

separacioacuten de los analitos objeto de estudio por lo que la metodologiacutea

propuesta para la derivacioacuten y la separacioacuten se adecuaba correctamente a

las muestras a analizar durante la presente Memoria

Figura 329- Cromatograma obtenido en muestra real de lodo Por orden de elucioacuten C12K (1) C13K (2) C14K (3) C16K (4) C181K (5) C18K (6)

24 - Optimizacioacuten de la reaccioacuten de derivacioacuten para ultravioleta

241 - Justificacioacuten y eleccioacuten de la reaccioacuten de derivacioacuten

Desde un punto meramente analiacutetico la justificacioacuten de la reaccioacuten de

derivacioacuten se fundamenta en los mismos teacuterminos que se han comentado

en el apartado anterior de la presente Memoria Sin embargo una vez

puesto a punto un meacutetodo basado en deteccioacuten por fluorescencia se

propuso ampliar el campo analiacutetico con el desarrollo de una metodologiacutea

por absorcioacuten ultravioleta

min 5 10 15 20

1 2 3 5 6

El motivo por el cual se seleccionoacute la absorcioacuten ultravioleta se

fundamentoacute en la casi universalidad del sistema de deteccioacuten ya que la

mayoriacutea de los equipos de cromatografiacutea liacutequida vienen asociados a un

sistema de deteccioacuten por ultravioleta mientras que soacutelo una pequentildea parte

de los cromatografos estaacuten acoplados a un detector de fluorescencia Por

lo tanto la puesta a punto de una reaccioacuten de derivacioacuten por ultravioleta

seriacutea desde un punto de vista meramente praacutectico maacutes rentable que por

fluorescencia

Para seleccionar la reaccioacuten de derivacioacuten se tuvieron en cuenta las

mismas premisas que para fluorescencia No obstante cabe destacar que

hasta el momento y a diferencia de la fluorescencia no se habiacutea aplicado

ninguna de la reacciones de derivacioacuten por absorcioacuten ultravioleta

existentes para aacutecidos grasos a la determinacioacuten de jaboacuten

La reaccioacuten elegida vino descrita en la bibliografiacutea anteriormente

comentada4 la cual constaba al igual que para fluorescencia de dos

etapas

En una primera etapa el aacutecido graso se hace reaccionar con hidroacutexido

soacutedico (NaOH) para dar el jaboacuten potaacutesico como medio de reaccioacuten se

suele utilizar acetona En una segunda etapa el jaboacuten potaacutesico generado

se hace reaccionar con el agente derivante (24- dibromoacetofenona) en

presencia de una cantidad en exceso de eacuteter 18-corona-6 el cual tiene

como principal funcioacuten la de retener los iones K+ del jaboacuten liberando al

medio iones R-COO- lo cual favorece el mecanismo de adicioacuten-

eliminacioacuten del jaboacuten al agente derivante El medio de reaccioacuten es

tambieacuten acetona

256 Tesis Doctoral

Finalmente cabe resaltar al igual que en fluorescencia que ambas etapas

se suelen llevar a cabo en un solo paso debido a que el medio de reaccioacuten

es el mismo para ambas

Figura 330- Mecanismo de reaccioacuten para la derivacioacuten de aacutecidos grasos

242 - Meacutetodo cromatograacutefico Seleccioacuten de la longitud maacutexima de

absorcioacuten

Debido a la similitud tanto en la reaccioacuten de derivacioacuten como en la

estructura del agente derivante se optoacute en primer lugar en hacer una

prueba con el meacutetodo cromatograacutefico propuesto para fluorescencia La

prueba se realizoacute con la reaccioacuten base descrita en bibliografiacutea

2 Se pipeteoacute una cantidad de la disolucioacuten metanoacutelica (3

mL) Se evaporoacute hasta sequedad

3 Se antildeadioacute 15 mL de disolucioacuten de 24-

dibromoacetofenona (DAP) al 05 mm en acetona y 15

mL de disolucioacuten de 18-eacuteter-6-corona al 01 mm en

acetona

5 Se inyectoacute en el cromatoacutegrafo de liacutequidos con deteccioacuten

por absorcioacuten molecular a 254 nm

El cromatograma obtenido reflejoacute (Figura 331) aunque existe pequentildeas

variaciones en los tiempos de retencioacuten el meacutetodo cromatograacutefico

propuesto era igual de vaacutelido para ambas teacutecnicas de derivacioacuten

Figura 331- Cromatograma obtenido para 100 mgmiddotL-1 de meczla de jaboacuten Por orden de elucioacuten C8K (1) C10K (2) C12K (3) C13K (4) C14K (5) C182K (6) C16K (7) C181K (8) C17K (9) C18K (10)

La uacutenica variable cromatograacutefica que no se podiacutea extrapolar de

fluoresencia a absorbancia era la relativa al detector Por lo tanto se

optimizoacute la longitud de onda maacutexima de absorcioacuten de los analitos Para

ello se hizo un barrido de longitud de onda desde 190 nm a 400 nm

min5 10 15 20 25

258 Tesis Doctoral

Seguacuten la graacutefica (Figura 332) obtenida el maacuteximo de absorbancia para

nuestros analitos estaba situado a 258 nm

Figura 332- Espectro de absorcioacuten para mezcla de jaboacuten

243 - Eleccioacuten del disolvente de la reaccioacuten de derivacioacuten y del

patroacuten interno

De la misma manera que en el Apartado 234 del presente Capiacutetulo se

llegoacute a la conclusioacuten que los dos medios de reaccioacuten maacutes aconsejables

eran la acetona y el acetonitrilo ya que ambos solubilizaban a los

reactivos de la reaccioacuten de derivacioacuten Se seleccionoacute el acetonitrilo como

medio de reaccioacuten por mismos motivos expuestos en el Apartado 234

(Figura 333)

Figura 333- Cromatograma obtenido para 100 mgmiddotL-1 de mezcla de jaboacuten Ensayo 1 acetona Ensayo 2 acetonitrilo Por orden C8K (1) C10K (2) C12K (3) C13K (4) C14K (5) C182K (6) C16K (7) C181K (8) C17K (9) C18K (10)

Cabe destacar que la solubilidad del agente derivante usado para

absorcioacuten ultravioleta (DAP) era sensiblemente mejor que la del reactivo

de fluorescencia (BrMMC)

En cuanto al patroacuten interno se seleccionoacute el C13K basaacutendose en las

mismas razones expuestas en el Apartado 233 de este Capiacutetulo Sin

embargo debido a la menor sensibilidad de la deteccioacuten por absorcioacuten

(en torno a 10 veces menor que fluorescencia) se tuvo que ampliar el

rango de dinaacutemico lineal con respecto a la fluorescencia (entre 02 y 20

mgmiddotL-1 en fluorescencia a entre 2 y 100 mgmiddotL-1 en absorcioacuten ultravioleta)

Al ampliarse el rango tambieacuten se varioacute la concentracioacuten (10 mgmiddotL-1 en

fluorescencia) de patroacuten interno seleccionandose 50 mgmiddotL-1 para

absorcioacuten ultravioleta

min 5 10 15 20 25

1 Ensayo 1

min 5 10 15 20 25

Ensayo 2

260 Tesis Doctoral

respuesta (DSR) Dada la similitud con la reaccioacuten de derivacioacuten se optoacute

por usar el mismo modelo los mismos paraacutemetros y los mismos niveles

descritos en el Apartado 235 La uacutenica variacioacuten fue en la variable

respuesta que en este caso a diferencia de fluorescencia se seleccionoacute al

igual que en fluorescencia el aacuterea del analito

jaboacuten C13

El primer paraacutemetro a estudiar fue el graacutefico de Pareto Seguacuten los

resultados obtenidos para todos los compuestos estudiados la uacutenica

variable significativa fue la temperatura (Figura 334) siendo el tiempo

bajo este disentildeo comparativamente poco significativo frente a la

temperatura Por lo que soacutelo se consideroacute el oacuteptimo calculado para la

temperatura El menor tiempo posible fue considerado el valor oacuteptimo

para el tiempo en este caso 5 min teniendo en cuenta que con

anterioridad al igual que en fluorescencia se comproboacute que a tiempo

inferiores a cinco minutos la reaccioacuten no se llevaba a cabo de manera

significativa

Figura 334- Graacuteficas de Pareto del jaboacuten

concretamente el valor del R2 Para todos los tipo de jaboacuten el valor

calculado fueron siempre superior al 85

Pareto Chart for C8K

Standardized effect

0 2 4 6 8

ATemperatura

Standardized effect

0 2 4 6 8

ATemperatura

Standardized effect

0 2 4 6 8

ATemperatura

Standardized effect

0 2 4 6 8

ATemperatura

Standardized effect

0 1 2 3 4 5 6

ATemperatura

Standardized effect

0 1 2 3 4

ATemperatura

Standardized effect

0 1 2 3 4 5 6

ATemperatura

262 Tesis Doctoral

JABOacuteN R2()

C8K 92

C10K 94

C12K 92

C14K 91

C16K 88

C181K 85

C18K 90

tipo de jaboacuten El oacuteptimo (Tabla 331) fue calculado maximizando la

ecuacioacuten de la curva que da lugar a la representacioacuten de la superficie de

respuesta (Figura 335)

TemperaturaTiempo

0 30 60 90 120 150 0 306090120150-1700-700300

130023003300

TemperaturaTiempo

0 30 60 90 120 150 0 306090120150-1400

TemperaturaTiempo

0 30 60 90 120 150 0 306090120150-1700-700300

130023003300

TemperaturaTiempo

0 30 60 90 120 150 0 306090120150-900-500-100300700

11001500

Figura 335- Superficies de respuesta del jaboacuten para absorcioacuten ultravioleta

JABOacuteN OacutePTIMO CALCULADO (0C)

C8K 119

C10K 119

C12K 114

C14K 116

C16K 117

C181K 120

C18K 120

(diferentes oacuteptimos) se recurrioacute al igual que en fluorescencia a sumar

todos las variables respuesta de todos los tipos de jaboacuten para cada nivel

del disentildeo obtenieacutendose soacutelo una variable respuesta para cada nivel Una

TemperaturaTiempo

0 30 60 90 120 150 0 306090120150-1600-600400

140024003400

0 30 60 90 120 150Temperatura

0 306090120150

Tiempo-300-100100300500700

TemperaturaTiempo

0 30 60 90 120 150 0 306090120150-1200

264 Tesis Doctoral

vez calculada la variable se volvioacute a aplicar el mismo disentildeo de superficie

de respuesta Con lo que al final se obtuvo una uacutenica graacutefica de Pareto

un uacutenico valor de R2 una uacutenica superficie de respuesta y un uacutenico oacuteptimo

el cual fue calculado teniendo en cuenta los valores individuales de cada

tipo de jaboacuten (Figura 336 y Tabla 332)

Figura 336- Graacutefica de Pareto y superficie de respuesta de la relacioacuten total

para absorcioacuten ultravioleta

JABOacuteN R2 () OacutePTIMO (0C)

TIEMPO (MIN) TEMPERATURA (0C)

Oacuteptimo 5 118

Pareto Chart for aacuterea total

Standardized effect

0 1 2 3 4

ATemperatura

TemperaturaTiempo

cioacuten

0 30 60 90 120 150 0 30609012015011

245 - Optimizacioacuten volumen de reaccioacuten y de la cantidad de

reactivos

En este apartado a diferencia de los demaacutes existieron diferencias entre lo

obtenido en fluorescencia con lo que se observoacute en absorcioacuten por

ultravioleta En ultravioleta no seacute aprecioacute el cambio de linealidad al

cambiar la composicioacuten del vial (Tabla 334) Por lo que no fue necesario

antildeadir agua para mejorar la linealidad Una composicioacuten del vial de

inyeccioacuten del 100 en acetonitrilo era compatible con la obtencioacuten de

paraacutemetros analiacuteticos de calidad Por tanto la cantidad de acetonitrilo a

usar dependiacutea en gran medida del nivel de preconcentracioacuten deseado

099 10

099 20

098 40

099 80

098 90

099 95

099 99

Debido a la falta de sensibilidad de la absorcioacuten ultravioleta se intentoacute

preconcentrar al maacuteximo permitido por el microreactor (10 mL) Por lo

tanto se podiacutea evaporar como maacuteximo 10 mL de disolucioacuten metanoacutelica de

la mezcla de jaboacuten El volumen de derivacioacuten se calculoacute dependiendo del

volumen miacutenimo necesario por debajo del cual se perdiacutea analito para ese

volumen maacuteximo de volumen de analito a evaporar (10 mL)

266 Tesis Doctoral

Teniendo en cuenta que los reactivos (DAP y eacuteter corona) estaban en un

claro exceso estequiomeacutetrico y que estos por tanto no teniacutean influencia

en este estudio se ensayaron diferentes voluacutemenes de reaccioacuten (025 mL

050 mL 1 mL 2 mL 5 mL) todos con la misma concentracioacuten de DAP

(05 mm) y eacuteter corona (01 mm)

Para corregir los diferentes factores de dilucioacuten se antildeadioacute diferentes

cantidades de acetonitrilo despueacutes de la reaccioacuten y antes de la inyeccioacuten

hasta que todos los voluacutemenes ensayados tuvieron la misma concentracioacuten

cromatograacutefica (50 mgmiddotL-1) Para obtener el volumen oacuteptimo se

compararon las aacutereas para un analito representativo (C16K) A la vista de

los resultados obtenidos (Tabla 335) el volumen oacuteptimo de reaccioacuten fue

1 mL ya que por encima de este valor permaneciacutea constante la sentildeal

Tabla 335- Aacuterea de analito a diferentes voluacutemenes de reaccioacuten

Volumen evaporado de agente derivante (mL)

Aacuterea C16K en mAU (50 mgmiddotL-1)

025 432

05 478

En cuanto a los reactivos se ensayo la necesidad de antildeadir eacuteter corona a la

reaccioacuten Para ello se llevoacute a cabo una reaccioacuten sin el reactivo y otra con

el reactivo y se compararon las aacutereas de todos los analitos (Tabla 336)

Los resultados arrojaron la conclusioacuten de que la presencia de eacuteter corona

a diferencia de fluorescencia no era imprescindible ya que no se observoacute

alteracioacuten en las aacutereas de los analitos en presencia o ausencia de dicho

reactivo Por lo tanto para los siguientes estudios se excluyoacute el uso del

eacuteter corona

Tabla 336- Comparacioacuten de las aacutereas con o sin eacuteter corona

Analitos Aacuterea 100 mgmiddotL-1 (mAU) Con eacuteter corona

Aacuterea 100 mgmiddotL-1 (mAU) Sin eacuteter corona

C8K 3180 3162

C10K 2119 2135

C12K 1735 1745

C14K 1292 1278

C16K 1040 1057

C182K 1679 1655

C181K 1029 1025

C18K 1375 1345

Excluido la influencia del eacuteter corona y del volumen de reaccioacuten la

cantidad de DAP fue la uacutenica variable a estudiar Se estudiaron diferente

porcentajes de DAP (001 005 010 020 050 10) para un volumen

anteriormente optimizado de 1 mL y para un volumen a evaporar de

mezcla de jaboacuten (100 mgmiddotL-1) de 10 mL Por comparacioacuten de las aacutereas

obtendidas se calculoacute a que porcetaje de DAP disminuiacutea la cantidad de

analito Segun los resultados (Tabla 337) el porcentaje de reactivo

(DAP) oacuteptimo fue del 02 mm Cabe destacar que el oacuteptimo calculado

de DAP era 25 veces menor al establecido en bibliografiacutea para la misma

cantidad de analito

268 Tesis Doctoral

Del mismo modo se estudioacute la cantidad de patroacuten interno a antildeadir (C13K)

teniendo en cuenta que la concentracioacuten cromatograacutefica de patroacuten interno

tendriacutea que ser 50 mgmiddotL-1 (punto medio del calibrado) Se comproboacute que

al antildeadir 05 mL de disolucioacuten de 100 mgmiddotL-1 de C13K en metanol a los 10

mL de patroacuten (se esperoacute que se evaporase parte ya que la capacidad

maacutexima del vial era de 10 mL) no se observaba cambio alguno en las

aacutereas de los analitos con respecto a la obtenida sin patroacuten interno por lo

que esta adicioacuten de patroacuten interno no repercutiacutea por incremento de

sustancia a derivar en una peacuterdida de analito a determinar

Tabla 337- Calculo de la cantidad de reactivo (DAP) a usar

Porcentaje de DAP (mm)

Aacuterea de C16K a 100 mgmiddotL-1 (mAU)

005 568

010 785

020 1040

05 1044

1 1058

Tabla 338- Oacuteptimos obtenidos para volumen de reaccioacuten concentracioacuten de reactivo volumen de analito a evaporar y composicioacuten del vial

Volumen de reaccioacuten (microL) 500

Concentracioacuten de DAP( mm) 02

Volumen de analito a evaporar (mL) 10

Composicioacuten del vial () 100 (ACN)

Seguacuten la bibliografiacutea antes mencionada el agente derivante (DAP) era

frente al tiempo Para comprobar este hecho se derivo una mezcla de

(87 horas)

270 Tesis Doctoral

bull Antildeadir a un microreactor 10 mL de una disolucioacuten metanoacutelica

(C13K) en metanol

bull Evaporar el volumen (105 mL) hasta sequedad con corriente de

bull Antildeadir 10 mL de disolucioacuten de DAP (02 mm en acetonitrilo)

decidioacute ensayar tanto el protocolo de derivacioacuten como las variables

bibliografia1 y al extracto obtenido se le aplicoacute el protocolo de derivacioacuten

y la separacioacuten cromatograacutefica optimizados en esta Memoria de Tesis

La muestra seleccionada para aplicar el ensayo fue lodo de la planta de

una EDAR de Estepona la cual fue tomada despueacutes del digestor

anaerobio la muestra fue tomada en diferente eacutepoca a la usada en

fluorescencia por lo que su composicioacuten es diferente

Las razones por las cuales se seleccionoacute una muestra de lodo son las

mismas que se comentaron en el Apartado 2310 El cromatograma

obtenido (Figura 338) demostraba una adecuada separacioacuten de los

analitos objetos de estudio por lo que la metodologiacutea propuesta para la

derivacioacuten y la separacioacuten se adecuaba correctamente a las muestras a

analizar durante la presente Memoria

Figura 338- Cromatograma obtenido en muestra real de lodo Por orden C14K C16K C181K C18K

3- DETERMINACIOacuteN DEL LAS POR HPLC OPTIMIZACIOacuteN

DE LAS VARIABLES

31 - Contextualizacioacuten

El LAS es probablemente el tensioactivo que desde un punto de vista

analiacutetico maacutes se ha estudiado Hay por tanto decenas de meacutetodos para su

determinacioacuten los cuales se estudiaron en la introduccioacuten de la presente

Memoria Esta variedad se debe baacutesicamente a la ldquosencillezrdquo de su

determinacioacuten ya que el LAS posee propiedades fiacutesicas medibles

(absorcioacuten por ultravioleta y fluorescencia) por lo tanto no hace falta

llevar a cabo complicados procesos de derivacioacuten para su anaacutelisis como

en el caso del jaboacuten

El objetivo de esta memoria no era tanto establecer una nuevas

condiciones cromatograacuteficas sino modificar algunos paraacutemetros de un

min 5 10 15 20 25

mAU175

272 Tesis Doctoral

meacutetodo concreto para adecuarlo a las necesidades de nuestra

investigacioacuten

A la hora de elegir un meacutetodo por cromatografiacutea liacutequida que se adecuara a

las necesidades de nuestra investigacioacuten se tuvieron en cuenta varias

premisas La primera fue la sensibilidad ya que debido a la variedad y la

complejidad de las muestras que se iban a analizar este paraacutemetro es

esencial en la seleccioacuten del meacutetodo de partida La segunda fue la

separacioacuten cromatograacutefica A pesar de que hasta el momento no se ha

conseguido poner a punto un meacutetodo por cromatografiacutea liacutequida capaz de

resolver todos los isoacutemeros del LAS para nuestro estudio la separacioacuten a

parte de la resolucioacuten de los homoacutelogos de los isoacutemeros 2Oslash de cada

homoacutelogo era de vital importancia ya que nos daba informacioacuten acerca de

la composicioacuten inicial del LAB de partida y de su diferente adsorcioacuten en

las matrices ambientales analizadas Finalmente en tercer lugar se valoroacute

muy positivamente el hecho de que el meacutetodo seleccionado se aplicase a

muestras ambientales lo maacutes parecidas posible a las matrices objeto de

estudio (Lodo de EDAR tierra y sedimentos)

Basaacutendose en estas premisas se seleccionoacute como meacutetodo de partida el de

Bengoechea y col7 En la Tabla 339 se resumen todas la variables

cromatograacuteficas En la Figura 339 se muestra el cromatograma

obtenido tras aplicar las condiciones descritas en la tabla

7 Bengoechea C Cantarero S Analysis of Linear Alkylbenzene Sulfonate in Waste Water

and Sludge by High Performance Liquid Chromatography An Exercise of Validation J Surfact Deterg 1221-29 2009

Tabla 339- Condiciones cromatograacuteficas para la determinacioacuten del LAS del meacutetodo de referencia

PARAacuteMETROS VALOR

Deteccioacuten (FLD) λex = 232 nm λem = 290 nm

Eluyentes Canal A = Agua HPLC con 5 mM trietilamina 5 mM de aacutecido aceacutetico

Canal B = ACN HPLC

Gradiente T0= 30 B T20= 50 B

Tiempo final 25 min

Ganancia 13 ev

Figura 339- Cromatograma obtenido tras aplicar el meacutetodo propuesto Mezcla de LAS de 10 mgmiddotL-1

5 1 15 2

LU 120

OslashC10

2OslashC102OslashC12

2OslashC11

2OslashC13

OslashC13

OslashC11

OslashC12

274 Tesis Doctoral

Para seleccionar el patroacuten interno se valoraron tres aspectos su similitud

tanto en estructura como en propiedades fiacutesicas y quiacutemicas su resolucioacuten

cromatograacutefica con el meacutetodo propuesto y su ausencia en el ambiente

Los dos patrones que cumpliacutean ambas premisas fueron el 2OslashC8-LAS y

2OslashC16-LAS Ambos poseiacutean propiedades parecidas al LAS comercial su

resolucioacuten con el meacutetodo era adecuada (Figura 340) y al no ser

comerciales no estaban presentes en modo alguno en matrices

ambientales

Figura 340- Cromatograma obtenido 100 mgmiddotL-1de LAS 10 mgmiddotL-1 de 2OslashC8-LAS y de 2OslashC16-LAS

Se seleccionoacute como patroacuten interno el 2OslashC8-LAS debido a que se

asemejaba maacutes que el 2OslashC16-LAS en longitud de cadena a la media del

LAS comercial objeto de estudio Ademaacutes el 2OslashC8-LAS apareciacutea a

tiempos cortos en el cromatograma (3-4 min) mientras que el 2OslashC16-LAS

teniacutea un tiempo de retencioacuten elevado (25 min) con lo que se alargaba el

tiempo de anaacutelisis Sin embargo como maacutes adelante se comentaraacute el

min 5 1 1 2

LU 800

OslashC10

OslashC12

OslashC13

2OslashC16 2OslashC8

OslashC11

patroacuten interno 2OslashC16-LAS tuvo utilidad en la validacioacuten de la metodologiacutea

analiacutetica

33 - Composicioacuten del vial de inyeccioacuten

La mayoriacutea de metodologiacuteas propuestas se basan en un proceso de

extraccioacuten del LAS con metanol tras el cual se llevan a cabo procesos de

purificacioacuten yo preconcentracion con columnas de extraccioacuten en fase

soacutelida (SPE) Finalmente el extracto recogido se inyecta en el

cromatoacutegrafo de liacutequidos (Introduccioacuten apartado 125) A pesar del

gran nuacutemero de publicaciones al respecto en ninguna se ha estudiado la

composicioacuten del vial de inyeccioacuten En el presente estudio se detectaron

variaciones en la sensibilidad del meacutetodo si se variaba la composicioacuten del

vial de inyeccioacuten

En gran parte de la bibliografiacutea (Introduccioacuten apartado 125) el

disolvente usado para disolver el LAS antes de su inyeccioacuten

cromatograacutefica es el metanol En esta Memoria de Tesis se comproboacute que

una inyeccioacuten al 100 de metanol provocaba un acusado descenso en la

sensibilidad (maacutes de la mitad) para concentraciones bajas de LAS (lt5

mgmiddotL-1) A concentraciones altas no se detectoacute este fenoacutemeno

A la vista de lo ya comentado en este capiacutetulo se intentoacute solucionar el

problema antildeadiendo agua en el vial de inyeccioacuten Por este motivo se

realizoacute un ensayo el cual consistioacute en ir antildeadiendo cantidades crecientes

de agua al vial de inyeccioacuten hasta obtener un valor oacuteptimo de porcentaje

de agua antildeadido por debajo del cual se observaba una peacuterdida en la sentildeal

analiacutetica

276 Tesis Doctoral

La concentracioacuten de partida fue de 1 mgmiddotL-1 de LAS en metanol a la cual

se le antildeadieron diferentes cantidades de agua hasta un porcentaje

determinado (0 10 20 40 60 80 90) Una vez antildeadida el

agua se inyectoacute la disolucioacuten en el cromatoacutegrafo evaluaacutendose el aacuterea

total de LAS obtenida Finalmente se aplicoacute un factor de correccioacuten con

objeto de tener en cuenta la dilucioacuten generada al ir antildeadiendo agua al vial

de reaccioacuten

Seguacuten los resultados obtenidos (Tabla 340) se concluyoacute que el valor

oacuteptimo calculado era del 60 en agua Por debajo de ese porcentaje en

agua la sensibilidad del LAS disminuiacutea

A partir de ese momento como medida de precaucioacuten se aplicoacute esta

dilucioacuten a tanto las concentraciones de LAS estudiadas como a las

muestras ambientales analizadas

Tabla 340- Relacioacuten entre el porcentaje de agua antildeadido al vial y el aacuterea total

Cantidad de agua antildeadida () Aacuterea de LAS 1 mgmiddotL-1(LU)

10 332

20 358

40 379

60 751

80 752

90 750

Teniendo en cuenta este hecho a continuacioacuten se resume el protocolo que

se llevoacute a cabo antes de la inyeccioacuten en el cromatoacutegrafo

patroacuten de LAS-Na o muestra a analizar

bull Antildeadir ademaacutes 1 mL de una disolucioacuten (10 mgmiddotL-1) de patroacuten

interno (2OslashC8-LAS) en metanol

bull Antildeadir 1 mL de disolucioacuten de de aguametanol (6040)

34 - Aplicacioacuten en muestra real

decidioacute comprobar tanto el meacutetodo cromatograacutefico como el protocolo

antes de la inyeccioacuten en una muestra real Para llevar a cabo este ensayo

se siguioacute el protocolo de tratamiento de la muestra y extraccioacuten descrito

en bibliografiacutea (Introduccioacuten apartado 125) al cual se le aplicoacute el

protocolo antes de la inyeccioacuten y la separacioacuten cromatograacutefica obtenidas

en esta Memoria de Tesis

La muestra seleccionada para aplicar el ensayo fue lodo de una planta

EDAR de Estepona la cual fue tomada despueacutes del digestor anaerobio

analitos objetos de estudio por lo que la metodologiacutea propuesta se

adecuaba correctamente a las muestras a analizar durante la presente

Memoria

278 Tesis Doctoral

Figura 341- Cromatograma obtenido en una muestra real de lodo

min 5 1 1 20

OslashC10

OslashC11OslashC13OslashC12

2OslashC8 LU

CAPIacuteTULO 4

TRATAMIENTO DE MUESTRA

Tratamiento de muestra 281

En el presente capiacutetulo se presenta la optimizacioacuten de todas las variables

implicadas en el tratamiento de muestras extraccioacuten reaccioacuten y etapa de

preconcentracioacuten

En el primer apartado se desarrolla el tratamiento de muestras para la

determinacioacuten de jaboacuten en matrices ambientales Dentro de este apartado

se discute en primer lugar los trabajos previos realizados en la misma

materia resaltando las posibles carencias o beneficios que pudieran

derivar de la bibliografiacutea existente las cuales justificaron la puesta a punto

de una nueva metodologiacutea A continuacioacuten se desarrolla la metodologiacutea

aplicada para la optimizacioacuten de la reaccioacuten de extraccioacuten con eacuteter de

petroacuteleo El proceso se llevoacute a cabo para cada matriz (lodos tierra y

sedimentos) y para cada teacutecnica de extraccioacuten (Soxhlet ultrasonidos y

microondas) En la tercera parte se explica la puesta a punto de la

reaccioacuten de conversioacuten del jaboacuten caacutelcico a jaboacuten potaacutesico Para finalizar

282 Tesis Doctoral

se muestra el procedimiento usado para optimizar la extraccioacuten del jaboacuten

potaacutesico con metanol para cada matriz y teacutecnica de extraccioacuten estudiada

En el segundo apartado se desarrolla el tratamiento de muestras para la

determinacioacuten de LAS en matrices ambientales De la misma manera que

con el jaboacuten el apartado comienza exponiendo de manera resumida los

antecedentes previos los cuales sirven como base para la justificacioacuten de

la puesta a punto de una nueva metodologiacutea A continuacioacuten se presentan

los resultados obtenidos para la optimizacioacuten del proceso de extraccioacuten

con diferentes teacutecnicas (Soxhlet ultrasonidos microondas) del analito

(LAS) en las diferentes matrices estudiadas (lodos tierra y sedimentos)

Por uacuteltimo se lleva a cabo un estudio de la idoneidad de antildeadir un

proceso de preconcentracioacuten y eliminacioacuten de interferentes posterior a la

extraccioacuten

2- TRATAMIENTO DE MUESTRA PARA LA

DETERMINACIOacuteN DE JABOacuteN

21 - Antecedentes previos y justificacioacuten

Como ya se comentoacute en capiacutetulos anteriores existiacutea soacutelo una metodologiacutea

que teniacutea como objetivo la determinacioacuten de jaboacuten en matrices

ambientales1 La determinacioacuten constaba de varias etapas

bull Extraccioacuten Soxhlet con eacuteter de petroacuteleo durante 72 h

bull Reaccioacuten de conversioacuten de jaboacuten caacutelcico a potaacutesico con K2CO3

durante 24 horas

1 Moreno A Bravo J Ferrer J Bengoechea C Soap determination in sewage sludge by HPLC SETAC Europe meeting Postdam 1992

bull Extraccioacuten con metanol durante 24 horas

bull Reaccioacuten de derivacioacuten con BrMMC y eacuteter corona

bull Inyeccioacuten en el cromatoacutegrafo de liacutequidos

El objeto de la primera etapa era eliminar los posibles interferentes

(aacutecidos grasos libres liacutepidos etc) que pudieran reaccionar con el agente

derivante sin ser jaboacuten La no eliminacioacuten de los interferentes suponiacutea dar

un error por exceso en el contenido final de jaboacuten

A continuacioacuten en la segunda etapa se llevaba a cabo una reaccioacuten de

conversioacuten del jaboacuten caacutelcico a potaacutesico en el extracto soacutelido Como se ha

comentado en el Capiacutetulo 1 apartado 213 el jaboacuten de tipo caacutelcico (el

maacutes abundante en matrices ambientales) es muy insoluble en

praacutecticamente cualquier tipo de disolvente con lo que su determinacioacuten

en matrices ambientales requiere de una etapa de conversioacuten del jaboacuten

caacutelcico en otra sustancia que fuera capaz de ser extraiacuteda faacutecilmente En

este caso se utilizoacute carbonato potaacutesico (K2CO3) y agua como reactivos

para dar jaboacuten potaacutesico el cual es soluble y puede ser extraiacutedo con mayor

facilidad

Finalmente en la tercera etapa del tratamiento de la muestra se extrae con

metanol el jaboacuten potaacutesico generado en la etapa anterior

Un estudio detenido en la metodologiacutea presentada reveloacute ciertos

inconvenientes desde un punto de vista analiacutetico

1 Tiempo de extraccioacuten excesivamente largos 72 horas de

extraccioacuten con eacuteter de petroacuteleo y 24 horas con metanol eran tiempos

284 Tesis Doctoral

de extraccioacuten difiacutecilmente asumibles para cualquier tipo de

metodologiacutea analiacutetica

2 Carencia de cualquier tipo de validacioacuten La metodologiacutea

propuesta no estaba ni optimizaba ni validada en ninguna de sus

etapas

3 Liacutemites de deteccioacuten y cuantificacioacuten elevados La cantidad de

muestra usada (5 g) era muy alta con lo que teniendo en cuenta que

en ninguacuten momento se llevoacute a cabo un proceso de preconcentracioacuten

los liacutemites de cuantificacioacuten y de deteccioacuten de la metodologiacutea eran

muy elevados (g de analitoKg de muestra) Este hecho era una

limitacioacuten a la hora de determinar muestras con poco contenido en

jaboacuten

Teniendo en cuenta estas razones se hizo evidente la necesidad de

proponer una nueva etapa de tratamiento de muestra

22 - Optimizacioacuten de las variables implicadas en el proceso de

extraccioacuten con eacuteter de petroacuteleo

De acuerdo con lo anteriormente expuesto fue imprescindible poner a un

punto un proceso preliminar de eliminacioacuten de interferentes El objetivo

planteado inicialmente fue buscar un disolvente capaz de llevar a cabo

este proceso de eliminacioacuten en el menor tiempo posible y con el menor

gasto de disolvente

La seleccioacuten del disolvente estuvo condicionada al cumplimento de dos

premisas

bull Disolver y extraer todo el interferente

bull No disolver ni extraer el analito objeto de estudio (jaboacuten caacutelcico)

En el meacutetodo inicial se propuso una metodologiacutea basada en la extraccioacuten

con eacuteter de petroacuteleo durante 72 horas El eacuteter de petroacuteleo cumpliacutea ambas

premisas Ademaacutes de eacuteter de petroacuteleo se ensayaron otros tipos de

disolventes con caracteriacutesticas parecidas (eacuteter de petroacuteleo acetato de etilo

ciclohexano n-hexano y metanol)

Para llevar a cabo dicho estudio se procedioacute a dopar una cantidad de lodo

de EDAR de concentracioacuten despreciable de aacutecidos grasos y de jaboacuten con

cantidades elevadas de aacutecidos grasos C8-C18 (100 gmiddotKg-1) Estas cantidades

se seleccionaron de acuerdo con el maacuteximo de concentracioacuten esperado en

cualquier matriz ambiental Seguidamente se extrajeron (extraccioacuten

soacutelido-liacutequido) los aacutecidos durante 72 horas en un Soxhlet usando como

disolvente los anteriormente mencionados Finalmente se analizoacute el

extracto liacutequido con objeto de cuantificar en tanto por ciento cuanto se

habiacutea extraiacutedo de aacutecidos grasos El meacutetodo de derivacioacuten usado fue el

mismo que el descrito en el capiacutetulo anterior (Capiacutetulo 3 apartado

Los resultados obtenidos se muestran en la tabla siguiente

286 Tesis Doctoral

Tabla 41- Porcentaje de extraccioacuten de aacutecidos grasos

DISOLVENTE PORCENTAJE DE EXTRACCIOacuteN ()

Eacuteter de petroacuteleo 99

Hexano 65

Ciclohexano 71

Acetato de etilo 99

Metanol 98

Se observoacute como todos los disolventes propuestos eran capaces de extraer

casi cuantitativamente los aacutecidos grasos exceptuando el hexano y el

ciclohexano Este hecho se explicoacute debido a la baja polaridad del hexano

y ciclo hexano que dificultaba la extraccioacuten de los compuestos grasos

maacutes polares (C8 y C10)

Del mismo modo se dopoacute cantidades elevadas de jaboacuten caacutelcico C8-C18

(50 gmiddotKg-1) en un lodo de EDAR con concentracioacuten despreciable de jaboacuten

el cual fue sometido al mismo proceso de extraccioacuten que para los aacutecidos

grasos A continuacioacuten se analizoacute la cantidad residente de jaboacuten en el

soacutelido siguiendo el procedimiento establecido en bibliografiacutea Para

finalizar se calculoacute el porcentaje extraiacutedo de jaboacuten por cada disolvente

Seguacuten los resultados obtenidos (Tabla 42) tanto el metanol como el

acetato de etilo eran capaces de solubilizar cantidades de jaboacuten pequentildeas

Por el contrario no se detectoacute este fenoacutemeno ni en el eacuteter de petroacuteleo ni

en el n-hexano ni tampoco en el ciclohexano

Tabla 42- Porcentaje de extraccioacuten de jaboacuten

Hexano 0

Ciclohexano 0

Acetato de etilo 7

Metanol 12

Teniendo en cuenta ambos factores se concluyoacute que el eacuteter de petroacuteleo

era el disolvente que mejor resultado mostraba ya que presentaba el

maacuteximo posible de extraccioacuten de aacutecidos grasos y el miacutenimo de jaboacuten Por

lo que se seleccionoacute como disolvente de extraccioacuten

Una vez seleccionado el disolvente de extraccioacuten se optimizaron los

paraacutemetros instrumentales asociados a las teacutecnicas de extraccioacuten Esta

optimizacioacuten se estructuroacute con respecto al tipo de muestra ambiental

estudiada ya que cada muestra podiacutea presentar caracteriacutesticas propias que

podiacutean alterar el proceso de extraccioacuten

211 - Soxhlet

Las variables implicadas en proceso de extraccioacuten Soxhlet son muacuteltiples

la cantidad de muestra el volumen de disolvente usado para la reaccioacuten la

temperatura y el tiempo de extraccioacuten

288 Tesis Doctoral

Figura 41- Dibujo de un extractor Soxhlet

La cantidad de muestra en nuestro caso no se consideroacute como variable

ya que se fijoacute de antemano una cantidad para todos los ensayos de 5 g La

eleccioacuten de esta cantidad de muestra vino impuesta por las limitaciones de

la metodologiacutea debido a que cantidades inferiores a 5 g podiacutean implicar

una peacuterdida de sensibilidad en la metodologiacutea Por otro lado el uso de

cantidades mayores de 5 g repercutiacutea en un consumo de muestra

demasiado elevado teniendo en cuenta que la cantidad disponible de

matriz era limitada Por lo tanto se optoacute como solucioacuten de compromiso

establecer una cantidad de 5 g para todos los ensayos

En cuanto al volumen de disolvente usado en el caso del Soxhlet

dependiacutea del tamantildeo del Soxhlet Para el tipo y cantidad de muestra

seleccionada el tamantildeo recomendable para llevar a cabo la extracciones

fue de 250 mL1

La temperatura de extraccioacuten en el caso del Soxhlet es de difiacutecil control

ya que no poseiacutea panel de control de la misma La uacutenica forma de

controlar la temperatura fue a traveacutes de un termoacutemetro externo Para la

seleccioacuten de la temperatura de trabajo se tuvo en cuenta que cualquier

temperatura superior al punto de ebullicioacuten del eacuteter de petroacuteleo (40 ordmC-50

ordmC) podiacutea considerarse adecuada para su extraccioacuten Sin embargo el uso

de una temperatura muy superior al punto de ebullicioacuten provocaba un

aumento de la presioacuten con el consiguiente incremento en la posibilidad de

fugas de disolvente Tomando en consideracioacuten ambos factores se optoacute

por seleccionar la temperatura de 70 ordmC como solucioacuten de compromiso

Por tanto el tiempo de extraccioacuten fue la uacutenica variable susceptible de ser

optimizada El oacuteptimo se calculo mediante un ensayo a diferentes tiempos

de extraccioacuten (6 h 12 h 24 h 48 h y 72 h) Para llevar a cabo el ensayo

se seleccionoacute una muestra para cada tipo de matriz (tierra lodo de EDAR

y sedimentos) con bajo contenido en aacutecidos grasos la cual se dopoacute con

una cantidad elevada de mezcla de aacutecidos grasos (100 gmiddotKg-1) El tiempo

oacuteptimo se calculoacute de acuerdo con el maacuteximo porcentaje de extraccioacuten de

aacutecidos grasos con el menor tiempo de extraccioacuten posible

290 Tesis Doctoral

En la Tabla 43 se muestran los resultados obtenidos para cada tipo de

matriz

Tabla 43- Optimizacioacuten del tiempo de extraccioacuten eacuteter de petroacuteleo

PORCENTAJE DE EXTRACCIOacuteN ()

TIEMPO (h) TIERRA LODOS DE EDAR SEDIMENTOS

6 75 52 78

12 98 98 99

24 98 97 95

48 99 98 97

72 97 95 99

El oacuteptimo para todas las matrices estudiadas fue de 12 h

212 - Ultrasonidos

Para la optimizacioacuten de la variables implicadas en el proceso de

extraccioacuten con un sistema de ultrasonidos se optoacute por el disentildeo propuesto

para el LAS2 La seleccioacuten de este disentildeo se debioacute a la similitud del analito

objeto de estudio (tensioactivos)

En la Figura 42 se muestra un esquema graacutefico sobre el proceso de

extraccioacuten con ultrasonidos

Figura 42- Esquema sobre el proceso de extraccioacuten por ultrasonidos

Teniendo en cuenta las caracteriacutesticas del equipo las variables

susceptibles de ser optimizadas fueron la cantidad de muestra amplitud

volumen de disolvente y tiempo de extraccioacuten

La cantidad de muestra seleccionada por los motivos anteriormente

expuestos fue de 5 g

La seleccioacuten del volumen de disolvente se relacionoacute con la capacidad del

frasco (70 mL) y la cantidad de muestra (5 g) Por lo que el volumen se

calculoacute de acuerdo con el menor volumen posible capaz de disolver la

muestra formando una disolucioacuten homogeacutenea En este caso se

292 Tesis Doctoral

comproboacute que el volumen miacutenimo para formar una mezcla liacutequida con la

matriz fue de 50 mL

Por lo tanto las dos uacutenicas variables que se optimizaron fueron la

amplitud y el tiempo de extraccioacuten La amplitud estaacute directamente

relacionada con la potencia de la sonda pudieacutendose controlar en tanto por

ciento es decir un 75 de amplitud correspondiacutea a usar el 75 de la

potencia total del equipo

Para la optimizacioacuten de estas dos variables se recurrioacute a un disentildeo

experimental en superficie de respuesta (DSR) en concreto un disentildeo

cuacutebico ortogonal centrado en el cuerpo Las caracteriacutesticas de este disentildeo

y su posterior anaacutelisis se ha descrito en el Capiacutetulo 3 apartado 235 de la

presente memoria de Tesis Los valores maacuteximo y miacutenimo para cada

variable fueron seleccionados de acuerdo con las posibilidades del

sistema Una amplitud superior al 75 podriacutea acortar la vida de la sonda

Del mismo modo tiempos de extraccioacuten superiores a 20 minutos no son

recomendables debido a un posible sobrecalentamiento del sistema El

disentildeo de superficie de respuesta utilizado se resume en la siguiente tabla

Tabla 44- Disentildeo experimental

TIEMPO DE EXTRACCIOacuteN (min)

AMPLITUD ()

125 50

200 75

125 50

Los resultados del disentildeo por tipo de muestra se muestran a

continuacioacuten Como variable respuesta se utilizoacute el porcentaje de

extraccioacuten de una mezcla de aacutecidos grasos (100 gmiddotKg-1) dopada en

diferentes muestras (tierra sedimentos y lodos)

Tierra

De acuerdo con los resultados obtenidos ambas variables estudiadas

seguacuten el graacutefico de Pareto son significativas El valor de R2 calculado fue

muy elevado demostrando la idoneidad del modelo seleccionado El valor

oacuteptimo calculado para cada variable fue el maacuteximo permitido por el

sistema

294 Tesis Doctoral

Figura 43- Graacutefico de Pareto y superficie de respuesta

Tabla 45- Resultados obtenidos para la optimizacioacuten por ultrasonidos

R2 () Oacuteptimo T extraccioacuten (min) Oacuteptimo Amplitud ()

94 20 75

Lodos de EDAR

A la vista de los resultados obtenidos ambas variables estudiadas seguacuten

el graacutefico de Pareto son significativas El valor de R2 calculado fue muy

elevado demostrando la idoneidad del modelo seleccionado El valor

sistema

Tiempo de extraccioacutenAmplitud

5 8 11 14 17 20 25354555657568

Pareto Chart for Porcentaje

Standardized effect

0 2 4 6 8

ATiempo de extraccioacuten

BAmplitud

Tabla 46- Resultados obtenidos para la optimizacioacuten

91 20 75

Sedimentos

Teniendo en cuenta los resultados obtenidos ambas variables estudiadas

sistema

5 8 11 14 17 20 25354555657568

Standardized effect

0 2 4 6 8

BAmplitud

296 Tesis Doctoral

90 20 75

213 - Microondas

Al igual que en las demaacutes teacutecnicas de extraccioacuten las variables en el

proceso de extraccioacuten para el microondas son muacuteltiples cantidad de

muestra volumen de extraccioacuten temperatura potencia presioacuten y tiempo

de extraccioacuten

5 8 11 14 17 20 25354555657568

Standardized effect

0 2 4 6 8

BAmplitud

Figura 46- Equipo de microondas

La cantidad de muestra se mantuvo fija (5 g) por las mismas razones

anteriormente expuestas Del mismo modo se mantuvo a 1600 W

(maacutexima posible) ya que a la hora de extraer las muestras siempre se

optaba por tratar el nuacutemero maacuteximo de muestras posible (14)

Si tenemos en cuenta las caracteriacutesticas propias del sistema de extraccioacuten

acelerada por microondas la temperatura volumen y la presioacuten estaban

directamente relacionadas debido a que un aumento de temperatura y del

volumen derivaba en un aumento de la presioacuten Por el mismo motivo que

el ya comentado en ultrasonidos se seleccionoacute un volumen de extraccioacuten

de 50 mL En cuanto a la temperatura durante el proceso de extraccioacuten

debiacutea ser siempre mayor al punto de ebullicioacuten del disolvente usado Sin

embargo un excesivo aumento de la temperatura daba lugar a presiones

muy elevadas (100 bares) provocando fugas en el sistema y el inmediato

bloqueo del equipo Por lo tanto teniendo en cuenta este factor se optoacute

298 Tesis Doctoral

por controlar la presioacuten Se seleccionoacute el maacuteximo valor de la presioacuten por

encima del cual se produciacutea riesgo de fuga o escape El oacuteptimo fue de 70

bares Del tal modo que el instrumento aumentaba la temperatura de

extraccioacuten hasta llegar a una presioacuten liacutemite de 70 bares una vez alcanzada

esa presioacuten tanto la temperatura como la propia presioacuten se manteniacutean

constantes durante el resto del proceso de extraccioacuten

Por lo tanto la uacutenica variable a optimizar fue el tiempo de extraccioacuten El

tiempo total de extraccioacuten consta de varias etapas tiempo de

acondicionamiento tiempo de extraccioacuten y tiempo de enfriamiento

El tiempo de acondicionamiento se definiacutea como el tiempo necesario para

que el sistema alcance las condiciones de extraccioacuten en nuestro caso es el

tiempo que tardaba el sistema en alcanzar los 70 bares de presioacuten Suele

estar comprendido entre 5 y 10 minutos En el caso objeto de estudio fue

de 10 minutos

El tiempo de enfriamiento era el tiempo usado por el instrumento para

restablecer las condiciones ambientales iniacuteciales (temperatura y presioacuten en

el laboratorio) Este proceso duraba 25 minutos

Finalmente el tiempo de extraccioacuten era el tiempo consumido una vez

alcanzada las condiciones de extraccioacuten (70 bares) en el que se manteniacutea

en contacto la disolucioacuten y la muestra para que se llevase a cabo la

extraccioacuten Esta variable era susceptible de ser optimizada

Para la optimizacioacuten del tiempo de extraccioacuten se realizoacute un ensayo en el

que se estudiaron diferentes tiempos de extraccioacuten (5 10 15 20 y 25

minutos) de aacutecidos grasos dopados (100 gmiddotKg-1) en diferentes muestras

ambientales (tierra lodos y sedimentos) El valor oacuteptimo se determinoacute en

funcioacuten del mayor porcentaje de extraccioacuten en el menor tiempo posible

matriz

TIEMPO (min) TIERRA LODOS DE EDAR SEDIMENTOS

5 55 50 57

10 73 69 76

15 97 96 99

20 97 99 98

25 99 98 97

El oacuteptimo para todas las matrices estudiadas fue de 15 min

214 - Conclusiones

A la vista de todos los resultados obtenidos se concluyoacute desde el punto

de vista de la extraccioacuten de los aacutecidos grasos que no existiacutean diferencias

significativas en el tipo de muestra A continuacioacuten se resumen las

variables oacuteptimas usadas para cada sistema de extraccioacuten

300 Tesis Doctoral

Soxhlet

Tabla 49- Variables optimizadas para la extraccioacuten con eacuteter de petroacuteleo

VARIABLE OacutePTIMO

Cantidad de muestra (g) 5

Volumen de disolvente (mL) 250

Temperatura (ordmC) 70

Tiempo de extraccioacuten (h) 12

Ultrasonidos

Amplitud () 75

Tiempo de extraccioacuten (min) 20

Microondas

Presioacuten (bares) 70

Potencia (W) 1600

Tiempo de acon (min) 10

Tiempo de enfri (min) 25

conversioacuten de jaboacuten caacutelcico a jaboacuten potaacutesico

Como se ha explicado en los apartados anteriores para el anaacutelisis de jaboacuten

precipitado (caacutelcico) se requeriacutea la conversioacuten del mismo debido a su

poca solubilidad en otra sustancia lo maacutes similar posible que fuera

faacutecilmente extraiacuteble

A la hora de seleccionar en que compuesto transformar el jaboacuten caacutelcico

se pensoacute obviamente en convertir el jaboacuten caacutelcico en otras sales de

aacutecidos grasos maacutes solubles Dentro de estaacutes sales las maacutes frecuentes son

las soacutedicas y potaacutesicas Para dilucidar cuaacutel seleccionar se tuvo en cuenta

la solubilidad siendo las sales potaacutesicas maacutes solubles que las soacutedicas

Para convertir el jaboacuten caacutelcico en potaacutesico se optoacute por antildeadir acido

trietilendiaminotetraaceacutetico tripotaacutesico (EDTA-3K) y carbonato potaacutesico

302 Tesis Doctoral

El EDTA-3K poseiacutea la estructura apropiada para formar un complejo con

el calcio liberando el aacutecido graso proveniente del jaboacuten el cual en una

uacuteltima etapa reaccionaba con el carbonato potaacutesico para dar jaboacuten

potaacutesico En la Figura 47 se muestra de manera esquemaacutetica el proceso

de conversioacuten Las dos partes de la reaccioacuten (reaccioacuten de complejacioacuten y

posterior transformacioacuten a jaboacuten potaacutesico) se llevaban a cabo en una

misma etapa es decir se antildeadiacutean a la vez tanto el EDTA-3K como el

carbonato potaacutesico a la muestra que conteniacutea jaboacuten caacutelcico

Figura 47- Reaccioacuten de transformacioacuten de jaboacuten caacutelcico a potaacutesico

El medio de la reaccioacuten fue agua ya que tanto el carbonato como el

EDTA son sales solubles en agua La reaccioacuten de transformacioacuten

consistioacute por lo tanto en disolver una cantidad de EDTA y carbonato a

optimizar en agua vertiendo con posterioridad la disolucioacuten resultante en

5 g de muestra ambiental previamente extraiacuteda con eacuteter de petroacuteleo

Finalmente para que se llevase a cabo la reaccioacuten de manera adecuada se

agitoacute y se calentoacute la mezcla resultante durante un tiempo determinado

Teniendo en cuenta los diferentes procesos asociados a la reaccioacuten de

transformacioacuten varias son las variables a optimizar cantidad de reactivos

(EDTA y carbonato) volumen de agua temperatura y tiempo de reaccioacuten

Para optimizar el tiempo y la temperatura se tuvo en cuenta que algunos

tipos de jaboacuten (los de cadena maacutes larga) eran parcialmente solubles en

agua por lo que la utilidad del agua se restringiacutea uacutenicamente como medio

de reaccioacuten no como disolvente de extraccioacuten Por lo tanto era necesario

un proceso de evaporacioacuten del agua despueacutes de que se llevase a cabo la

reaccioacuten para favorecer la extraccioacuten posterior en un disolvente maacutes

apropiado

La necesidad de un proceso de eliminacioacuten del agua influiacutea en la eleccioacuten

del tiempo y temperatura de reaccioacuten Teniendo en cuenta este hecho se

optoacute por elegir una temperatura de reaccioacuten de 105 ordmC la cual era superior

al punto de ebullicioacuten del agua y un tiempo de reaccioacuten de varias horas

tiempo necesario para que se evaporase el disolvente Estas condiciones

eran suficientes para que la reaccioacuten se diera ya que basaacutendonos en la

bibliografiacutea1 la reaccioacuten de transformacioacuten era relativamente raacutepida

(aprox 30min)

Del mismo modo el volumen de agua usado para llevar a cabo la reaccioacuten

fue el miacutenimo permitido para formar una mezcla homogeacutenea con todos los

reactivos y la muestra debido a que luego debiacutea evaporarse Por tanto el

volumen de agua seleccionado fue de 50 mL

Para optimizar las cantidades de reactivos (EDTA y carbonato) se

recurrioacute a un disentildeo experimental cuacutebico ortogonal centrado en el

cuerpo Las caracteriacutesticas de este disentildeo y su posterior anaacutelisis se

304 Tesis Doctoral

comentaron en el Capiacutetulo 3 apartado 235 de la presente Memoria de

Tesis Los valores maacuteximos y miacutenimos de cada variable se seleccionaron

de acuerdo con la estequiometria de la reaccioacuten El ensayo consistioacute en

dopar 5 g de cada matriz ambiental (tierra lodos de EDAR y sedimentos)

con una cantidad elevada de mezcla de jaboacuten caacutelcico (50 gmiddotKg-1) A

continuacioacuten a la muestra se le aplicoacute el proceso de extraccioacuten con eacuteter de

petroacuteleo optimizado y se llevoacute a cabo la reaccioacuten de transformacioacuten con

cantidades variables de reactivos fijando el volumen de reaccioacuten (50 mL)

temperatura de reaccioacuten 105 ordmC y tiempo de reaccioacuten (4 h) A

continuacioacuten se extrajo el jaboacuten potaacutesico generado siguiendo el meacutetodo

de referencia el cual consistioacute en una extraccioacuten Soxhlet durante 24 h

Finalmente el jaboacuten obtenido se calculoacute mediante derivacioacuten y anaacutelisis

por HPLC con el meacutetodo propuesto en capiacutetulos anteriores La variable

respuesta usada fue el porcentaje de conversioacuten de jaboacuten caacutelcico En la

tabla siguiente (Tabla 412) se resume los valores usados para el disentildeo

experimental

Tabla 412- Disentildeo experimental EDTA y K2CO3

CANTIDAD DE EDTA-3K (mg)

CANTIDAD DE K2CO3 (mg)

Tierra

muy elevado demostrando la idoneidad del modelo seleccionado Los

valores oacuteptimos se muestran a continuacioacuten

Standardized effect

0 2 4 6 8

AEDTA-3K

BCarbonato

EDTA3KCarbonato

25 35 45 55 65 75 25354555657580828486889092

306 Tesis Doctoral

R2 () CANTIDAD DE EDTA-3K

CANTIDAD DE

CARBONATO (mg)

90 50 25

Lodos de EDAR

CANTIDAD DE

CARBONATO (mg)

93 50 25

Standardized effect

0 2 4 6 8

AEDTA-3K

BCarbonato

EDTA3KCarbonato

25 35 45 55 65 75 25354555657580828486889092

Sedimentos

CANTIDAD DE

CARBONATO (mg)

96 50 25

Los resultaron mostraron que no habiacutea casi diferencia en el tipo de matriz

usado siendo los valores muy proacuteximos En la tabla que viene a

continuacioacuten (Tabla 416) se resumen los resultados oacuteptimos obtenidos

para la reaccioacuten de conversioacuten de jaboacuten caacutelcico a potaacutesico

Standardized effect

0 2 4 6 8

AEDTA-3K

BCarbonato

EDTA3KCarbonato

25 35 45 55 65 75 25354555657580828486889092

308 Tesis Doctoral

Tabla 416- Variables optimizadas para la reaccioacuten de transformacioacuten

Volumen de agua (mL) 50

Tiempo de reaccioacuten (h) 4

Cantidad de EDTA-3K (mg) 50

Cantidad de K2CO3 25

extraccioacuten del jaboacuten potaacutesico

La uacuteltima etapa del tratamiento de muestra consistioacute en una extraccioacuten del

jaboacuten potaacutesico generado tras su conversioacuten a partir del jaboacuten caacutelcico

De la misma manera que para la primera extraccioacuten con eacuteter de petroacuteleo

se planteoacute como objetivo la seleccioacuten del disolvente adecuado para llevar

a cabo el proceso de extraccioacuten del jaboacuten potaacutesico

En el meacutetodo inicial se proponiacutea una metodologiacutea basada en la extraccioacuten

con metanol durante 24 horas Ademaacutes del metanol se ensayaron otros

tipos de disolventes con caracteriacutesticas parecidas (acetato de etilo

acetona agua y eacuteter de petroacuteleo)

Para comprobar que disolvente se adecuaba mejor a las premisas

establecidas se llevoacute a cabo un ensayo El ensayo consistioacute en dopar una

cantidad de lodo de EDAR de concentracioacuten despreciable de aacutecidos

grasos y de jaboacuten con cantidades elevadas de una mezcla de jaboacuten C8-C18

(50 gmiddotKg-1) Estas cantidades se seleccionaron de acuerdo con el maacuteximo

de concentracioacuten esperado en cualquier matriz ambiental Seguidamente

se procedioacute a aplicar las etapas del tratamiento de muestra ya optimizado

(extraccioacuten con eacuteter de petroacuteleo y reaccioacuten de conversioacuten de jaboacuten caacutelcico

a potaacutesico) Finalmente de acuerdo con el meacutetodo propuesto se extrajo

(extraccioacuten soacutelido-liacutequido) el jaboacuten potaacutesico generado durante 24 horas en

un Soxhlet usando como disolvente los anteriormente mencionados

Finalmente se analizoacute el extracto liacutequido con objeto de cuantificar en

tanto por ciento cuanto se habiacutea extraiacutedo de jaboacuten potaacutesico El meacutetodo de

derivacioacuten usado fue el mismo que en el capiacutetulo anterior (Capiacutetulo 3

apartado 212)

Tabla 417- Porcentaje de extraccioacuten de jaboacuten potaacutesico

Agua 90

Acetona 85

Acetato de etilo 87

Metanol 92

los analitos en mayor o menor medida dependiendo de su polaridad

siendo los compuestos maacutes polares (agua y metanol) los que mejores

porcentajes de extraccioacuten presentaban Este hecho se explicoacute debido a la

alta solubilidad que presentan por las sales potaacutesicas de los aacutecidos grasos

310 Tesis Doctoral

en compuestos polares Sin embargo como ya se indicoacute el jaboacuten de

cadena lineal maacutes larga (C16 y C18) presentaba a pesar de ser una sal peor

tendencia a solubilizarse en medios muy polares como el agua Por el

contrario disolventes con menor caraacutecter polar y orgaacutenico como metanol

poseiacutean las caracteriacutesticas ideales para extraer de manera casi

cuantitativa todo el jaboacuten potaacutesico presente independientemente de la

longitud de la cadena hidrocarbonada

Una vez seleccionado el disolvente de extraccioacuten (metanol) se

optimizaron los paraacutemetros instrumentales asociados a las teacutecnicas de

extraccioacuten Esta optimizacioacuten al igual que para la extraccioacuten con eacuteter de

petroacuteleo se estructuroacute con respecto al tipo de matriz ambiental estudiada

ya que cada matriz podiacutea presentar caracteriacutesticas propias del tipo de

muestra que podiacutean alterar el proceso de extraccioacuten

241 - Soxhlet

Como ya se ha comentado las variables implicadas en proceso de

extraccioacuten Soxhlet son muacuteltiples cantidad de muestras volumen de

disolvente temperatura y tiempo

Por las mismas razones comentadas en el Apartado 221 de este Capiacutetulo

la uacutenica variable a optimizar fue el tiempo de extraccioacuten

El oacuteptimo se calculoacute mediante un ensayo a diferentes tiempos de

extraccioacuten (4 h 6 h 12 h 24 h y 48 h) Para llevar a cabo el ensayo se

seleccionoacute una muestra para cada tipo de matriz (tierra lodo de EDAR y

sedimentos) con bajo contenido en jaboacuten la cual se dopoacute con una cantidad

elevada de mezcla de jaboacuten caacutelcico (50 gmiddotKg-1) A continuacioacuten se le

aplica a la muestra el tratamiento de muestra anteriormente mencionado y

ya optimizado El tiempo oacuteptimo se calculoacute de acuerdo con el maacuteximo

porcentaje de extraccioacuten de jaboacuten con el menor tiempo de extraccioacuten

posible

El ensayo se realizoacute a las tres matrices estudiadas (tierra lodo y

sedimentos)

matriz

Tabla 418- Optimizacioacuten del tiempo de extraccioacuten metanol

4 80 62 68

6 95 89 89

12 90 90 85

24 93 91 91

48 92 87 90

242 - Ultrasonidos

Para un equipo de ultrasonidos las variables susceptibles de ser

optimizadas fueron cantidad de muestra amplitud volumen de disolvente

y tiempo de extraccioacuten

312 Tesis Doctoral

De igual manera que en el Apartado 222 de este capiacutetulo las variables a

optimizar se redujeron a la amplitud y al tiempo de extraccioacuten Para su

optimizacioacuten se planteoacute el mismo disentildeo experimental que para la

continuacioacuten como variable respuesta se utilizoacute el porcentaje de

extraccioacuten de una de jaboacuten caacutelcico (50 gmiddotKg-1) dopada en diferentes

matrices (tierra sedimentos y lodos)

Tierra

sistema

5 8 11 14 17 20 25354555657568

Standardized effect

0 2 4 6 8

BAmplitud

R2 () OacutePTIMO T EXTRACCIOacuteN (min)

OacutePTIMO AMPLITUD ()

89 20 75

Lodos de EDAR

sistema

87 20 75

5 8 11 14 17 20 25354555657568

Standardized effect

0 2 4 6 8

BAmplitud

314 Tesis Doctoral

Sedimentos

sistema

93 20 75

243 - Microondas

Las variables en el proceso de extraccioacuten para el microondas como ya se

ha comentado son muacuteltiples cantidad de muestra volumen de extraccioacuten

temperatura potencia presioacuten y tiempo de extraccioacuten

5 8 11 14 17 20 25354555657568

Standardized effect

0 2 4 6 8

BAmplitud

Siguiendo un razonamiento similar al dado en el Apartado 223 de este

capiacutetulo la uacutenica variable susceptible de ser optimizada es el tiempo de

extraccioacuten

que se estudiaron diferentes tiempos de extraccioacuten (5 10 15 20 y 25 min)

de mezcla de jaboacuten (50 gmiddotKg-1) en diferentes muestras ambientales (tierra

lodos y sedimentos) El valor oacuteptimo se determinoacute en funcioacuten del mayor

porcentaje de extraccioacuten en el menor tiempo posible

A continuacioacuten se muestran los resultados obtenidos para cada tipo de

matriz

5 67 52 66

10 92 88 92

15 88 91 91

20 89 87 89

25 91 89 85

316 Tesis Doctoral

244 - Conclusiones

A la vista de todos los resultados obtenidos se concluyoacute que desde el

punto de vista de la extraccioacuten del jaboacuten potaacutesico no existiacutean diferencias

significativas con respecto al tipo de matriz A continuacioacuten se resumen

las variables oacuteptimas usadas para cada sistema de extraccioacuten

Soxhlet

Tabla 423- Variables optimizadas para la extraccioacuten de jaboacuten

Ultrasonidos

Amplitud () 75

Microondas(MAE)

Potencia (W) 1600

245 - Estudio de la etapa de centrigufacioacuten

En este apartado se estudioacute la aplicacioacuten de una etapa de centrifugacioacuten

posterior a la extraccioacuten

Para el caso del microondas y el Soxhlet no fue necesario el uso de un

proceso de centrifugacioacuten ya que el extracto obtenido despueacutes de cada

extraccioacuten no presentaba partiacuteculas que pudieran impedir su correcta

derivacioacuten y posterior anaacutelisis En cambio para el caso de los

ultrasonidos despueacutes de la etapa de extraccioacuten del jaboacuten potaacutesico

generado presentaba una mezcla homogeacutenea entre la disolucioacuten y la

matriz dopada por lo que fue requerida una etapa de centrifugacioacuten Sin

embargo en el proceso de extraccioacuten con eacuteter de petroacuteleo no se daba este

hecho ya que se observaba la perfecta separacioacuten entre fases

318 Tesis Doctoral

Para optimizar el proceso de centrifugacioacuten se realizoacute un ensayo a

diferentes tiempos y revoluciones por minuto en una centriacutefuga Se

ensayaron tres diferentes tiempos (5 10 y 15 min) a dos diferentes

potencias (2000 rpm y 4000 rpm) El ensayo que mostroacute una mejor

separacioacuten entre el soacutelido y el liacutequido a un tiempo y potencia menor fue

10 minutos y 4000 rpm siendo por tanto los valores usados para los

anaacutelisis posteriores

246 - Resumen del tratamiento de muestra para la determinacioacuten

de jaboacuten en matrices ambientales

En este apartado se muestran las etapas del tratamiento de muestra para

cada teacutecnica de extraccioacuten estudiada (Soxhlet ultrasonidos y microondas)

Teniendo en cuenta que no se encontraron diferencias significativas entre

el tipo de matriz (tierra lodos y sedimentos) el protocolo que se presenta

a continuacioacuten para cada teacutecnica fue aplicado a todas las matrices de

manera general

Soxhlet

Tabla 426- Variables optimizadas para el tratamiento de muestra

Extraccioacuten con eacuteter de petroacuteleo

Tiempo (h) 12

Reaccioacuten de conversioacuten

Tiempo (h) 4

Cantidad de K2CO3 (mg) 25

Extraccioacuten con metanol

320 Tesis Doctoral

Ultrasonidos

Amplitud () 75

Tiempo (min) 20

Tiempo (h) 4

Amplitud () 75

Microondas

Potencia (W) 1600

Tiempo (h) 4

Potencia (W) 1600

322 Tesis Doctoral

DETERMINACIOacuteN DE LAS

De acuerdo con la bibliografiacutea estudiada (Capiacutetulo 1 apartado 251)

existen multitud de metodologiacuteas para la determinacioacuten del LAS en

matrices ambientales Se han desarrollado metodologiacuteas tanto para

Soxhlet como ultrasonidos pasando las maacutes recientes por el uso del

microondas o de liacutequidos presurizados

La razones que explican esta amplia variedad de metodologiacuteas son

fundamentalmente dos a) La relevante importancia a nivel industrial del

LAS b) Su faacutecil determinacioacuten analiacutetica (posee fluorescencia nativa)

Basaacutendonos en todo estos antecedentes previos en la presente Memoria

de Tesis se propone un estudio comparativo de diferentes teacutecnicas de

extraccioacuten (Soxhlet microondas y ultrasonidos) aplicado a varias

matrices ambientales (lodos de EDAR tierra y sedimentos) Teniendo en

cuenta la bibliografiacutea no existe un estudio conjunto previo para estas

teacutecnicas de extraccioacuten y esta variedad de matrices

extraccioacuten

La determinacioacuten del LAS presentaba la ventaja con respecto al jaboacuten de

la ausencia de un tratamiento de extraccioacuten previo de la matriz para la

eliminacioacuten de interferentes

El primer objetivo fue la seleccioacuten del disolvente para llevar a cabo la

extraccioacuten Teniendo en cuenta los trabajos previos se ensayaron cinco

disolventes de extraccioacuten acetato de etilo acetona agua eacuteter de petroacuteleo

y metanol

Para comprobar queacute disolvente presentaba mayor capacidad de extraccioacuten

se llevoacute a cabo el siguiente procedimiento dopar a una cantidad de lodo

de EDAR con concentracioacuten despreciable de LAS con cantidades

elevadas de mezcla de LAS comercial (25 gmiddotKg-1) Estas cantidades se

seleccionaron de acuerdo con el maacuteximo de concentracioacuten esperado en

cualquier muestra ambiental Los lodos debido a su naturaleza y

composicioacuten son las matrices que presentan una mayor problemaacutetica a la

hora de la extraccioacuten por lo que los resultados de extraccioacuten obtenidos

son maacutes representativos A continuacioacuten de acuerdo con la bibliografiacutea

existente se extrajo (extraccioacuten soacutelido-liacutequido) el LAS presente en la

muestra durante 24 horas en un Soxhlet usando como disolventes los

anteriormente mencionados Finalmente se analizoacute el extracto liacutequido

con objeto de cuantificar en tanto por ciento cuanto se habiacutea extraiacutedo de

LAS El meacutetodo de anaacutelisis usado es el mismo que en el capiacutetulo anterior

(Capiacutetulo 3 apartado 34)

324 Tesis Doctoral

Cabe resaltar que la naturaleza del LAS extraiacutedo proveniacutea de varias

fuentes LAS precipitado en forma del sal caacutelcica o magneacutesica y LAS

soacutedico adsorbido en la matriz Ambas variedades podiacutean ser analizadas de

manera adecuada por la metodologiacutea analiacutetica propuesta

Tabla 429- Porcentaje de extraccioacuten del LAS

Agua 70

Acetona 45

Acetato de etilo 57

Metanol 98

Se observoacute que soacutelo el metanol era capaz de extraer los analitos de manera

casi cuantitativa Este hecho se explicoacute debido a la alta solubilidad

presentada por las sales del LAS fundamentalmente caacutelcicas y soacutedicas en

medio polares orgaacutenicos Sin embargo la sal caacutelcica del LAS no era tan

soluble en otros medios polares como el agua sobre todo los homoacutelogos

de mayor cadena OslashC12 y OslashC13 Teniendo en cuenta los resultados se

seleccionoacute el metanol como disolvente de extraccioacuten

paraacutemetros instrumentales asociados a las teacutecnicas de extraccioacuten

321 - Soxhlet

Como ya se ha comentado las variables implicadas en el proceso de

disolvente usado para la reaccioacuten temperatura y tiempo de extraccioacuten

Por las mismas razones comentadas en el Apartado 221 de este capiacutetulo

sedimentos) con bajo contenido en LAS la cual se dopoacute con una cantidad

elevada de mezcla de LAS soacutedico comercial (25 gmiddotKg-1) El tiempo oacuteptimo

se calculoacute de acuerdo con el maacuteximo porcentaje de extraccioacuten de LAS al

menor tiempo de extraccioacuten posible

El ensayo se realizoacute a las tres matrices estudiadas (tierra lodo de EDAR y

sedimentos)

matriz

326 Tesis Doctoral

Tabla 430- Optimizacioacuten del tiempo de extraccioacuten

4 66 52 59

6 86 79 79

12 93 95 95

24 95 91 98

48 92 97 90

322 - Ultrasonidos

La optimizacioacuten de la extraccioacuten con ultrasonidos se basoacute en una

metodologiacutea de reciente publicacioacuten2 Debido a la similitud en el sistema

de extraccioacuten usado y en el tipo de matriz se adoptaron las variables

usadas por la metodologiacutea de partida

Para comprobar la idoneidad de las variables optimizadas y su aplicacioacuten

a la variedad de muestras estudiadas se realizoacute un test de verificacioacuten

Para ello se dopoacute con una cantidad elevada de LAS comercial (5 gmiddotKg-1) a

cada una de las matrices estudiadas (tierra lodos de EDAR y sedimentos)

Seguidamente se aplicoacute la metodologiacutea propuesta en bibliografiacutea Cabe

destacar la necesidad de una etapa de centrifugacioacuten debido a que no

habiacutea una separacioacuten de fases Dependiendo del porcentaje de

recuperacioacuten de LAS obtenido se podiacutea concluir la idoneidad del

tratamiento propuesto

Tabla 431- Condiciones de extraccioacuten del LAS

VARIABLES DE EXTRACCIOacuteN

Nuacutemero de extracciones 1

Volumen de metanol (mL) 100

Tiempo (min) 10

Amplitud () 75

Tiempo de centrifugacioacuten (min)

Potencia (rpm) 4000

A la vista de los resultados obtenidos (Tabla 432) se concluyoacute que el

meacutetodo propuesto se ajustaba de manera adecuada a los diferentes tipos de

matrices estudiados

Tabla 432- Porcentajes de extraccioacuten LAS

MATRIZ PORCENTAJE DE EXTRACCIOacuteN ()

Tierra 97

Lodos EDAR 86

Sedimentos 94

323 - Microondas

extraccioacuten

328 Tesis Doctoral

de una mezcla de LAS comercial (25 gmiddotKg-1) en diferentes muestras

matriz

5 61 47 56

10 82 63 72

15 91 91 95

20 89 88 92

25 95 89 87

324 - Conclusiones

de vista de la extraccioacuten del LAS que no existiacutean diferencias significativas

en el tipo de matriz A continuacioacuten se resumen las variables optimas

usadas para cada sistema de extraccioacuten

Soxhlet

Tabla 434- Variables optimizadas para la extraccioacuten del LAS

Ultrasonidos

Amplitud () 75

Tiempo de centrifugacioacuten (min) 10

Potencia (rpm) 4000

330 Tesis Doctoral

Microondas(MAE)

Potencia (W) 1600

33 - Estudio del proceso de extraccioacuten en fase soacutelida

La extraccioacuten en fase soacutelida (SPE) ha sido utilizada ampliamente para la

determinacioacuten del LAS en matrices ambientales (Capiacutetulo 3 apartado

34) principalmente por dos motivos preconcentrar las muestras y

eliminar interferentes

Sin embargo artiacuteculos maacutes recientes34 proponen metodologiacuteas sin el uso

de ninguna etapa de extraccioacuten en fase soacutelida ya que la SPE presenta

varias desventajas aumenta el tiempo y coste del anaacutelisis y aumenta la

incertidumbre del resultado final debido a que se establece una nueva

etapa con una incertidumbre asociada a la misma

3 Villar M Callejoacuten M Jimeacutenez JC Alonso E Guiraacuteum A Optimizacioacuten and validation of new method for anaacutelisis of linear alkylbenzene sulfonates in sewage sludge by liquid chromatography alter microwave-assisted extraction Analytica Chimica Acta 59992-97 2007

Para evaluar en nuestro caso la necesidad de antildeadir una etapa de SPE

despueacutes de llevar a cabo la extraccioacuten se recurrioacute al siguiente estudio

se seleccionoacute el sedimento como matriz objeto de estudio ya que era la

matriz que poseiacutea mayor cantidad de interferentes para el caso del LAS

por lo tanto su resultado en caso de desecharse la utilizacioacuten de cartuchos

de SPE seriacutea extrapolable al resto de matrices

A continuacioacuten la muestra dopada fue sometida a un proceso de

extraccioacuten con microondas Despueacutes se recogioacute una aliacutecuota de 10 mL y

se le aplicoacute el proceso de extraccioacuten en fase soacutelida descrito en

bibliografiacutea2 Del mismo modo se separoacute otra aliacutecuota de 10 mL la cual

de acuerdo con lo descrito en el Capiacutetulo 3 de la presente Memoria fue

evaporada hasta sequedad y posteriormente disuelta en un volumen de 1

mL de mezcla aguametanol (6040 vv) Para finalizar ambos extractos

fueron inyectados en el cromatoacutegrafo Por comparacioacuten del perfil

cromatograacutefico obtenido en ambos casos se podiacutea concluir la necesidad o

no de establecer una etapa de extraccioacuten en fase soacutelida

A la vista de los cromatogramas obtenidos que se muestran a

continuacioacuten se desechoacute la posibilidad de antildeadir una etapa de extraccioacuten

en fase soacutelida ya que ambos cromatogramas mostraban un perfil muy

parecido

332 Tesis Doctoral

Figura 414- Cromatograma obtenido despueacutes de A) sin aplicar SPE y B)

aplicando SPE

OslashC10

OslashC11

OslashC12 OslashC13 B)

min 5 10 15 20

OslashC10

OslashC11 LU

OslashC12 OslashC13

CAPIacuteTULO 5

PARAacuteMETROS ANALIacuteTICOS Y VALIDACIOacuteN

Paraacutemetros analiacuteticos y validacioacuten 335

En el presente capiacutetulo se presenta el establecimiento de la metodologiacutea

para la cuantificacioacuten de los analitos objetos de estudio (LAS y jaboacuten) en

diferentes matrices (tierras lodos de EDAR y sedimentos) y con

diferentes teacutecnicas de extraccioacuten (Soxhlet ultrasonidos y microondas)

En el segundo apartado justo despueacutes de la introduccioacuten se desarrolla la

metodologiacutea de cuantificacioacuten para el caso del jaboacuten El apartado

comienza exponiendo de manera breve la problemaacutetica asociada al

establecimiento de un meacutetodo de cuantificacioacuten en muestras que

contienen estos analitos presentando a continuacioacuten los resultados

obtenidos mediante el desarrollo de una metodologiacutea alternativa para

verificar el efecto matriz Cabe destacar que este proceso se llevoacute a cabo

para cada matriz ambiental y para cada teacutecnica de extraccioacuten A

continuacioacuten se presentan los resultados del caacutelculo de los paraacutemetros

analiacuteticos caracteriacutesticos una vez comprobada la idoneidad del proceso

descrito anteriormente

336 Tesis Doctoral

Del mismo modo en el tercer apartado se detalla el proceso seguido para

el caso del LAS el cual se estructura de manera similar al del jaboacuten

empezando por una pequentildea descripcioacuten razonada de la metodologiacutea a

seguir y terminando con una presentacioacuten de los paraacutemetros analiacuteticos

En el uacuteltimo apartado se realiza un estudio estadiacutestico comparativo de las

diferentes teacutecnicas de extraccioacuten usadas Para ello se analizaron una

amplia variedad de muestras A la vista de los resultados obtenidos se

seleccionoacute una teacutecnica de extraccioacuten la cual fue usada para realizar los

experimentos y estudios posteriores

2- METODOLOGIacuteA DE CUANTIFICACIOacuteN CAacuteLCULO DE

LOS PARAacuteMETROS ANALIacuteTICOS EN LA DETERMINA-

CIOacuteN DE JABOacuteN

21 - Justificacioacuten y propuesta de la metodologiacutea de cuantificacioacuten

El establecimiento de la metodologiacutea analiacutetica para la cuantificacioacuten de

los analitos seleccionados en una muestra consta de varias partes

bull Obtencioacuten de la funcioacuten de calibracioacuten estaacutendar de los analitos

seleccionados

bull Obtencioacuten de la funcioacuten de calibracioacuten en muestra de los analitos

seleccionados La muestra seleccionada debe ser representativa y

que no contenga los analitos objetos de estudio

bull Comparar la pendiente y la ordenada en el origen de ambas

funciones de calibracioacuten

En el caso de que en el estudio estadiacutestico se concluya que no hay

diferencia significativa entre la pendiente y la ordenada en el origen se

puede establecer que no existe efecto matriz en la muestra estudiada y por

tanto se puede usar la funcioacuten de calibracioacuten estaacutendar para la

cuantificacioacuten de los analitos seleccionados en dicha muestra Este hecho

ocurririacutea cuando la matriz no influye ni el proceso de extraccioacuten

(recuperacioacuten del orden del 100) ni en el proceso de medida

En el caso de que si existiera diferencia significativa habriacutea que evaluar si

hay efecto matriz en el proceso de medida de la sentildeal analiacutetica Si no hay

diferencia significativa entre la pendiente y la ordenada en el origen de la

funcioacuten de calibracioacuten estaacutendar y una funcioacuten de calibracioacuten obtenida al

dopar con concentraciones creciente de patroacuten extractos de la muestra

previamente tratada entonces la matriz solamente influiriacutea en el proceso

de extraccioacuten Haciendo el cociente entre la pendiente de la funcioacuten de

calibracioacuten en muestra y la pendiente de la funcioacuten de calibracioacuten de

adicioacuten de patroacuten se obtendriacutea el valor de la recuperacioacuten Si hay efecto

matriz independientemente del proceso que se vea afectado es necesario

utilizar la funcioacuten de calibracioacuten en muestra para cuantificar los analitos

seleccionados

En el caso del jaboacuten el proceso general para el establecimiento de la

metodologiacutea de cuantificacioacuten anteriormente descrito no se puede aplicar

de manera satisfactoria debido a que cualquier matriz representativa

contiene cantidades elevadas de jaboacuten caacutelcico Para solucionar el

problema se estudiaron varias posibilidades

En primer lugar se planteoacute la idea de dopar con cantidades elevadas de

jaboacuten (50 gmiddotKg-1) como ya se ha descrito en capiacutetulos anteriores para

hacer los estudios de los tratamientos de muestra Sin embargo este

338 Tesis Doctoral

proceso se descartoacute debido a que se obtendriacutean paraacutemetros analiacuteticos muy

elevados liacutemites de deteccioacuten y cuantificacioacuten del orden de gmiddotKg-1 lo que

limitariacutea el uso de la metodologiacutea propuesta a soacutelo muestras con alto

contenido en jaboacuten caacutelcico

A continuacioacuten se estudioacute ldquolimpiarrdquo la matriz mediante una extraccioacuten

previa de los analitos que contuviera la muestra Tras este tratamiento se

podriacutea establecer una metodologiacutea de cuantificacioacuten como la

anteriormente expuesta Sin embargo llevar a cabo un proceso de

extraccioacuten previo alterariacutea las propiedades fiacutesicas y quiacutemicas de la matriz

con lo que los resultados obtenidos podriacutean ser cuestionables sobre todo

si tenemos en cuenta que el jaboacuten como cualquier tensioactivo de tipo

anioacutenico tiene tendencia a adsorberse en la matriz Por lo tanto tambieacuten

se desechoacute esta posibilidad

Por uacuteltimo se planteoacute utilizar sales caacutelcicas de aacutecido grasos que no estaacuten

presentes ni en el jaboacuten ni en las muestras a estudiar con el fin de evaluar

el posible efecto matriz Los resultados obtenidos para estas sustancias se

podriacutean extrapolar debido a su similitud al comportamiento general del

jaboacuten estudiado

Las sales caacutelcicas de los aacutecidos grasos C13 y C17 eran compuestos que

cumpliacutean las premisas anteriormente expuestas ya que son sustancias con

propiedades fiacutesica y quiacutemicas parecidas al jaboacuten analizado (C8-C18) y

ademaacutes a priori ninguno de estos compuestos deberiacutea estar presentes en

las matrices objeto de estudio Ademaacutes presentaban la ventaja de haber

sido utilizados en la puesta a punto de las condiciones cromatograacuteficas

(Capiacutetulo 3) por lo que no era necesario el desarrollo de una nueva

metodologiacutea para su determinacioacuten

Cabe resaltar que hasta el momento y seguacuten la bibliografiacutea consultada

no se habiacutea aplicado esta metodologiacutea a ninguno de los analitos objetos de

estudio

Se optoacute por usar los dos patrones para el estudio debido a que el

comportamiento ambiental del C13-Ca se podiacutea asemejar al rango C8-C14

del jaboacuten analizado Del mismo modo el patroacuten C17-Ca presentaba unas

propiedades fiacutesicas y quiacutemicas parecidas al rango C16-C18 del jaboacuten

estudiado

Por lo tanto teniendo en cuenta la problemaacutetica planteada y las posibles

soluciones estudiadas el establecimiento de la metodologiacutea de

cuantificacioacuten consistioacute en dopar una muestra correspondiente a cada una

de las matrices objeto de estudio con cantidades crecientes de ambos

patrones (C13-Ca y C17-Ca) para obtener la funcioacuten de calibracioacuten en

muestra La pendiente y la ordenada en el origen de la funcioacuten de

calibracioacuten generada fueron comparadas con la funcioacuten de calibracioacuten

estaacutendar para estos mismos patrones Mediante este estudio se pudo

evaluar el efecto matriz para cada tipo de muestra

En los apartados que vienen a continuacioacuten se detalla el proceso seguido

para el establecimiento de la metodologiacutea de cuantificacioacuten

340 Tesis Doctoral

22 - Evaluacioacuten del efecto matriz y de la recuperacioacuten

Para estimar tanto el efecto matriz como la recuperacioacuten se preparoacute una

funcioacuten de calibracioacuten estaacutendar siguiendo el protocolo que se describe a

continuacioacuten

bull Se preparoacute una disolucioacuten estaacutendar de 50 mgmiddotL-1 para C13-Ca y

C17-Ca en isopropanol

bull Se antildeadieron voluacutemenes crecientes (005 mL 025 mL 100 mL

250 mL 500 mL 1000 mL) de la disolucioacuten estaacutendar en los

recipientes de extraccioacuten (tubos de tefloacuten para el microondas

tubos de vidrio para Soxhlet y vasos de metal para el ultrasonidos)

bull Se evaporoacute el isopropanol a 105 ordmC durante 30 minutos

bull Y se aplicoacute el tratamiento de muestra previamente optimizado

(extraccioacuten con eacuteter de petroacuteleo reaccioacuten de conversioacuten y

extraccioacuten con metanol) y la reaccioacuten de derivacioacuten para

fluorescencia

La funcioacuten de calibracioacuten en muestra se obtuvo aplicando el protocolo el

protocolo que se describe a continuacioacuten

bull Se antildeadieron 5 gramos de muestra en cada recipiente de

extraccioacuten

fluorescencia

De una forma parecida a la funcioacuten de calibracioacuten en muestra se obtuvo

la funcioacuten de calibracioacuten de adicioacuten de patroacuten con la peculiaridad de que

no se antildeadiacutea los voluacutemenes crecientes de los patrones antes de las

extracciones sino despueacutes de las mismas en forma de sal potaacutesica justo

antes de la reaccioacuten de derivacioacuten

Siguiendo el protocolo anteriormente expuesto se obtuvieron 6 niveles de

concentracioacuten (05 mgmiddotKg-1 25 mgmiddotKg-1 10 mgmiddotKg-1 25 mgmiddotKg-1 50

mgmiddotKg-1 100 mgmiddotKg-1) con tres reacuteplicas por cada nivel para un total de 18

puntos

Para evaluar el efecto matriz se compararon las pendientes y las

ordenadas en el origen obtenidas en la funcioacuten de calibracioacuten en muestra y

en la funcioacuten de calibracioacuten estaacutendar

En el caso de que existiera efecto matriz mediante la comparacioacuten

estadiacutestica (F-Snedecor y t-Student) de las pendientes y las ordenadas en

el origen de la funcioacuten de calibracioacuten estaacutendar y la funcioacuten de calibracioacuten

de adicioacuten de patroacuten se estimariacutea el origen del posible efecto matriz

Por otro lado comparando las pendientes de la funcioacuten de calibracioacuten en

muestra y de la funcioacuten de calibracioacuten de adicioacuten de patroacuten se evaluoacute la

342 Tesis Doctoral

recuperacioacuten teniendo en cuenta que los valores obtenidos en la funcioacuten

de calibracioacuten de adicioacuten de patroacuten equivaliacutean al 100 de recuperacioacuten

Este protocolo se aplicoacute a las diferentes teacutecnicas de extraccioacuten utilizadas

(Soxhlet ultrasonidos y microondas) en las diferentes matrices estudiadas

(tierra lodos de EDAR y sedimentos)

A continuacioacuten se presentan los resultados obtenidos agrupados por

teacutecnicas de extraccioacuten en primer lugar y por tipo de matriz en segundo

221 - Soxhlet

Tierra

En la siguiente tabla siguiente se muestran los paraacutemetros estadiacutesticos

asociados a cada tipo de calibrado

Tabla 51- Paraacutemetros estadiacutesticos C13-Ca y C17-Ca

ESTAacuteNDAR ADICIOacuteN DE PATROacuteN EN MUESTRA

C13-Ca C17-Ca C13-Ca C17-Ca C13-Ca C17-Ca

a 412 120 559 255 201 112

sa 91 56 158 58 87 47

b (Kgmiddotmg-1) 949 399 941 395 892 372

sb 25 21 23 18 23 16

R2 () 999 999 999 999 998 998

Syx 103 41 392 192 180 155

A la vista de los resultados obtenidos existe diferencia significativa entre

las pendientes de la funcioacuten de calibracioacuten estaacutendar y la funcioacuten de

calibracioacuten en muestra por lo que existe efecto matriz

Con motivo de evaluar el origen del efecto matriz en la Tabla 52 se

presentan los valores tabulados y calculados de la F-Snedecor y la t-

Student Dependiendo del si el valor de F calculado era mayor o menor al

tabulado se utilizoacute una ecuacioacuten u otra para determinar el valor de t

calculado

Tabla 52- Tratamiento estadiacutestico

PARAacuteMETROS ESTADIacuteSTICOS

C13-Ca C17-Ca

Fcal1 145 219

tcal b2 02 01

tcal a2 08 17

1 F tabulado (gl 17 16 P = 095) 234 2 t tabulado (gl 17 P = 095) = 212

Como se puede observar los valores de t calculados para ambos patrones

son menores que el valor de t tabulado por lo que las pendientes y las

ordenadas en el origen son estadiacutesticamente similares Por tanto se

concluye que no hay efecto matriz en el proceso de medida La matriz

solamente influye en el proceso de extraccioacuten

Por otra parte en la siguiente tabla se estima la recuperacioacuten del proceso

de extraccioacuten

344 Tesis Doctoral

Tabla 53- Recuperacioacuten

PARAacuteMETROS

C13-Ca C17-Ca

b2 892 372

b3 941 395

R () 95 94

Lodos de EDAR

a 412 120 576 232 443 272

sa 91 56 185 52 113 107

b (Kgmiddotmg-1) 949 399 935 387 882 362

sb 25 21 20 28 29 25

R2 () 999 999 999 998 997 995

Syx 103 41 492 292 280 415

Student

C13-Ca C17-Ca

Fcal1 228 507

tcal b2 04 03

tcal a2 07 15

Los valores de t calculado para ambos patrones son menores que los

valores de t tabulado por lo que las pendientes y ordenadas en el origen

son estadiacutesticamente similares Por tanto se concluye que no hay efecto

matriz en el proceso de medida La matriz solamente influye en el proceso

de extraccioacuten

Por otra parte en la siguiente tabla se estima la recuperacioacuten

PARAacuteMETROS

C13-Ca C17-Ca

b2 882 362

b3 935 387

R () 94 93

346 Tesis Doctoral

Sedimentos

a 412 120 456 205 346 172

sa 91 56 145 48 93 37

b (Kgmiddotmg-1) 949 399 941 395 906 369

sb 25 21 22 26 23 18

R2 () 999 999 999 999 999 999

Syx 103 41 456 252 484 97

Student

C13-Ca C17-Ca

Fcal1 196 378

tcal b2 02 01

tcal a2 02 12

de extraccioacuten

PARAacuteMETROS

C13-Ca C17-Ca

b2 906 369

b3 941 395

R () 96 93

Para finalizar se estudioacute si el efecto matriz era el mismo para las tres

matrices estudiadas Para ello se compararon estadiacutesticamente la

pendiente y la ordenada en el origen de las tres funciones de calibracioacuten

en muestra (lodo de EDAR tierra y sedimentos)

348 Tesis Doctoral

Tabla 510- Tratamiento estadiacutestico entre tipo de muestras

TIERRA vs LODO

TIERRA vs SEDIMENTOS

LODO vs SEDIMENTOS

Fcal1 24 71 72 26 30 72

tcal b2 03 03 04 01 06 02

tcal a2 17 14 11 10 07 09

A la vista de los resultados obtenidos valores de t calculados menores que

los valores de t tabulados en todos los casos se pudo concluir que el

efecto matriz en todas las matrices era el mismo

222 - Ultrasonidos

Tierra

a 671 275 353 143 446 172

sa 141 84 121 51 77 37

b (Kgmiddotmg-1) 921 385 915 381 872 359

sb 45 49 38 26 19 26

R2 () 998 997 998 997 996 994

Syx 803 298 413 152 54 70

C13-Ca C17-Ca

Fcal1 38 38

tcal b2 01 01

tcal a2 17 13

350 Tesis Doctoral

de extraccioacuten

PARAacuteMETROS

C13-Ca C17-Ca

b2 872 359

b3 915 381

R () 95 94

Lodos de EDAR

a 671 275 253 175 336 121

sa 141 84 156 64 87 41

b (Kgmiddotmg-1) 921 385 905 378 847 357

sb 45 49 21 37 21 33

R2 () 998 997 999 997 995 994

Syx 803 298 215 478 115 92

C13-Ca C17-Ca

Fcal1 139 26

tcal b2 03 01

tcal a2 20 09

de extraccioacuten

PARAacuteMETROS

C13-Ca C17-Ca

b2 847 357

b3 905 378

R () 94 94

352 Tesis Doctoral

Sedimentos

a 671 275 453 311 557 254

sa 141 84 121 31 77 61

b (Kgmiddotmg-1) 921 385 919 384 861 362

sb 45 49 31 41 33 31

R2 () 998 997 998 999 996 994

Syx 803 298 317 141 179 101

C13-Ca C17-Ca

Fcal1 64 45

tcal b2 01 01

tcal a2 12 04

de extraccioacuten

PARAacuteMETROS

C13-Ca C17-Ca

b2 861 362

b3 919 384

R () 94 94

TIERRA vs LODO

LODO vs SEDIMENTOS

Fcal1 54 34 110 117 24 35

tcal b2 09 01 03 01 04 01

tcal a2 09 09 10 11 19 18

354 Tesis Doctoral

A la vista de los resultados obtenidos los valores de t calculados son

menores que los valores de t tabulados en todos los casos se pudo

concluir que el efecto matriz en todas las matrices era el mismo

223 - Microondas

Tierra

a 471 115 610 113 331 95

sa 81 51 117 36 78 11

b (Kgmiddotmg-1) 938 392 931 387 895 363

sb 31 25 22 20 13 21

R2 () 999 999 999 999 998 998

Syx 303 107 183 215 114 45

C13-Ca C17-Ca

Fcal1 27 40

tcal b2 02 02

tcal a2 10 01

de extraccioacuten

PARAacuteMETROS

C13-Ca C17-Ca

b2 895 363

b3 931 387

R () 96 94

356 Tesis Doctoral

Lodos de EDAR

a 471 115 510 217 336 105

sa 81 51 175 39 121 21

b (Kgmiddotmg-1) 938 392 925 383 881 351

sb 31 25 28 24 17 21

R2 () 999 999 997 997 996 996

Syx 303 107 156 271 254 191

C13-Ca C17-Ca

Fcal1 38 64

tcal b2 03 03

tcal a2 02 16

de extraccioacuten

PARAacuteMETROS

C13-Ca C17-Ca

b2 881 351

b3 925 383

R () 95 92

Sedimentos

358 Tesis Doctoral

a 471 115 413 207 301 91

sa 81 51 154 21 125 19

b (Kgmiddotmg-1) 938 392 931 389 894 359

sb 31 25 24 21 19 25

R2 () 999 999 999 999 998 997

Syx 303 107 91 190 51 88

C13-Ca C17-Ca

Fcal1 111 32

tcal b2 02 09

tcal a2 03 17

de extraccioacuten

PARAacuteMETROS

C13-Ca C17-Ca

b2 894 359

b3 931 389

R () 96 92

TIERRA vs LODO

LODO vs SEDIMENTOS

Fcal1 50 180 50 47 248 38

tcal b2 07 04 01 01 05 02

tcal a2 01 04 02 02 02 05

360 Tesis Doctoral

224 - Comparacioacuten de los paraacutemetros estadiacutesticos entre teacutecnicas de

extraccioacuten

En el apartado anterior se comproboacute que no existiacutea diferencia

significativa en el tipo de matriz usado para cada teacutecnica de extraccioacuten ya

que todas presentaban pendientes y ordenadas en el origen

estadiacutesticamente similares De la misma manera en este apartado se

estudioacute el nivel de significancia entre las diferentes teacutecnicas de extraccioacuten

Teniendo en cuenta que todas las matrices eran estadiacutesticamente similares

se seleccionoacute la funcioacuten de calibracioacuten en muestra y como matriz la tierra

para el estudio comparativo de las tres teacutecnicas de extraccioacuten por ser el

maacutes sencillo desde un punto de vista operacional En la Tabla 531 se

muestran los paraacutemetros del calibrado en muestra de tierra para cada

teacutecnica de extraccioacuten

Tabla 531- Paraacutemetros estadiacutesticos C13-Ca y C17-Ca de la funcioacuten de calibracioacuten en muestra

SOXHLET ULTRASONIDOS MICROONDAS

a 201 112 446 172 331 95

sa 87 47 77 37 78 11

b (Kgmiddotmg-1) 892 372 872 359 895 363

sb 23 16 19 26 13 21

Syx 180 115 54 70 114 45

En la tabla que viene a continuacioacuten se muestran los resultados obtenidos

del tratamiento estadiacutestico de las pendientes y las ordenadas en el origen

mostradas en la tabla anterior

SOX VS ULTRA SOX VS MAE MAE VS ULTRA

Fcal1 111 27 25 65 45 24

tcal b2 07 04 01 03 10 01

tcal a2 20 10 11 03 10 20

A la vista de los resultados se llegoacute a la conclusioacuten de que las pendientes

y las ordenadas en el origen eran estadiacutesticamente similares ya que los

valores de t calculados eran menores que el valor de t tabulados Por lo

tanto la funcioacuten de calibracioacuten en muestra obtenida para una teacutecnica de

extraccioacuten en concreto era aplicable al resto de las teacutecnicas estudiadas

362 Tesis Doctoral

225 - Conclusiones

A la vista de los resultados obtenidos se pudieron establecer las siguientes

conclusiones

1) Existiacutea efecto matriz Por lo tanto era de esperar que

tambieacuten hubiera efecto matriz para los analitos objetos de

estudio (jaboacuten caacutelcico C8-C18)

2) De acuerdo a los resultados estadiacutesticos el efecto matriz era

consecuencia directa del proceso de extraccioacuten

3) Las recuperaciones en todos los estudios fueron altas entre

el 92 y el 96

4) No existiacutean diferencias significativas entre las pendientes y

ordenadas en el origen obtenidas para cada una de las

matrices y teacutecnicas de extraccioacuten estudiadas por lo que una

funcioacuten de calibracioacuten en muestra de una matriz y teacutecnica

de extraccioacuten en concreto se podiacutea aplicar al resto de

matrices y teacutecnicas de extraccioacuten empleadas

5) Por tanto se pudo concluir que para calcular los paraacutemetros

analiacuteticos de las metodologiacuteas propuestas se podiacutean

determinar mediante una sola funcioacuten de calibracioacuten la cual

podiacutea ser usada independientemente del tipo de matriz o del

tipo de tratamiento de muestra usado

23 - Caacutelculo de los paraacutemetros analiacuteticos

Teniendo en cuenta las conclusiones mostradas en el apartado anterior

para el caacutelculo de los paraacutemetros analiacuteticos se utilizoacute una funcioacuten de

calibracioacuten en muestra de tierra a la cual se le aplicoacute la metodologiacutea

descrita para microondas debido que era maacutes sencillo desde un punto de

vista operacional Esta funcioacuten de calibracioacuten se realizoacute para cada analito

objeto de estudio (C8-C18)

La funcioacuten de calibracioacuten consistioacute en antildeadir en varios vasos de

extraccioacuten cantidades crecientes de disolucioacuten mezcla de jaboacuten caacutelcico

hasta obtener despueacutes del tratamiento de muestra y derivacioacuten un rango

de concentraciones iniciales teniendo en cuenta que se van a antildeadir 5 g de

muestra de entre 1 y 150 mgmiddotKg-1 para el caso de la fluorescencia y de 1 a

50 mgmiddotKg-1 para absorbancia Por lo tanto se obtendraacuten dos funciones de

calibracioacuten una para la deteccioacuten por fluorescencia y otra para la

deteccioacuten por absorcioacuten ultravioleta Los procedimientos de tratamiento

de muestra y derivacioacuten han sido objeto de estudio en los Capiacutetulos 3 y 4

de la presente Memoria de Tesis

Se ensayaron seis niveles de concentracioacuten 1 5 20 50 100 y 150

mgmiddotKg-1 para el caso de la fluorescencia y 1 25 5 125 25 50 mgmiddotKg-1

para el caso de la absorbancia Cada nivel constoacute de tres reacuteplicas

experimentales y por cada reacuteplica experimental tres instrumentales para

obtener un total de nueve puntos por nivel de concentracioacuten Para la

obtencioacuten de la funcioacuten de calibracioacuten se empleoacute como variable

dependiente la relacioacuten de aacutereas entre cada patroacuten y el aacuterea del patroacuten

interno seleccionado y que fue la sal potaacutesica del aacutecido graso C13 El

patroacuten interno fue antildeadido despueacutes de la extraccioacuten

364 Tesis Doctoral

En las siguientes tablas se muestran los paraacutemetros analiacuteticos obtenidos

Tabla 533- Funcioacuten de calibracioacuten en LC-FLD Paraacutemetros analiacuteticos

Jaboacuten b (Kgmiddotmg-1) Sb a Sa R2() Syx Plof ()

C8 131 233 010 112 9987 278 345

C10 182 278 033 189 9991 432 458

C12 178 356 043 044 9993 336 674

C14 109 154 004 243 9988 378 397

C16 122 234 043 467 9995 367 868

C181 041 567 013 589 9996 076 574

C18 129 286 021 134 9985 324 237

Tabla 534- Funcioacuten de calibracioacuten en LC-DAD Paraacutemetros analiacuteticos

C8 0023 138 0024 237 9977 0056 445

C10 0019 167 0034 276 9981 0045 333

C12 0021 267 0049 167 9985 0067 459

C14 0014 218 0027 476 9998 0028 592

C16 0012 254 0037 328 9992 0028 713

C181 0006 134 0025 198 9984 0003 811

C18 0012 167 0022 156 9993 0043 515

Con respecto a los analitos estudiados durante la separacioacuten

cromatograacutefica no se incluyoacute compuesto C182-Ca debido a que

presentaba un comportamiento anoacutemalo durante la derivacioacuten y posterior

cuantificacioacuten ya que el compuesto se degradaba con facilidad y no

presentaba una buena linealidad

231 - Verificacioacuten del modelo

Para la verificacioacuten del modelo se realizaron los siguientes estudios

1) Evaluacioacuten del fallo de ajuste (PLof) para determinar la tendencia

lineal de los datos Como se observa en la Tabla 533 y en la

Tabla 534 en todos los casos el valor P fue mayor del 5 por

tanto se concluyoacute que no existe curvatura es decir los datos se

ajustaban a un modelo lineal

2) Evaluacioacuten de la condicioacuten de homocedasticidad es decir

homogeneidad de varianzas Con esta finalidad se empleoacute el

anaacutelisis visual de los graacuteficos de los residuos Mediante este

anaacutelisis se observoacute que se cumpliacutean las premisas fijadas en todos

los casos Por tanto se pudo afirmar que los datos eran

homocedaacutesticos

232 - Liacutemite de deteccioacuten y cuantificacioacuten

Para el caacutelculo de este paraacutemetro fue utilizada la forma descrita en la

opcioacuten d del apartado 634 del Capiacutetulo Experimental Materiales y

Meacutetodos

Se prepararon siete blancos que se extrajeron y derivaron seguacuten los

procedimientos operatorios descritos en capiacutetulos anteriores

Posteriormente se inyectaron en el cromatoacutegrafo de liacutequidos fijando las

condiciones instrumentales Los resultados obtenidos son los mostrados

en las siguientes tablas

366 Tesis Doctoral

Tabla 535- Valores de W05 Wb0 y de los intervalos de integracioacuten (LC-FLD)

Jaboacuten W05h Wb0 tR plusmn 05 Wb0

C8 084 214 45 plusmn 042

C10 078 199 62 plusmn 039

C12 067 171 87 plusmn 034

C14 054 138 121 plusmn 027

C16 081 206 152 plusmn 041

C181 077 196 157 plusmn 039

C18 045 115 193 plusmn 023

Tabla 536- Valores de W05 Wb0 y de los intervalos de integracioacuten (LC-DAD)

C8 014 036 59 plusmn 007

C10 023 059 71 plusmn 012

C12 014 036 83 plusmn 007

C14 017 043 151 plusmn 009

C16 011 028 192 plusmn 006

C181 009 023 201 plusmn 005

C18 008 020 263 plusmn 004

A partir de los intervalos tR plusmn 05 Wb se calcularon las sentildeales

correspondientes a los blancos para cada uno de los compuestos en

estudio Teniendo en cuenta las sentildeales del blanco se determinoacute el liacutemite

de deteccioacuten y el liacutemite de cuantificacioacuten a partir de las expresiones

anteriormente definidas

Los resultados se presentan en las Tablas 537 y 538

Tabla 537- Liacutemites de deteccioacuten y cuantificacioacuten (LC-FLD)

Jaboacuten S0 LD (mgmiddotKg-1) LC (mgmiddotKg-1)

C8 0051 015 051

C10 0044 013 044

C12 0038 011 038

C14 0054 016 054

C16 0058 017 058

C181 0044 013 044

C18 0040 012 040

Tabla 538- Liacutemites de deteccioacuten y cuantificacioacuten (LC-DAD)

C8 0067 020 067

C10 0054 016 054

C12 0076 023 076

C14 0057 017 057

C16 0044 013 044

C181 0062 019 062

C18 0066 020 066

233 - Rango dinaacutemico lineal y linealidad

En las Tablas 539 y 540 se presentan el Rango Dinaacutemico Lineal (RDL)

la linealidad (LIN) la Desviacioacuten Estaacutendar Relativa (DER) y la

sensibilidad analiacutetica (Sanaltiacutetica) obtenidos tanto para fluorescencia como

para absorbancia La linealidad fue calculada como linealidad ldquoon-linerdquo

368 Tesis Doctoral

Tabla 539- Rango dinaacutemico lineal y linealidad (LC-FLD)

Jaboacuten RDL (mgmiddotKg-1) LIN () DER () Sana

(mgmiddotKg-1)

C8 05 - 1500 987 47 21

C10 04 - 1500 988 2 8 24

C12 04 - 1500 985 28 1 9

C14 05 - 1500 988 26 35

C16 06 - 1500 986 08 30

C181 04 - 1500 986 14 18

C18 04 - 1500 985 30 25

Tabla 540- Rango dinaacutemico lineal y linealidad (LC-DAD)

(mgmiddotKg-1)

C8 07 - 500 983 43 24

C10 05 - 500 986 24 24

C12 08 - 500 987 26 35

C14 06 - 500 983 23 20

C16 04 - 500 985 11 23

C181 06 - 500 986 15 20

C18 07 - 500 986 26 36

En todos los casos la linealidad es superior al 95 Por tanto se puede

afirmar que los datos experimentales se ajustaban al modelo lineal

propuesto

Para evaluar este paraacutemetro se doparon tres muestras dopadas con

disolucioacuten de jaboacuten caacutelcico para obtener una concentracioacuten final de 1000

mgmiddotKg-1 Para cada punto experimental se realizaron tres reacuteplicas

instrumentales Las determinaciones fueron realizadas en el mismo diacutea

estimando asiacute la repetitividad del meacutetodo Las disoluciones fueron

tratadas mediante el tratamiento de muestra para microondas descrito con

anterioridad e inyectadas en el cromatoacutegrafo de liacutequidos fijando las

condiciones instrumentales habituales Los resultados obtenidos se

muestran en las Tablas 539 y 540

Se observoacute que en todos los casos las desviaciones estaacutendar relativas

fueron menores del 10 por lo que se pudo concluir que el meacutetodo

propuesto suministra resultados muy proacuteximos entre siacute y por lo tanto

cumpliacutea con los requisitos de precisioacuten

De acuerdo con los datos experimentales obtenidos las resoluciones

analiacuteticas calculadas para cada componente se presentan en las Tablas

539 y 540

370 Tesis Doctoral

CIOacuteN DEL LAS

31 - Justificacioacuten y propuesta de metodologiacutea de validacioacuten

El LAS al igual que el jaboacuten es un tensioactivo anioacutenico por lo que la

problemaacutetica descrita a la hora del establecimiento de la metodologiacutea para

la cuantificacioacuten del jaboacuten es extrapolable al LAS

Debido a su gran consumo y a sus propiedades fiacutesicas el LAS se encuentra

en grandes cantidades en el medio ambiente por lo que su presencia en las

matrices objeto de estudio era elevada dificultando al igual que el jaboacuten

su cuantificacioacuten por cualquiera de los meacutetodos usuales

Para solucionar este problema en la mayoriacutea de los artiacuteculos consultados

(Capiacutetulo 1 apartado 251) se suele llevar a cabo una extraccioacuten previa

de la matriz para luego hacer un proceso de dopaje y recuperacioacuten Sin

embargo como ya se ha descrito este proceso altera la matriz de origen

con la consiguiente peacuterdida de representatividad de la muestra

En nuestro caso para resolver el problema del establecimiento de la

metodologiacutea para la cuantificacioacuten del LAS se planteoacute al igual que para el

jaboacuten usar durante la puesta a punto de la metodologiacutea para la

cuantificacioacuten sustancias de comportamiento fiacutesico y quiacutemico lo maacutes afiacuten

posible al LAS y que no estuvieran presentes en ninguna de las matrices a

estudiar El 2OslashC8-LAS y 2OslashC16-LAS eran compuestos que cumpliacutean las

premisas anteriormente expuestas ya que eran sustancias con propiedades

fiacutesicas y quiacutemicas parecidas a la mezcla del LAS analizado y a priori

ninguno de estos compuestos puesto que no son comerciales deberiacutea

estar presentes en el medio Ademaacutes poseiacutean la ventaja de que habiacutean

sido utilizados durante el Capiacutetulo 3 de la presente memoria en la puesta

a punto de las condiciones cromatograacuteficas por lo que no era necesario el

desarrollo de una nueva metodologiacutea para su determinacioacuten

A la hora de elegir uno de los dos patrones se optoacute por usar ambos

debido a que el LAS comercial presentaba una media de longitud de

cadena carbonada intermedia entre ambos patrones por lo que si se usara

soacutelo uno de ellos su resultado no podiacutea ser extrapolable a la mezcla del

LAS En cambio si se conoce el comportamiento de los extremos se

podiacutea conocer por extrapolacioacuten el comportamiento de la parte media

(mezcla comercial del LAS)

Por lo tanto para el establecimiento de la metodologiacutea de cuantificacioacuten

se siguioacute un planteamiento similar al expuesto en el Apartado 21 del

presente Capiacutetulo

Del mismo modo que en el caso del jaboacuten cabe resaltar que hasta el

momento y seguacuten la bibliografiacutea consultada no se habiacutea aplicado esta

metodologiacutea de cuantificacioacuten ni a ninguno de los analitos objetos de

estudio

372 Tesis Doctoral

El protocolo para la obtencioacuten de las tres funciones de calibracioacuten fue

similar al expuesto para el caso del jaboacuten (Capiacutetulo 5 apartado 22)

Como diferencia maacutes significativa con respecto al protocolo propuesto

para el jaboacuten aparte de las diferencias en cuanto al tratamiento de muestra

y anaacutelisis fue que los patrones fueron disueltos en metanol en vez de

isopropanol debido a que presentaban una mayor solubilidad que el

jaboacuten

Este protocolo se aplicoacute al igual que para el jaboacuten a las diferentes

teacutecnicas de extraccioacuten usadas (Soxhlet ultrasonidos y microondas) en las

diferentes matrices estudiadas (tierra lodos de EDAR y sedimentos)

teacutecnicas de extraccioacuten

321 - Soxhlet

Tierra

Tabla 541- Paraacutemetros estadiacutesticos 2OslashC8 y 2OslashC16

ESTAacuteNDAR ADICIOacuteN DE PATROacuteN

CON MUESTRA

2OslashC8 2OslashC16 2OslashC8 2OslashC8 2OslashC16 2OslashC8

a 1180 1101 559 1180 1101 559

sa 502 485 348 502 485 348

b (Kgmiddotmg-1) 3682 3569 3668 3682 3569 3668

sb 85 193 56 85 193 56

R2 () 998 999 999 998 999 999

Syx 2253 1284 1283 2253 1284 1283

Fcal1 31 48

tcal b2 01 01

tcal a2 10 14

Los valores de t calculados para ambos patrones son menores que los

valores de t tabulados por lo que las pendientes y ordenadas en el origen

374 Tesis Doctoral

de extraccioacuten

PARAacuteMETROS

b2 3502 3262

b3 3668 3549

R () 95 92

Lodos de EDAR

CON MUESTRA

a 1180 1101 1269 475 752 362

sa 502 485 483 561 105 212

b (Kgmiddotmg-1) 3682 3569 3643 3532 3442 3202

sb 85 193 76 188 103 166

R2 () 998 999 998 998 997 997

Syx 2253 1284 1343 762 625 423

Fcal1 28 28

tcal b2 03 01

tcal a2 01 08

de extraccioacuten

PARAacuteMETROS

b2 3442 3202

b3 3643 3532

R () 94 91

376 Tesis Doctoral

Sedimentos

CON MUESTRA

a 1180 1101 1771 613 431 815

sa 502 485 983 335 171 113

b (Kgmiddotmg-1) 3682 3569 3675 3563 3472 3236

sb 85 193 89 153 109 191

R2 () 998 999 999 999 998 998

Syx 2253 1284 2141 915 2111 211

Fcal1 39 44

tcal b2 01 01

tcal a2 05 08

de extraccioacuten

PARAacuteMETROS

b2 3472 3236

b3 3675 3563

R () 94 91

TIERRA vs LODO

LODO vs SEDIMENTOS

Fcal1 42 77 27 378 114 49

tcal b2 05 02 02 01 02 01

tcal a2 04 04 07 02 14 02

378 Tesis Doctoral

322 - Ultrasonidos

Tierra

CON MUESTRA

a 1321 821 711 441 413 599

sa 771 171 121 81 41 281

b (Kgmiddotmg-1) 3641 3539 3611 3527 3361 3181

sb 121 151 31 115 81 153

R2 () 999 999 999 999 997 999

Syx 563 321 1221 679 172 51

Fcal1 47 45

tcal b2 02 01

tcal a2 02 20

de extraccioacuten

PARAacuteMETROS

b2 3361 3181

b3 3611 3527

R () 93 90

380 Tesis Doctoral

Lodos de EDAR

CON MUESTRA

a 1321 821 456 439 478 679

sa 771 171 195 116 147 214

b (Kgmiddotmg-1) 3641 3539 3600 3501 3301 3151

sb 121 151 58 147 115 161

R2 () 999 999 998 998 996 996

Syx 563 321 1563 157 1368 814

Fcal1 71 42

tcal b2 03 01

tcal a2 11 18

de extraccioacuten

PARAacuteMETROS

b2 3301 3151

b3 3600 3501

R () 92 90

Sedimentos

382 Tesis Doctoral

CON MUESTRA

a 1321 821 331 539 451 518

sa 771 171 121 91 111 110

b (Kgmiddotmg-1) 3641 3539 3635 3529 3359 3198

sb 121 151 79 119 131 165

R2 () 999 999 999 999 998 998

Syx 563 321 1211 712 591 71

Fcal1 46 49

tcal b2 01 01

tcal a2 13 15

de extraccioacuten

PARAacuteMETROS

b2 3359 3198

b3 3635 3529

R () 92 91

TIERRA vs LODO

LODO vs SEDIMENTOS

Fcal1 24 71 72 26 30 72

tcal b2 03 03 04 01 06 02

tcal a2 10 02 12 02 12 07

384 Tesis Doctoral

A la vista de los resultados obtenidos valores de t calculado menores que

los valores de t tabulado en todos los casos se pudo concluir que el efecto

matriz en todas las matrices era el mismo

323 - Microondas

Tierra

CON MUESTRA

a 875 759 796 544 679 627

sa 186 95 237 57 129 185

b (Kgmiddotmg-1) 3665 3559 3658 3547 3398 3226

sb 156 171 79 109 107 139

R2 () 999 999 999 999 998 999

Syx 1250 611 697 231 789 251

Fcal1 32 70

tcal b2 01 01

tcal a2 03 19

de extraccioacuten

PARAacuteMETROS

b2 3398 3226

b3 3658 3547

R () 93 91

386 Tesis Doctoral

Lodos de EDAR

CON MUESTRA

a 875 759 899 511 891 831

sa 186 95 139 79 112 212

b (Kgmiddotmg-1) 3665 3559 3631 3531 3371 3201

sb 156 171 81 113 111 151

R2 () 999 999 998 998 996 997

Syx 1250 611 615 335 1371 1289

Fcal1 41 33

tcal b2 01 01

tcal a2 01 20

de extraccioacuten

PARAacuteMETROS

b2 3371 3201

b3 3631 3531

R () 93 90

Sedimentos

388 Tesis Doctoral

CON MUESTRA

a 875 759 613 618 667 895

sa 186 95 151 37 71 218

b (Kgmiddotmg-1) 3665 3559 3654 3547 3418 3257

sb 156 171 103 91 95 120

R2 () 999 999 999 999 999 999

Syx 1250 611 685 249 216 552

Fcal1 33 60

tcal b2 01 01

tcal a2 10 14

de extraccioacuten

PARAacuteMETROS

b2 3418 3257

b3 3654 3547

R () 94 92

TIERRA vs LODO

LODO vs SEDIMENTOS

Fcal1 30 264 133 48 403 264

tcal b2 02 01 01 02 03 03

tcal a2 12 07 01 09 17 02

390 Tesis Doctoral

extraccioacuten

Se siguioacute el mismo razonamiento descrito para el Apartado 224

Tabla 571- Paraacutemetros estadiacutesticos 2OslashC8 y 2OslashC16 de la funcioacuten de calibracioacuten en muestra

a 1180 1101 1321 821 875 759

sa 502 485 771 171 186 95

b (Kgmiddotmg-1) 3682 3569 3641 3539 3665 3559

sb 85 193 121 151 156 171

Syx 2253 1284 563 321 1250 611

Fcal1 552 5308 26 219 210 242

tcal b2 14 03 08 02 03 02

tcal a2 01 01 17 01 19 01

tanto una funcioacuten de calibracioacuten en muestra calculada para una teacutecnica de

325 - Conclusiones

Se alcanzaron las mismas conclusiones que en el Apartado 225 salvo

que en el caso del LAS el rango de recuperacioacuten estuvo comprendido entre

el 90 y el 94

tambieacuten hubiera efecto matriz para el LAS

2) De acuerdo a los resultados estadiacutesticos el efecto matriz

era consecuencia directa del proceso de extraccioacuten

392 Tesis Doctoral

3) Las recuperaciones en todos los estudios fueron altas

entre el 92 y el 96

4) No existiacutean diferencias significativas entre las pendientes

y ordenadas en el origen obtenidas para cada una de las

matrices y teacutecnicas de extraccioacuten estudiadas por lo que

una funcioacuten de calibracioacuten en muestra de una matriz y

teacutecnica de extraccioacuten en concreto se podiacutea aplicar al resto

de matrices y teacutecnicas de extraccioacuten empleadas

5) Por tanto se pudo concluir que para calcular los

paraacutemetros analiacuteticos de las metodologiacuteas propuestas se

podiacutean determinar mediante una sola funcioacuten de

calibracioacuten la cual podiacutea ser usada independientemente

del tipo de matriz o del tipo de tratamiento de muestra

Del mismo modo que para el caso del jaboacuten a la vista de los resultados se

pudo concluir que se podiacutean determinar los paraacutemetros analiacuteticos del LAS

mediante una solo funcioacuten de calibracioacuten en muestra el cual podiacutea ser

usado independientemente del tipo de matriz o tratamiento de muestra

usado En nuestro caso al igual que el jaboacuten se optoacute por una funcioacuten de

calibracioacuten en muestra de tierra aplicando el tratamiento de muestra

descrito para microondas debido que era maacutes sencillo desde un punto de

vista operacional Esta funcioacuten de calibracioacuten se realizoacute para cada

homoacutelogo del LAS (OslashC10 OslashC11 OslashC12 OslashC13) De este modo se obtuvieron

los paraacutemetros analiacuteticos caracteriacutesticos para cada tipo de homoacutelogo a

determinar

extraccioacuten cantidades crecientes de disolucioacuten de cada homoacutelogo de LAS

muestra de entre 1 y 10 mgmiddotKg-1 para cada homoacutelogo Los

procedimientos de tratamiento de muestra y derivacioacuten han sido objeto de

estudio en los Capiacutetulos 3 y 4 de la presente Memoria de Tesis

univariante por miacutenimos cuadrados Se buscaron los paraacutemetros a y b

partiendo de una serie de puntos experimentales correspondientes a la

sentildeal cromatograacutefica y a los valores de concentracioacuten del analito en

cuestioacuten La sentildeal cromatograacutefica medida fue la relacioacuten de aacutereas entre

cada analito y el patroacuten interno en este caso 2OslashC8-LAS

Se ensayaron en total seis niveles de concentracioacuten 1 5 10 25 50 y 100

mgmiddotKg-1 Cada nivel constoacute de tres reacuteplicas experimentales y por cada

reacuteplica experimental tres instrumentales para obtener un total de nueve

puntos por nivel de concentracioacuten Para la obtencioacuten de la funcioacuten de

calibracioacuten se empleoacute como variable dependiente la relacioacuten de aacutereas

entre cada patroacuten y el aacuterea del patroacuten interno seleccionado y que fue el

2OslashC8-LAS El patroacuten interno fue antildeadido despueacutes de la extraccioacuten

En la presente tabla se muestran los paraacutemetros analiacuteticos obtenidos

394 Tesis Doctoral

Tabla 573- Funcioacuten de calibracioacuten Paraacutemetros analiacuteticos

Homol b (Kgmiddotmg-1) Sb a Sa R2() Syx Plof ()

OslashC10 0141 335 011 082 9997 028 891

OslashC11 0139 219 009 111 9995 025 632

OslashC12 0133 132 007 074 9993 026 541

OslashC13 0124 189 005 183 9988 028 725

lineal de los datos Como se observa en la Tabla 573 en todos

los casos el valor P fue mayor del 5 por tanto se concluyoacute que

no existe curvatura es decir los datos se ajustaban a un modelo

lineal

homocedaacutesticos

Se calcularon de la misma manera que para el jaboacuten (Apartado 232)

Tabla 574- Valores de W05 Wb0 y de los intervalos de integracioacuten

Homol W05h Wb0 tR plusmn 05 Wb0

OslashC10 066 168 65 plusmn 066

Tabla 575- Liacutemites de deteccioacuten y cuantificacioacuten

Homol S0 LD (μgmiddotKg-1) LC (μgmiddotKg-1)

OslashC10 11 33 110

OslashC11 14 42 140

OslashC12 18 54 180

OslashC13 14 42 140

En la Tabla 576 se presenta el Rango Dinaacutemico Lineal (RDL) la

linealidad (LIN) la Desviacioacuten Estaacutendar Relativa (DER) y la sensibilidad

analiacutetica (Sanaltiacutetica) obtenidos La linealidad fue calculada como linealidad

ldquoon-linerdquo

396 Tesis Doctoral

Tabla 576- Rango dinaacutemico lineal y linealidad

Homol RDL (mgmiddotKg-1) LIN () DER () Sana

(mgmiddotKg-1)

OslashC10 0011 - 100 985 32 20

OslashC11 0014 - 100 989 13 18

OslashC12 0018 - 100 985 32 20

OslashC13 0014 - 100 986 28 23

propuesto

disolucioacuten de LAS soacutedico comercial para obtener una concentracioacuten final

de 1000 mgmiddotKg-1 de LAS total Para cada punto experimental se realizaron

tres reacuteplicas instrumentales Las determinaciones fueron realizadas en el

mismo diacutea estimando asiacute la repetitividad del meacutetodo Las disoluciones

fueron tratadas mediante el tratamiento de muestra para microondas

descrito con anterioridad e inyectadas en el cromatoacutegrafo de liacutequidos

fijando las condiciones instrumentales habituales Los resultados

obtenidos se muestran en las Tablas 539 y 540

analiacuteticas calculadas para cada componente se presentan en la Tabla 576

4- INTERCOMPARACIOacuteN ENTRE TEacuteCNICAS DE

EXTRACCIOacuteN

En los capiacutetulos y apartados anteriores se describioacute el establecimiento de

la metodologiacutea para la cuantificacioacuten en diferentes matrices ambientales

(tierra lodos de EDAR y sedimentos) usando para ello tres diferentes

tratamiento de muestra los cuales estaban basados en diferentes teacutecnicas

de extraccioacuten (Soxhlet ultrasonidos y microondas)

En los capiacutetulos siguientes se describiraacute el anaacutelisis de una gran variedad

de muestras Debido a la complejidad al nuacutemero y cantidad de muestras

se haciacutea inviable la determinacioacuten de los analitos objetos de estudio en

cada muestra aplicando los tres tipos de tratamiento de muestra Por lo

tanto fue necesaria la eleccioacuten de un solo tipo de tratamiento de muestra

La seleccioacuten del tipo de tratamiento para la determinacioacuten de jaboacuten o para

la determinacioacuten de LAS se llevoacute a cabo mediante un estudio estadiacutestico

conjunto de las tres teacutecnicas de extraccioacuten Este estudio se basoacute en

analizar por las tres teacutecnicas un nuacutemero de muestras concreto (15) Se

398 Tesis Doctoral

seleccionoacute aquel tratamiento de muestra que obtuvo una mejor relacioacuten

entre diferentes variables para cada uno de los grupos de analitos objetos

de estudio

Para hacer la intercomparacioacuten se utilizoacute como matriz quince lodos de

EDAR debido a que estas muestras presentaban entre siacute una mayor

variabilidad en los valores de concentracioacuten si las comparamos con las

muestras de tierra y sedimentos

Para cada tratamiento se pesoacute la misma cantidad de muestra (05 g)

Debido a la alta concentracioacuten de los analitos en la matriz se uso menor

cantidad de muestra que la usada para la validacioacuten (50 g)

Posteriormente se llevoacute a cabo para cada teacutecnica de extraccioacuten el

proceso de extraccioacuten y derivacioacuten (este uacuteltimo para el caso de los

jabones) descrito y optimizado en el Capiacutetulo 4 de la presente Memoria

Tras el tratamiento de muestra y antes del proceso de derivacioacuten o

preconcentracioacuten se optoacute por evaporar el volumen del extracto final

metanoacutelico de cada tratamiento a 50 mL con objeto de igualar el factor de

dilucioacuten entre las teacutecnicas

Para la cuantificacioacuten como ya se ha descrito se utilizoacute la funcioacuten de

calibracioacuten en muestra de tierra obtenido anteriormente la cual serviacutea

para todas las teacutecnicas de extraccioacuten y matrices empleadas

La comparacioacuten entre los valores de concentracioacuten se llevoacute a cabo

mediante el estudio estadiacutestico de las medias obtenidas por cada teacutecnica

de extraccioacuten El meacutetodo estadiacutestico usado fue el anaacutelisis de la varianza

(ANOVA) el cual nos permitioacute distinguir si habiacutea diferencia significativa

entre las medias Si al aplicar el test-F se obteniacutea una valor de P menor al

005 (nivel de confianza del 95) las medias no eran estadiacutesticamente

similares En cambio si el valor de P era mayor de 005 las medias eran

no significativas y por tanto similares Se utilizoacute el programa estadiacutestico

StatGraphics plus (vers 51) para el caacutelculo los paraacutemetros

Para el caso del jaboacuten tambieacuten se comparoacute a traveacutes de la tabla ANOVA

las medias obtenidas por las diferentes teacutecnicas de derivacioacuten

(fluorescencia y absorbancia) con objeto de seleccionar una teacutecnica de

derivacioacuten para analizar la variedad de muestras de los siguientes

capiacutetulos

En los apartados que vienen a continuacioacuten se presentan los resultados

obtenidos del proceso de intercomparacioacuten para el caso del jaboacuten y del

42 - Intercomparacioacuten de teacutecnicas de extraccioacuten para la

determinacioacuten de jaboacuten

En la Tabla 577 se muestran los resultados del test estadiacutestico usando

como agente de derivacioacuten la BrMMC (fluorescencia)

A la vista de los resultados obtenidos el Pvalor es en todos los casos

mayor a 005 por lo que las medias de los resultados son estadiacutesticamente

similares

Teniendo en cuenta que no existe diferencia significativa entre los

resultados obtenidos por cualquiera de las teacutecnicas usadas a la hora de

seleccionar queacute teacutecnica usar para los anaacutelisis se evaluoacute el tiempo de

400 Tesis Doctoral

tratamiento de cada teacutecnica por muestra La variable tiempo del

tratamiento por muestra se calculoacute dividiendo el tiempo total del

tratamiento por el nuacutemero de muestras que pueden ser tratadas a la vez

por la teacutecnica Los resultados se muestran en la Tabla 578

Tabla 577- Caacutelculo del Pvalor

MUESTRA Xmedia Sox [gmiddotKg-1]

Xmedia Ultra [gmiddotKg-1]

Xmedia Micr [gmiddotKg-1] Pvalor

Andaluciacutea1 695 688 691 028

Andaluciacutea5-cop 243 238 241 067

Aragoacuten1 8380 8363 8371 038

Asturias2 4895 4886 4991 045

Baleares1 2T 914 907 911 066

Baleares3 3T 1346 1338 1343 041

Canarias1 611 608 613 045

Leoacuten3 2009 2001 2011 021

Leoacuten3 ST 1425 1415 1421 039

Mancha2 747 742 745 039

Valencia4 1133 1127 1129 041

Madrid7 947 939 942 047

Paiacutes Vaco1 7480 7400 7520 089

Paiacutes vasco3 1119 1109 1113 031

Tabla 578- Caacutelculo del tiempo de anaacutelisis por muestra

SOXHLET ULTRASON MICROONDAS

N de muestras (n) 4 2 14

Tiempo total (min) 1320 280 265

Relacioacuten (minmiddotn-1) 330 140 189

Seguacuten los resultados obtenidos el microondas (MAE) es el tratamiento de

muestra maacutes raacutepido debido a que tiene la menor relacioacuten tiempo de

anaacutelisismuestra Por lo tanto se seleccionoacute el MAE como tratamiento de

muestra para los anaacutelisis posteriores

43 - Intercomparacioacuten de teacutecnicas de derivacioacuten para la

En la siguiente tabla se muestran los resultados del test estadiacutestico Como

tratamiento de muestra se usoacute el descrito para el microondas

Tabla 579- Caacutelculo del Pvalor para las reacciones de derivacioacuten

MUESTRA Xmedia FLD [gmiddotKg-1]

Xmedia DAD [gmiddotKg-1] Pvalor

Andaluciacutea1 691 689 058

Andaluciacutea5-cop 241 237 037

Aragoacuten1 8371 8361 058

Asturias2 4991 4986 065

Baleares1 2T 911 903 036

Baleares3 3T 1343 1335 052

Canarias1 613 618 015

Leoacuten3 2011 2017 031

Leoacuten3 ST 1421 1427 019

Mancha2 745 739 011

Valencia4 1129 1121 024

Madrid7 942 933 021

Paiacutes Vaco1 7520 7470 051

Paiacutes vasco3 1113 1104 068

402 Tesis Doctoral

A la vista de los resultados obtenidos no hay diferencia significativa entre

ambas teacutecnicas de derivacioacuten ya que el Pvalor es mayor en todos los casos

A la hora de seleccionar una teacutecnica de derivacioacuten para analizar las

muestras se tuvo en cuenta en este caso la sencillez del procedimiento

operatorio Siendo la derivacioacuten por fluorescencia maacutes sencilla debido a

que durante el proceso de derivacioacuten se evaporaba mucho menos

volumen (2 mL frente a 10 mL) Ademaacutes poseiacutea mayor rango dinaacutemico

lineal que la derivacioacuten por absorcioacuten ultravioleta (05 - 150 mgmiddotKg-1

frente a 06 - 50 mgmiddotKg-1)

determinacioacuten de LAS

En la siguiente tabla se muestran los resultados del test estadiacutestico

mayor a 005 por lo que las medias son estadiacutesticamente similares

Se optoacute por evaluar del igual manera que para el jaboacuten la variable tiempo

de tratamiento por muestra Los resultados se muestran en la Tabla 581

Tabla 580 Caacutelculo del Pvalor LAS

Aragoacuten1 227 223 224 063

Asturias2 085 082 082 021

Baleares1 2T 641 635 638 036

Baleares3 3T 1028 1019 1024 021

Canarias1 623 618 621 018

Leoacuten3 131 126 128 023

Leoacuten3 ST 249 241 245 034

Mancha2 381 371 375 010

Valencia4 1345 1332 1339 023

Madrid7 502 495 499 033

Paiacutes Vaco1 425 418 422 028

Tabla 581 Caacutelculo del tiempo de anaacutelisis por muestra

De acuerdo con los resultados el microondas presentaba menor relacioacuten

tiempo de anaacutelisismuestra Por lo tanto al igual que en el caso del jaboacuten

404 Tesis Doctoral

se seleccionoacute el microondas como teacutecnica de extraccioacuten del LAS para los

posteriores anaacutelisis

45 - Conclusiones

A traveacutes de los ensayos realizados se obtuvieron las siguientes

conclusiones

1) Para el caso del jaboacuten no existe diferencia significativa entre los

resultados obtenidos por meacutetodos de derivacioacuten diferentes (FLD y

2) Se seleccionoacute la reaccioacuten de derivacioacuten por fluorescencia frente a la

de absorbancia para los anaacutelisis posteriores de jaboacuten ya que

presentaba un mayor rango dinaacutemico lineal y una mayor sencillez

desde el punto de vista operacional

3) No existiacutea diferencia significativa en los resultados de los anaacutelisis

de las quince muestras de lodos de EDAR para ninguno de los

tratamientos optimizados tanto para la determinacioacuten del jaboacuten

como del LAS

4) Se seleccionoacute tanto para el jaboacuten como para el LAS el microondas

como tratamiento de muestra para los anaacutelisis posteriores debido a

su menor tiempo de anaacutelisis por muestra

CAPIacuteTULO 6

DETERMINACIOacuteN DE TENSIOACTIVOS EN LODOS

DE EDAR

Determinacioacuten de tensioactivos en lodos de EDAR 407

En el presente capiacutetulo se presenta los resultados obtenidos al aplicar de a

las metodologiacuteas propuestas a muestras reales En este primer caso se

determinaron muestras de lodos de EDAR las cuales fueron colectadas en

diferentes puntos de la geografiacutea de Espantildea dando como resultado un

mapa geograacutefico de distribucioacuten de las concentraciones de los analitos

objetos de estudio (LAS y jaboacuten)

En la primera parte del capiacutetulo se aborda la determinacioacuten de LAS en

lodos de EDAR desarrollaacutendose en el primer apartado una

contextualizacioacuten del proceso de determinacioacuten Seguidamente se

describe y se caracteriza brevemente las muestras a analizar mostrando a

continuacioacuten los resultados de la determinacioacuten y su posterior anaacutelisis

estadiacutestico Finalmente en el uacuteltimo apartado se expone una discusioacuten de

los resultados obtenidos presentando una serie de conclusiones finales a

nivel nacional acerca del comportamiento del LAS en los lodos de EDAR

408 Tesis Doctoral

En la segunda parte se expone de forma parecida al LAS la

determinacioacuten del jaboacuten en lodos de EDAR La estructurada seguida es

muy parecida a la del LAS empezando por una pequentildea introduccioacuten o

contextualizacioacuten seguida de una descripcioacuten de las muestras analizadas

y terminando con una presentacioacuten y discusioacuten de los resultados

En la tercera y uacuteltima parte teniendo en cuenta todos los resultados

presentados se desarrolla una comparativa entre los dos tipos de analitos

estudiados proponiendo al final unas conclusiones generales acerca del

comportamiento del jaboacuten y del LAS en las EDAR

2- DETERMINACIOacuteN DE LAS EN LODOS DE EDAR

En la introduccioacuten de esta Memoria de Tesis (Capiacutetulo 1 apartado 243)

se describieron varios procesos de monitorizacioacuten del LAS en plantas

depuradoras analizando tanto el agua residual como los lodos secos

generados tras el proceso de depuracioacuten

Los estudios realizados demuestran la existencia de grandes cantidades de

LAS (del orden de gmiddotKg-1) en este tipo de muestras principalmente debido

a su gran tendencia a adsorberse en los soacutelidos y a precipitar en presencia

de aguas con alta concentracioacuten en sales

Por otro lado el creciente aumento de las cantidades de lodos obtenidos

mediante el proceso de depuracioacuten unido a su cada vez mayor uso como

abono agriacutecola ha derivado en un mayor control ambiental de las

sustancias constituyentes de ese lodo Por ese motivo la Unioacuten Europea a

traveacutes de varias directivas12 establecioacute una regulacioacuten del uso de los

lodos en la agricultura y un control de calidad de ciertas sustancias

existentes en los lodos con peligro potencial para el medio

El LAS al ser una sustancia que se encuentra en grandes cantidades ha

sido objeto de estudio por los organismos reguladores y por grupos de

investigacioacuten llegando en muchos casos y a pesar de su evidente

biodegradacioacuten a afirmarse su potencial peligro para la agricultura34

Teniendo en cuenta todo lo anteriormente mencionado en esta Memoria

de Tesis se presenta un estudio del LAS a nivel nacional con la

determinacioacuten de su concentracioacuten en un gran nuacutemero de depuradoras y

en una gran variedad de tipos de lodos (anaerobios aerobios

compostados con tratamiento quiacutemico etc) El objeto del estudio es

obtener una visioacuten global de la concentracioacuten del LAS en las depuradoras

espantildeolas particularizando mediante estudio estacional en aquellos casos

de mayor intereacutes medioambiental

A pesar de que el LAS ha sido objeto de numerosos proyectos ambientales

y de decenas de publicaciones cabe destacar que hasta el momento de la

presentacioacuten de esta Memoria de Tesis no se habiacutea llevado a cabo un

1 COUNCIL DIRECTIVE concerning urban waste water treatment (91271EEC)

Official Journal of the European Communities L13540-52 Brussels 1991 2 COUNCIL DIRECTIVE on the protection of the environment and in particular of the

soil when sewage sludge is used in agriculture (86278EEC) Official Journal of the European Communities 181 471986 p 6ndash12 Brussels 1986

3 Schowanek D et al A Risk-Based Methodology for deriving quality standards for organic contaminants is sewage sludge for use in agriculture-Conceptual Framework Regulatory Toxicology and Pharmacology 40 227-251 2004

4 Schowanek D et al Probabilistic risk assessment for LAS in sewage sludge used on agricultural soil Regulatory Toxicology and Pharmacology 49 245ndash259 2007

410 Tesis Doctoral

estudio ambiental con una cantidad y variedad de muestras como el

presentado en esta Memoria

22 - Caracterizacioacuten de las muestras

Las muestras de lodos analizados fueron tomadas en diferentes EDAR de

Espantildea El muestreo se llevoacute a cabo desde noviembre del 2005 hasta

noviembre del 2006 Para algunas depuradoras con especial intereacutes

ambiental se realizoacute un muestreo estacional

En Tabla 61 se caracterizan las muestras indicando el lugar de la

depuradora el tamantildeo (nuacutemero de habitantes) y el tipo de tratamiento del

Tabla 61- Caracterizacioacuten de las muestras de lodos de EDAR

COacuteDIGO PROVINCIA POBLACIOacuteN TRAT

ANDALUCIA AN1 Sevilla 132000 Anaeroacutebico AN3 Maacutelaga 575000 Anaeroacutebico AN5 Sevilla 620000 Anaeroacutebico

AN5COM Sevilla ldquo Anaeroacutebico compostado

AN6 Caacutediz 300000 Anaeroacutebico

ARAGOacuteN AR1 Zaragoza 700000 Anaeroacutebico

ASTURIAS

AS2 Oviedo 85000 Estabilizacioacuten quiacutemica

BALEARES

BA1 Palma 500000 Anaeroacutebico BA2 Palma ldquo Aeroacutebico

CATALUNtildeA

CA2 Barcelona 230000 Anaeroacutebico CA3 Barcelona 225000 Anaeroacutebico CA5 Barcelona 195000 Anaeroacutebico CA8 Barcelona 80000 Anaeroacutebico

CA10 Barcelona ldquo Anaeroacutebico CA12 Barcelona ldquo Anaeroacutebico

ISLAS CANARIAS

CC1 Tenerife 250000 Anaeroacutebico

CASTILLA-LEOacuteN CL1 Burgos 625000 Anaeroacutebico CL2 Valladolid 570000 Anaeroacutebico CL3 Leoacuten 185000 Anaeroacutebico

CL3ST Leoacuten ldquo Anaero + sec teacutermico

412 Tesis Doctoral

Tabla 61- Caracterizacioacuten de las muestras de lodos de EDAR (cont)

CASTILLA-LA MANCHA CM1 Cuenca 90000 Aeroacutebico CM2 Ciudad Real 200000 Anaeroacutebico

COMUNIDAD VALENCIANA

CV3 Alicante 562000 Anaeroacutebico CV4 Alicante 280000 Anaeroacutebico CV5 Valencia 140000 Aeroacutebico

EXTREMADURA

EX2 Badajoz 143000 Anaeroacutebico EX3 Meacuterida 50000 Aeroacutebico

GALICIA

GA1 Pontevedra 400000 Anaeroacutebico

GA3 La Coruntildea 100000 Estabilizacioacuten quiacutemica

LA RIOJA

LR1 Logrontildeo 500000 Anaeroacutebico

MADRID MA2 Madrid 950000 Anaeroacutebico MA7 Madrid 1000000 Anaeroacutebico MA8 Madrid 350000 Anaeroacutebico MA10 Madrid 320000 Anaeroacutebico

MURCIA

MU1 Murcia 300000 Anaeroacutebico

NAVARRA NA3 Pamplona 85000 Aeroacutebico

PAIacuteS VASCO

PV1 Vizcaya 850000 Incineracioacuten PV3 Guipuacutezcoa 35000 Anaeroacutebico

En la Figura 61 sobre un mapa de Espantildea se localizan las depuradoras

muestreadas

Figura 61- Localizacioacuten de las plantas EDAR muestreadas

23 - Tratamiento de muestra

A continuacioacuten se describe el procedimiento operatorio llevado a cabo

para determinar la cantidad de LAS presente en las muestras de lodo

bull Secado hasta pesada constante y tamizacioacuten (025 mm de luz

de malla) de las muestras de lodo de EDAR

bull Conservacioacuten en recipiente de plaacutestico debidamente

etiquetado a 4 ordmC

414 Tesis Doctoral

bull Pesar dependiendo del tipo de muestra entre 02 g y 10 g de

muestra en los tubos del tefloacuten del microondas

bull Antildeadir 50 mL de metanol

bull Llevar a cabo la extraccioacuten

bull Antildeadir en un microreactor 1 mL de la disolucioacuten del

extracto metanoacutelico y 1 mL de disolucioacuten del patroacuten interno

(10 mgmiddotL-1)

bull Evaporar hasta sequedad con corriente de N2

bull Diluir el extracto seco con 1 mL de disolucioacuten de

aguametanol (6040)

Como se puede observar el tratamiento presenta variaciones con respecto

al descrito en los capiacutetulos anteriores este hecho es debido a que las

muestras presentaban una mayor concentracioacuten de lo esperado por lo que

para obtener resultados dentro del rango dinaacutemico lineal descrito se tuvo

que disminuir la cantidad de muestra a tratar Se comproboacute que este

cambio en el tratamiento de muestra no afecta en modo alguno en la

exactitud de los resultados generados

24 - Resultados

En la Tabla 62 se muestran los resultados obtenidos Cabe resaltar que la

concentracioacuten de LAS presentada es la concentracioacuten total entendiendo

como tal la suma de las concentraciones de cada uno de los homoacutelogos

analizados (C10-C13) Para calcular la concentracioacuten media total y la

desviacioacuten estaacutendar de la media se analizaron dos reacuteplicas experimentales

y tres instrumentales por cada muestra para obtener un total de seis datos

Tabla 62- Resultados de las muestras de lodos de EDAR

COacuteDIGO PROVINCIA Conc Media (gmiddotKg-1) DER ()

ANDALUCIA AN1 Sevilla 1150 135 AN3 Maacutelaga 646 218 AN5 Sevilla 709 132

AN5COM Sevilla 181 169 AN6 Caacutediz 928 178

ARAGOacuteN

AR1 Zaragoza 227 239

ASTURIAS AS2 Oviedo 085 267

BALEARES

BA1 Palma 1570 278 BA2 Palma 006 192

CATALUNtildeA

CA2 Barcelona 692 098 CA3 Barcelona 2003 145 CA5 Barcelona 751 212 CA8 Barcelona 853 078

CA10 Barcelona 596 167 CA12 Barcelona 1196 289

ISLAS CANARIAS

CC1 Tenerife 1310 132

CASTILLA-LEOacuteN CL1 Burgos 370 235 CL2 Valladolid 395 178 CL3 Leoacuten 300 140

CL3ST Leoacuten 114 156

416 Tesis Doctoral

Tabla 62- Resultados de las muestras de lodos de EDAR (cont)

CASTILLA-LA MANCHA CM1 Cuenca 007 065 CM2 Ciudad Real 381 132

CV3 Alicante 1910 289 CV4 Alicante 2633 187 CV5 Valencia 023 256

EXTREMADURA

EX2 Badajoz 020 134 EX3 Meacuterida 496 256

GALICIA

GA1 Pontevedra 452 123 GA3 La Coruntildea 035 167

LA RIOJA

LR1 Logrontildeo 230 279

MADRID MA2 Madrid 400 189 MA7 Madrid 502 167 MA8 Madrid 199 135 MA10 Madrid 450 265

MURCIA

MU1 Murcia 878 245

NAVARRA NA3 Pamplona 175 213

PAIacuteS VASCO

PV1 Vizcaya 425 271 PV3 Guipuacutezcoa 071 163

Del mismo modo en la Tabla 63 se muestran los resultados de los lodos

analizados de forma estacional La primera toma se refiere al periacuteodo

comprendido entre noviembre 2005 hasta enero del 2006 La segunda

toma por su parte se realizoacute entre febrero y mayo del 2006 Entre junio y

agosto del 2006 se realizoacute la tercera toma y finalmente desde septiembre

a noviembre del 2006 se tomoacute la cuarta

Tabla 63- Resultados de las muestras estacionales de lodos de EDAR

[LAS] (gmiddotkg-1)

1T DER

() 2T-3T

AN1 115 135 850 167

AN5COM 180 169 140 223

CA3 203 145 1680 217

CL1 370 235 220 143

CL2 400 178 450 178

CL3 300 140 250 134

CV4 2630 187 135 129

MA2 400 189 340 135 310 245

En la Figura 62 se muestra el cromatograma estaacutendar para una muestra

de lodo de EDAR

418 Tesis Doctoral

Figura 62- Cromatograma estaacutendar obtenido para un lodo de EDAR

En las Tablas 64 y 65 se muestran el porcentaje promedio de cada

homoacutelogo del LAS para muestras de lodos de EDAR y el porcentaje en

una muestra patroacuten comercial de LAS

Tabla 64- Porcentaje promedio del LAS en muestras de lodos de EDAR

HOMOacuteLOGO DEL LAS PORCENTAJE ()

OslashC10 48

OslashC11 249

OslashC12 364

OslashC13 339

OslashC10

OslashC11

OslashC12 OslashC13

Tabla 65- Porcentaje promedio del LAS en una muestra patroacuten comercial

OslashC10 141

OslashC11 313

OslashC12 308

OslashC13 238

Cabe resaltar que se determinoacute en las muestras analizadas un mayor

porcentaje de los homoacutelogos del LAS con cadena lineal maacutes larga eso es

debido a que el LAS ldquopesadordquo tiene una mayor tendencia a precipitar en

presencia de sales

25 - Tratamiento estadiacutestico

Los resultados obtenidos en el apartado anterior y las variables conocidas

fueron tratadas estadiacutesticamente de manera conjunta con objeto de

estudiar posibles relaciones entre las mismas y de este modo poder

establecer conclusiones generales acerca del comportamiento ambiental

del LAS en los lodos de EDAR

Las variables estudiadas fueron

bull La concentracioacuten de LAS la cual se dividioacute en cuatro variables

conforme a los cuatro homoacutelogos mayoritarios del LAS

Existiendo por tanto cuatro datos para cada muestra analizada

bull Nuacutemero de habitantes un dato por cada muestra analizada

420 Tesis Doctoral

bull Dureza se dividioacute en dos niveles 0 para muestras provenientes de

ciudades cuya dureza del agua es alta y 1 para muestras con

dureza baja (blanda) La divisioacuten se realizoacute de acuerdo al mapa

nacional de durezas de agua que se muestra en la Figura 63 Las

zonas maacutes oscuras corresponden a zonas con dureza alta y las

zonas maacutes claras a regiones con dureza baja

Figura 63- Mapa de Espantildea sobre la dureza del agua

bull Tratamiento Teniendo en cuenta que el 70 de las muestras

procediacutean de tratamientos anaeroacutebicos se optoacute por dividir la

variable en dos niveles 0 para muestras anaerobias y 1 para el

resto de tratamientos

En resumen se estudiaron siete variables para un total de 47 muestras las

cuales fueron tratadas de manera conjunta mediante el programa

estadiacutestico Minitab15

El primer tratamiento realizado fue estudiar las relaciones entre las

concentraciones de los homoacutelogos con objeto de reducir el nuacutemero de

datos Debido a la complejidad y al nuacutemero de muestras tratadas se optoacute

por utilizar como herramienta estadiacutestica el Anaacutelisis por Componentes

Principales (PCA)

En la Tabla 66 se muestran los resultados obtenidos mediante el

tratamiento estadiacutestico

Tabla 66- Anaacutelisis por componentes principales

HOMOacuteLOGO DEL LAS PC1 PC2

OslashC10 0499 0845

OslashC11 0501 -0101

OslashC12 0500 -0361

OslashC13 0500 -0380

PROPORCIOacuteN () 996 03

Los valores de PC1 y PC2 para cada homoacutelogo son el valor que tiene

cada uno de ellos en cada una de las dos componentes mayoritarias

estimadas por el modelo Del mismo modo la proporcioacuten es la cantidad

de variabilidad total del modelo medido en porcentaje que es capaz de

explicar cada componente

422 Tesis Doctoral

De acuerdo a los resultados obtenidos se puede concluir en primer lugar

que la PC1 es capaz de explicar el 996 de la variabilidad del modelo

siendo la PC2 despreciable con tan soacutelo el 03 De la misma manera se

observa que la PC1 estaacute compuesta de manera casi ideacutentica por los

mismos valores para cada homoacutelogo indicando una estrecha relacioacuten

entre las concentraciones de los diferentes homoacutelogos (combinacioacuten

lineal) Por lo que conociendo la concentracioacuten de uno de los homoacutelogos

se puede estimar el resto de las concentraciones La estrecha relacioacuten entre

las concentraciones de los homoacutelogos en lodos de EDAR es debida a su

naturaleza sinteacutetica ya que su produccioacuten suele tener maacutergenes muy

estrechos y las diferencias en el porcentaje de cada uno de los homoacutelogos

entre diferentes lotes de produccioacuten suelen ser despreciables

Teniendo en cuenta lo anteriormente expuesto se seleccionoacute como

variable respuesta para los siguientes tratamientos estadiacutesticos la columna

que conteniacutea los scores o valores generados por la PC1 para cada una de

las muestras analizadas

Tras la seleccioacuten de la variable respuesta se procedioacute a establecer

relaciones estadiacutesticas entre la columna de scores y las demaacutes variables

estudiadas La herramienta estadiacutestica utilizada fue el anaacutelisis de la

varianza (ANOVA) La robustez y exactitud de ANOVA permitioacute

analizar de manera independiente la variable respuesta frente a la dureza

al tipo de tratamiento y al nuacutemero de habitantes

A la hora de interpretar los resultados estadiacutesticos se tuvo en cuenta que

para un nivel de confianza del 95 valores del paraacutemetro estadiacutestico p

menores del 005 se consideraban estadiacutesticamente significativos Del

mismo modo valores de p mayores a 005 se estimaron como no

significativos

De acuerdo a lo comentado en el paacuterrafo anterior a traveacutes de la

significancia o no del valor p calculado para pares de variables se pudo

establecer conclusiones acerca de la influencia de las variables estudiadas

en la variable respuesta y por ende en los valores de concentracioacuten de

LAS obtenidos

El primer paso fue normalizar y transformar mediante la funcioacuten box-cox

la variable respuesta con objeto de aplicar de manera apropiada el modelo

estadiacutestico planteado por ANOVA

Tras la normalizacioacuten y posterior transformacioacuten se procedioacute al caacutelculo

del valor p para cada pareja de variables (variable respuesta frente a

dureza variable respuesta frente a tratamiento y variable respuesta frente

a habitantes)

Cabe destacar que para el caso de la variable habitantes no se pudo

establecer el modelo matemaacutetico ANOVA ya que las graacuteficas de los

residuos obtenidas no se ajustaban al principio de aleatoriedad en la

distribucioacuten Por tanto para evaluar la significancia de la variable

habitantes se optoacute por usar un tratamiento estadiacutestico no parameacutetrico

denominado el test de Kruskal-Wallis El significado del valor de p

obtenido mediante la aplicacioacuten de este test era similar al estimado

mediante ANOVA por lo que nos sirvioacute para estimar la significancia de

la variable habitantes en la variable respuesta

424 Tesis Doctoral

En la Tabla 67 se muestran los resultados obtenidos tras la aplicacioacuten de

las herramientas estadiacutesticas

Tabla 67- Anaacutelisis estadiacutestico

VARIABLES VALOR DE P CONCLUSIOacuteN

Respuesta vs habitantes 0187 No significativo

Respuesta vs dureza 0004 Significativo

Respuesta vs tratamiento 0000 Significativo

A la vista de los resultados obtenidos se puede concluir que tanto la

dureza del agua como el tipo de tratamiento usado tienen un peso

significativo en el valor de LAS encontrado en los lodos de EDAR

Sin embargo la concentracioacuten de LAS no depende en modo alguno

del nuacutemero de habitantes de la zona donde se encuentra la EDAR

26 ‐ Discusioacuten

Teniendo en cuenta lo anteriormente expuesto y los resultados obtenidos

se sacaron las siguientes conclusiones

bull Para el mismo tipo de tratamiento del lodo los mayores

valores de concentracioacuten de LAS se encontraron en las zonas

con mayor dureza del agua es decir las zonas litorales del

mediterraacuteneo como Alicante (2630 gmiddotKg-1 1910 gmiddotKg-1) o

Barcelona (2003 gmiddotKg-1)

bull De manera inversa las zonas con menor concentracioacuten de

sales en el agua son las que presentan menor concentracioacuten

de LAS en sus lodos de EDAR es decir el centro y el norte

de la peniacutensula Madrid (190 gmiddotKg-1) Castilla Leoacuten (220

gmiddotKg-1 y 270 gmiddotKg-1) y Logrontildeo (230 gmiddotKg-1)

bull Por lo tanto basaacutendose en lo anteriormente mencionado y en

las conclusiones obtenidas durante el tratamiento estadiacutestico

de los resultados se concluye que por encima de otras

caracteriacutesticas como el tamantildeo (nuacutemero de habitantes) de la

depuradora el factor principal que determina la

concentracioacuten de LAS en los lodos es la concentracioacuten de

sales en el agua Este hecho se explica como se comentoacute en

los capiacutetulos anteriores por la tendencia a precipitar que

tiene el LAS en presencia fundamentalmente de sales

caacutelcicas y magneacutesicas

bull Del mismo modo se detectoacute un comportamiento dispar en

cuanto a la concentracioacuten de LAS entre lodos aerobios y

lodos anaerobios presentando los lodos aerobios para zonas

con similar dureza del agua concentraciones muy inferiores

a las determinadas para lodos anaerobios Ejemplos son los

encontrados en Baleares (006 gmiddotKg-1 frente a 1570 gmiddotKg-1)

Madrid (007 gmiddotKg-1 frente a 381 gmiddotKg-1) y la Comunidad de

Valencia (023 gmiddotKg-1 frente a 2633 gmiddotKg-1) Estos resultados

demuestran la raacutepida degradacioacuten del LAS en condiciones

aerobias siendo mucho maacutes lenta su degradacioacuten bajo

condiciones anaerobias

426 Tesis Doctoral

bull Para lodos anaerobios tratados en la misma planta EDAR el

proceso de compostaje reduce la concentracioacuten de LAS como

por ejemplo en Sevilla (181 gmiddotKg-1 frente a 709 gmiddotKg-1)

bull De manera similar para el mismo tipo de lodo un proceso de

secado teacutermico posterior al tratamiento anaerobio favorece la

disminucioacuten de la concentracioacuten de LAS en el lodo Un

ejemplo de este tratamiento es Leoacuten (114 gmiddotKg-1 frente a

300 gmiddotKg-1)

bull Los lodos tratados mediante estabilizacioacuten quiacutemica presentan

menores concentraciones de LAS que los tratados en

condiciones anaerobias para provincias con similar dureza

del agua Por ejemplo en Galicia (035 gmiddotKg-1 frente a 452

gmiddotKg-1)

bull Finalmente en cuanto a las muestras analizadas

estacionalmente se observan variaciones sin embargo

destaca por encima de cualquier otra los valores detectados

en la planta EDAR de Alicante (263 gmiddotKg-1 frente a 1350

gmiddotKg-1) Esta significativa variacioacuten se pudo deber al cambio

poblacional provocado durante los meses de verano en un

zona con especial intereacutes turiacutestico

3‐ DETERMINACIOacuteN DE JABOacuteN EN LODOS DE EDAR

La carencia de estudios sobre el comportamiento ambiental del jaboacuten en

plantas EDAR es evidente ya que seguacuten se describioacute en la introduccioacuten

Apartado 246 el estudio ambiental del jaboacuten se resume en un ensayo de

monitorizacioacuten en una planta EDAR En dicho estudio para evaluar la

monitorizacioacuten se llevoacute a cabo un balance de materias el cual se basoacute en

el anaacutelisis de la cantidad de jaboacuten en el caudal de entrada de la

depuradora del lodo de EDAR resultante y del caudal de salida de la

planta

Desde el punto de vista analiacutetico existen soacutelo dos artiacuteculos Capiacutetulo 1

apartado 252 que hacen referencia al anaacutelisis de jaboacuten en lodos de

EDAR Con los resultados obtenidos por estas metodologiacuteas no se

pudieron derivar conclusiones generales ya que se analizaron un nuacutemero

demasiado pequentildeo de muestras como para ser consideradas

representativas

La concentraciones encontradas de jaboacuten en estas matrices fueron muy

elevadas (del orden de gmiddotKg-1) debido a que de la misma manera que el

LAS el jaboacuten tiene tendencia a precipitar fundamentalmente en presencia

de sales caacutelcicas y magneacutesicas

Teniendo en cuenta lo anteriormente expuesto en este capiacutetulo se propone

llevar a cabo un estudio lo suficientemente representativo en nuacutemero y en

diversidad como para sacar conclusiones generales acerca de la

428 Tesis Doctoral

concentracioacuten de jaboacuten en lodos de EDAR y por ende de su

comportamiento ambiental en las plantas EDAR

Al igual que el LAS las muestras de lodos analizados fueron tomadas en

diferentes plantas EDAR de Espantildea El muestreo se llevoacute a cabo desde

noviembre del 2005 hasta noviembre del 2006 Para algunas depuradoras

se realizoacute un muestreo estacional Sin embargo debido a la escasez de

cantidad de muestra se analizaron un nuacutemero menor de muestras que para

el LAS seleccionado aquellos lodos con un mayor intereacutes

medioambiental

En la Tabla 68 se caracterizan las muestras indicando el lugar de la

ANDALUCIA AN1 Sevilla 132000 Anaeroacutebico AN5 Sevilla 620000 Anaeroacutebico

AN5COM Sevilla 620000 Anaeroacutebico compostado

ASTURIAS

BALEARES

CATALUNtildeA

CA3 Barcelona 225000 Anaeroacutebico CA12 Barcelona ldquo Anaeroacutebico

ISLAS CANARIAS

CASTILLA-LEOacuteN CL3 Leoacuten 185000 Anaeroacutebico

CL3ST Leoacuten 185000 Anaero + secado teacutermico

CASTILLA-LA MANCHA

CM2 Ciudad Real 200000 Anaeroacutebico

COMUNIDAD VALENCIANA CV3 Alicante 562000 Anaeroacutebico CV4 Alicante 280000 Anaeroacutebico

430 Tesis Doctoral

EXTREMADURA EX2 Badajoz 143000 Anaeroacutebico EX3 Meacuterida 50000 Aeroacutebico

GALICIA GA1 Pontevedra 400000 Anaeroacutebico

LA RIOJA

MADRID MA2 Madrid 950000 Anaeroacutebico MA7 Madrid 1000000 Anaeroacutebico

MA10 Madrid 320000 Anaeroacutebico

PAIacuteS VASCO

PV3 Guipuacutezcoa 35000 Anaeroacutebico

para determinar la cantidad de jaboacuten presente en las muestras de lodos

bull Pesar dependiendo del tipo de muestra entre 01 g y 10 g

de muestra en los tubos del tefloacuten del microondas

bull Antildeadir 50 mL de eacuteter de petroacuteleo y llevar a cabo la

extraccioacuten con el microondas

bull Antildeadir 50 mL de agua 50 mg de EDTA-3K y 25 mg de

K2CO3 Calentar durante 4 h a 105 ordmC

bull Antildeadir 50 mL de metanol Extraccioacuten en el microondas

bull En un microreactor pipetear 2 mL del extracto metanoacutelico y

1 mL de disolucioacuten de patroacuten interno (40 mgmiddotL-1)

acetonitrilo) y 100 microL de disolucioacuten de eacuteter corona (05

mm en acetonitrilo)

bull Antildeadir 38 mL de agua Volumen final de 4 mL

bull Inyeccioacuten en el cromatoacutegrafo de liacutequidos Deteccioacuten

fluorescente

432 Tesis Doctoral

34 - Resultados

En la Tabla 69 se muestran los resultados obtenidos Cabe resaltar que

la concentracioacuten de jaboacuten presentada al igual que la de LAS es la

concentracioacuten total entendiendo como tal la suma de las concentraciones

de cada uno de los homoacutelogos analizados (C12-C181) Para calcular la

concentracioacuten media total y la desviacioacuten estaacutendar de la media se

analizaron dos reacuteplicas experimentales y tres instrumentales por cada

muestra para obtener un total de seis datos

ANDALUCIA AN1 Sevilla 734 234 AN5 Sevilla 802 189

ARAGOacuteN

BALEARES

BA1 Palma 971 367 BA2 Palma 954 389

CATALUNtildeA

ISLAS CANARIAS

CASTILLA-LEOacuteN CL3 Leoacuten 1757 267

CASTILLA-LA MANCHA CM2 Ciudad Real 747 256

CV3 Alicante 19036 333 CV4 Alicante 1153 354

EXTREMADURA

GALICIA

GA1 Pontevedra 2765 199

LA RIOJA LR1 Logrontildeo 1093 371

MADRID

MA2 Madrid 1547 306 MA7 Madrid 865 312

MA10 Madrid 1341 356

PAIacuteS VASCO

PV3 Guipuacutezcoa 1199 367

Del mismo modo en la Tabla 610 se muestran los resultados de los

lodos analizados de forma estacional La primera toma se refiere al

periacuteodo comprendido entre noviembre 2005 hasta enero del 2006 La

434 Tesis Doctoral

segunda toma por su parte se llevoacute a cabo entre febrero y mayo del 2006

Entre junio y agosto del 2006 se realizoacute la tercera toma y finalmente

desde septiembre a noviembre del 2006 se tomoacute la cuarta

[LAS] (gmiddotkg-1)

1T DER

() 2T-3T

CV4 2657 387 1150 354

de lodo de EDAR Cabe resaltar que existiacutea un mayor porcentaje del jaboacuten

con cadena lineal maacutes larga eso es debido a que el jaboacuten ldquopesadordquo tiene

una mayor tendencia a precipitar en presencia de sales

LU C16K

En la Tabla 611 se muestran el porcentaje promedio de cada tipo

de jaboacuten para muestras de lodos de EDAR

Tabla 611- Porcentaje promedio del jaboacuten en muestras de lodos de EDAR

Jaboacuten Porcentaje ()

C12 102

C14 68

C16 477

C181 42

C18 311

El tratamiento estadiacutestico usado es similar al planteado el en Apartado 25

del presente Capiacutetulo Del mismo modo las variables estudiadas son

ideacutenticas a las seleccionadas para el caso del LAS salvo en el caso de la

concentracioacuten que para el jaboacuten estaacute dividida en cinco partes de acuerdo

a los cinco diferentes tipos de jaboacuten analizados (C12 C14 C16 C18 C181)

En la Tabla 612 se muestran los resultados obtenidos tras aplicar el

anaacutelisis por componentes principales

436 Tesis Doctoral

JABOacuteN PC1 PC2

C12 0418 -0501

C14 0493 0113

C16 0494 -0076

C18 0489 -0149

C181 0314 0842

A diferencia del LAS en el cual soacutelo se apreciaba una componente

principal mayoritaria en el caso del jaboacuten se pueden apreciar dos

componentes principales con peso estadiacutestico

La PC1 estaacute compuesta en proporcioacuten parecida por el jaboacuten tipo C12

C14 C16 C18 y en menor medida de jaboacuten tipo C181 Por su parte la PC2

estaacute compuesta de manera principal por el jaboacuten C181

A la vista de los resultados obtenidos se optoacute por llevar a cabo el

posterior anaacutelisis AVONA con dos variables respuesta (valores de PC1 y

valores de PC2) Con objeto de simplificar las conclusiones se establecioacute

la aproximacioacuten de que los valores de la PC1 estaba compuestos de

manera similar por todos los analitos excepto el jaboacuten tipo C181 y que la

PC2 por su parte respondiacutea a los valores generados por el jaboacuten tipo

Por las mismas razones que las expuestas en el Apartado 25 del presente

Capiacutetulo no se pudo establecer el tratamiento ANOVA para la variable

habitantes con ninguna de las variables respuesta por lo que se optoacute por

usar el test no parameacutetrico de Kruskal-Wallis De igual manera el test

ANOVA no presentaba buenos resultados con la variable respuesta PC2

por lo que se usoacute el test de Kruskal-Wallis para calcular el valor p En los

demaacutes casos se pudo establecer el modelo ANOVA sin ninguacuten problema

En la Tabla 613 se muestran los resultados obtenidos tras aplicar los

tratamientos estadiacutesiticos

PC1 vs habitantes 0223 No significativo

PC1 vs dureza 0009 Significativo

PC1 vs tratamiento 0830 No significativo

PC2 vs dureza 0584 No significativo

Teniendo en cuenta los valores de p obtenidos soacutelo la dureza es

significativa en la concentracioacuten de jaboacuten en lodos de EDAR siendo el

resto de variables no significativas

36 - Discusioacuten

A la vista de los resultados obtenidos se sacaron las siguientes

conclusiones

bull Los valores maacutes altos de jaboacuten se localizaron en el centro-

norte de Espantildea como por ejemplo Barcelona (4625 gmiddotKg-

438 Tesis Doctoral

1) Leoacuten (1757 gmiddotKg-1) Alicante (19036 gmiddotKg-1) Pontevedra

(2765 gmiddotKg-1) y Pamplona (7480 gmiddotKg-1)

bull Del mismo modo los valores maacutes bajos se detectaron en el

sur de la peniacutensula y en las islas como por ejemplo Sevilla

(734 gmiddotKg-1) Tenerife (652 gmiddotKg-1) Badajoz (534 gmiddotKg-1) y

Ciudad Real (747 gmiddotKg-1)

bull Teniendo en cuenta las conclusiones anteriores y con

excepcioacuten de la dureza la falta de significancia de las

variables estudiada en el apartado del tratamiento estadiacutestico

se dedujo la posibilidad de que la temperatura fuera el factor

que maacutes influiacutea en la concentracioacuten de jaboacuten en los lodos de

EDAR sobre todo basaacutendose en la diferencia existente en la

temperatura entre el norte y el sur de Espantildea y la manifiesta

insolubilidad del jaboacuten en agua a temperaturas por debajo de

20 ordmC

bull No se observoacute diferencia significativa en la concentracioacuten de

jaboacuten entre lodos aerobios y anaerobios para provincias

similares Un ejemplo es Palma de Mallorca (971 gmiddotKg-1

frente a 954 gmiddotKg-1)

bull Cabe destacar que el lodo estabilizado quiacutemicamente

presenta una concentracioacuten de jaboacuten muy elevada (Oviedo

4655 gmiddotKg-1)

bull Se detectaron diferencias significativas entre un mismo lodo

compostado y sin compostar favoreciendo el proceso de

compostaje la eliminacioacuten de jaboacuten (802 gmiddotKg-1 frente a 249

gmiddotKg-1)

bull Del mismo modo se comproboacute que el proceso de secado

posterior al tratamiento anaerobio favoreciacutea la desaparicioacuten

de jaboacuten (1757 gmiddotKg-1 frente a 1234 gmiddotKg-1)

bull Finalmente para el lodo estudiado de manera estacional se

detectoacute una clara variacioacuten en la concentracioacuten de jaboacuten entre

la temporada turiacutestica (2657 gmiddotKg-1) y el resto del antildeo (115

gmiddotKg-1)

4‐ COMPARACIOacuteN DE RESULTADOS ENTRE EL JABOacuteN Y EL

Se compararon los resultados obtenidos por los analitos objetos de

estudio y se detectoacute que a pesar de ser tensioactivos de la misma familia

(anioacutenicos) tanto las concentraciones como los patrones seguidos en su

comportamiento eran sensiblemente diferentes para ambas sustancias

Cabe destacar que la comparacioacuten se llevoacute a cabo con las variables

disponibles (concentracioacuten de los analitos poblacioacuten dureza del agua y

tratamiento de los lodos) Por falta de datos no se tuvieron en cuenta

factores como volumen de agua tratado al diacutea tiempos de parada

temperatura etc Los cuales pudieron haber influido de manera notable en

los resultados finales

440 Tesis Doctoral

A continuacioacuten se resumen las principales conclusiones que se sacaron de

la comparacioacuten

bull Las concentraciones de jaboacuten determinadas eran

significativamente mayores que las halladas para el LAS

siendo los maacuteximos (19036 gmiddotKg-1 frente 2633 gmiddotKg-1) y los

miacutenimos (246 gmiddotKg-1 frente a 006 gmiddotKg-1) para cada analito

diametralmente dispares Este fenoacutemeno pudo deberse al

mayor consumo del jaboacuten y a su mayor tendencia a

precipitar

bull Tanto la concentracioacuten del LAS como la de jaboacuten se veiacutean

muy influenciadas por la cantidad de sales presentes en el

agua aunque en caso del jaboacuten se observoacute una tendencia a

encontrar concentraciones elevadas en el centro-norte de

Espantildea por lo que se planteoacute la hipoacutetesis de que la

temperatura podriacutea ser un factor a considerar en los

resultados finales

bull Al contrario que en el caso del jaboacuten se detectaron

diferencias significativas en las concentraciones de LAS entre

un lodo aerobio y otro anaerobio

bull De igual manera se detectoacute un comportamiento dispar en

presencia de la estabilizacioacuten quiacutemica determinaacutendose

concentraciones pequentildeas para el LAS (085 gmiddotKg-1) y

concentraciones altas para el jaboacuten (4655 gmiddotKg-1)

bull Para finalizar se observoacute un comportamiento similar de

ambos tensioactivos frente al compostaje el tratamiento

quiacutemico y al estudio estacional

442 Tesis Doctoral

CAPIacuteTULO 7

DETERMINACIOacuteN DE TENSIOACTIVOS EN

SEDIMENTOS Y TIERRA

Determinacioacuten de tensioactivos en sedimentos y tierra 445

En el presente capiacutetulo se presentan los resultados obtenidos tras la

aplicacioacuten de las metodologiacuteas propuestas para la determinacioacuten de LAS y

jaboacuten en sedimentos marinos y de jaboacuten en tierra

En la primera parte se aborda la determinacioacuten de LAS en sedimentos

marinos desarrollaacutendose en el primer apartado una contextualizacioacuten del

proceso de determinacioacuten Al igual que en el caso de la determinacioacuten en

lodos de EDAR se desarrollan en los apartados siguientes la

caracterizacioacuten de la muestras la presentacioacuten de los resultados el

tratamiento estadiacutestico y para finalizar en el uacuteltimo apartado se expone

una discusioacuten de los resultados obtenidos presentando una serie de

conclusiones finales acerca del comportamiento del LAS en las muestras

de sedimentos recogidas

446 Tesis Doctoral

determinacioacuten del jaboacuten en sedimentos La estructurada seguida es muy

parecida a la del LAS empezando por una pequentildea introduccioacuten o

En la tercera parte teniendo en cuenta todos los resultados presentados se

desarrolla una comparativa entre los dos tipos de analitos estudiados

proponiendo al final unas conclusiones generales acerca del

comportamiento del jaboacuten y del LAS en las muestras tratadas

Para finalizar en la uacuteltima parte se muestran los resultados obtenidos tras

aplicar la metodologiacutea propuesta para la determinacioacuten de jaboacuten en

muestras de tierra El desarrollo seguido es similar al expuesto para

sedimentos marinos

2- DETERMINACIOacuteN DE LAS EN SEDIMENTOS MARINOS

Existen varias publicaciones que hacen referencia a la determinacioacuten de

LAS en sedimentos marinos1234 Por lo que gracias a estos estudios se

1 Rubio JA Gonzaacutelez-Mazo E Goacutemez-Parra A Sorption of linear

alkylbenzenesulfonates (LAS) on marine sediments Marine Chemistry 54 171-177 1996

2 DelValls TA Forja JM Gonzaacutelez-Mazo E Goacutemez-Parra A Determining contamination sources in marine sediments using multivariate analysis Trends in Analytical Chemistry 17 181-192 1998

3 Leoacuten VM Gonzaacutelez-Mazo E Goacutemez-Parra A Handling of marine and estuarine samples for the determination of linear alkylbenzene sulfonates and sulfophenylcarboxylic acids Journal of Chromatography A 889 211-219 2000

pueden obtener conclusiones generales del comportamiento ambiental del

LAS en sedimentos marinos

A pesar de estos estudios hasta la fecha no se habiacutea llevado a cabo un

ensayo estacional en varios puntos de muestreo

Teniendo en cuenta lo anteriormente expuesto y para completar los

estudios anteriores sobre el LAS en sedimentos marinos se presenta a

continuacioacuten un ensayo estacional realizado en varios puntos cercanos a

un emisario marino

Las muestras de sedimentos analizadas fueron tomadas al Sur al Este al

Oeste y debajo de la boca de dos emisarios correspondientes a dos plantas

depuradoras localizadas en Almeriacutea y Roquetas de Mar Cabe destacar

que los emisarios estaban situados a 150 m (Almeriacutea) y a 200 m

(Roquetas) de la costa En la Figura 71 se muestra los puntos de

muestreo De acuerdo a la carta marina la profundidad media de las

muestras colectadas fue de 150 m

4 Gonzaacutelez-Mazo E Goacutemez-Parra A Monitoring anionic surfactants (LAS) and their

intermediate degradation products in the marine sediments Trends in Analytical chemistry 15 375-380 1996

448 Tesis Doctoral

Figura 71- Localizacioacuten de los puntos muestreados

Se obtuvieron seis muestras estacionales de cada punto las cuales

estuvieron comprendidas entre mayo del 2002 y julio del 2003 En la

Tabla 71 se detalla el estudio estacional realizado y la nomenclatura

usada para caracterizar el lugar de muestreo

Tabla 71- Muestras de sedimentos marinos

PRIMER MUESTREO MAYO 2002

Emisario 1 Emisario 2

(E1B)2 (E2B)2

(E1E)2 (E2E)2

(E1S)2 (E2S)2

(E1O)2 (E2O)2

SEGUNDO MUESTREO JUNIO 2002

(E1B)3 (E2B)3

(E1E)3 (E2E)3

(E1S)3 (E2S)3

(E1O)3 (E2O)3

TERCER MUESTREO JULIO 2002

(E1B)4 (E2B)4

(E1E)4 (E2E)4

(E1S)4 (E2S)4

(E1O)4 (E2O)4

CUARTO MUESTREO ENERO 2003

(E1B)5 (E2B)5

(E1E)5 (E2E)5

(E1S)5 (E2S)5

(E1O)5 (E2O)5

450 Tesis Doctoral

Tabla 71- Muestras de sedimentos marinos (cont)

QUINTO MUESTREO ABRIL 2003

(E1B)6 (E2B)6

(E1E)6 (E2E)6

(E1S)6 (E2S)6

(E1O)6 (E2O)6

SEXTO MUESTREO JULIO 2003

(E1B)7 (E2B)7

(E1E)7 (E2E)7

(E1S)7 (E2S)7

(E1O)7 (E2O)7

para determinar el contenido de LAS presente en las muestras de

sedimentos marinos

de malla) de las muestras de sedimentos marinos

bull Pesar dependiendo del tipo de muestra 5 g de muestra en los

tubos del tefloacuten del microondas

(10 mgmiddotL-1)

aguametanol (6040)

24 - Resultados

la concentracioacuten de LAS presentada es la concentracioacuten total entendiendo

452 Tesis Doctoral

Tabla 72- Resultados de las muestras de sedimentos marinos

Muestra Conc (mgmiddotKg-1)

DER ()

(E1B)2 118 135 (E2B)2 089 178

(E1E)2 004 218 (E2E)2 lt LC -

(E1S)2 014 163 (E2S)2 023 124

(E1O)2 009 124 (E2O)2 012 143

DER ()

(E1B)3 7090 207 (E2B)3 12360 234

(E1E)3 061 189 (E2E)3 008 198

(E1S)3 003 167 (E2S)3 012 201

(E1O)3 023 132 (E2O)3 006 223

DER ()

(E1B)4 091 131 (E2B)4 125 223

(E1E)4 024 112 (E2E)4 034 267

(E1S)4 119 146 (E2S)4 125 189

(E1O)4 012 151 (E2O)4 lt LC -

Tabla 72- Resultados de las muestras de sedimentos marinos (cont)

DER ()

(E1B)5 588 267 (E2B)5 345 178

(E1E)5 014 201 (E2E)5 007 131

(E1S)5 033 234 (E2S)5 045 152

(E1O)5 025 211 (E2O)5 030 301

DER ()

(E1B)6 4010 207 (E2B)6 3070 297

(E1E)6 102 176 (E2E)6 087 195

(E1S)6 935 182 (E2S)6 1181 213

(E1O)6 199 191 (E2O)6 165 256

DER ()

(E1B)7 148 213 (E2B)7 170 312

(E1E)7 035 278 (E2E)7 040 267

(E1S)7 022 178 (E2S)7 022 097

(E1O)7 021 199 (E2O)7 020 123

de sedimentos marinos Al igual que para el caso de las muestras de lodos

cabe resaltar que se encontroacute un mayor porcentaje de los homoacutelogos del

LAS con cadena lineal maacutes larga lo cual es debido a que el LAS ldquopesadordquo

454 Tesis Doctoral

tiene una mayor tendencia a precipitar en presencia de sales siendo su

proporcioacuten auacuten mayor que la determinada para lodos de EDAR

Figura 72- Cromatograma estaacutendar para un sedimento marino

homoacutelogo del LAS para muestras de sedimentos marinos y el porcentaje

en una muestra patroacuten comercial de LAS

Tabla 73- Porcentaje promedio del LAS en muestras de sedimentos marinos

OslashC10 25

OslashC11 223

OslashC12 359

OslashC13 393

OslashC10

OslashC11

OslashC12

OslashC13

OslashC10 141

OslashC11 313

OslashC12 300

OslashC13 238

El tratamiento seguido es similar al descrito en el Capiacutetulo 6 apartado

conforme a los cuatro homoacutelogos mayoritarios de LAS existentes

bull Punto de muestreo se dividioacute en cuatro niveles 1 para muestras

tomadas en la boca del emisario 2 para muestras tomadas al Este

del emisario 3 para muestras tomadas al Sur del emisario y 4 para

muestras tomadas al Oeste del emisario

bull Toma se dividioacute en seis de acuerdo a las diferentes tomas

realizadas en los mismos puntos durante diferentes meses

bull Emisario se dividioacute en dos 0 para el emisario 1 y 1 para el

emisario 2

456 Tesis Doctoral

OslashC10 0478 -0868

OslashC11 0505 0347

OslashC12 0509 0151

OslashC13 0506 0322

Los resultados y por tanto las conclusiones son similares a las obtenidas

en el Capiacutetulo 6 apartado 25

Del mismo modo se procedioacute a calcular los valores de p para cada pareja

de variables (variable respuesta frente a punto de muestreo variable

respuesta frente a toma y variable respuesta frente a muestreo)

En el caso de los sedimentos se aplicoacute de manera satisfactoria el test de

ANOVA ya que todos los residuos cumpliacutean el principio de aleatoriedad

en la distribucioacuten

En la Tabla 76 se muestran los valores de p obtenidos

Respuesta vs punto de m 0000 Significativo

Respuesta vs toma 0013 Significativo

Respuesta vs emisario 0811 No significativo

A la vista de los resultados obtenidos se puede concluir que tanto el punto

de muestreo como la toma tienen un peso significativo en el valor de

LAS encontrado en los sedimentos Sin embargo la concentracioacuten

de LAS no depende en modo alguno del tipo de emisario

26 - Discusioacuten

Teniendo en cuenta los resultados mostrados en el apartado anterior se

concluyoacute que

bull Los valores maacutes altos de concentracioacuten de LAS se

encontraron debajo de la boca de los emisarios como por

ejemplo (E1B)3 con 7096 mgmiddotKg-1 (E2B)3 con 1236 mgmiddotKg-

1 (E1B)6 con 4010 mgmiddotKg-1 y (E2B)6 con 3070 mgmiddotKg-1

bull Del mismo modo los valores maacutes bajos de concentracioacuten se

encontraron en los puntos muestreados al Este al Oeste y al

Sur de la boca de los emisarios ejemplos son (E2E)5 con 007

mgmiddotKg-1 (E1S)3 con 003 mgmiddotKg-1y (E1O)3 con 006 mgmiddotKg-1

Los valores obtenidos teniacutean una distribucioacuten aleatoria ya

que no se pudo determinar ninguna relacioacuten entre la

458 Tesis Doctoral

concentracioacuten y los tres puntos de muestreo alternaacutendose los

valores miacutenimos entre las tres zonas (Este Oeste y Sur)

bull Cabe resaltar que las muestras tomadas en un mismo

muestreo pero en emisarios diferentes presentaban resultados

con orden de magnitud parecido Ejemplos son (E1B)6 con

4010 mgmiddotKg-1 frente a (E2B)6 con 3070 mgmiddotKg-1 y (E1B)7

con 148 mgmiddotKg-1 frente a (E2B)7 con 170 mgmiddotKg-1

bull Finalmente a pesar de que el tratamiento estadiacutestico

demostroacute la significancia del muestreo en la concentracioacuten

del LAS no se pudo establecer una clara relacioacuten entre la

estacionalidad de dicho muestreo y la concentracioacuten debido

a que se encontraron tanto valores altos como bajos de LAS

en las diferentes estaciones estudiadas (verano primavera e

invierno)

3- DETERMINACIOacuteN DE JABOacuteN EN SEDIMENTOS MARINOS

En el caso del jaboacuten a diferencia que en el LAS existe soacutelo una cita

bibliograacutefica que hace referencia al anaacutelisis de jaboacuten en sedimentos

marinos5 Por lo tanto tanto por el nuacutemero de muestras analizadas como

la estacionalidad de las mismas el trabajo estacional que se presenta a

continuacioacuten es novedoso

5 Gilleleje JF Cassani G Ferrer J Loacutepez I Linear Alkylbenzene sulphonates and soap

analyzed in marine sediments from the Baltic Proper and Little Belt Tenside Surf Det 40 1 2003

La muestras analizadas fueron las mismas que para el caso del LAS

Apartado 22 Sin embargo debido a la escasez de cantidad de muestra se

analizaron un nuacutemero menor de muestras que para el LAS seleccionando

aquellos sedimentos con un mayor intereacutes medioambiental

En la Tabla 77 se caracterizan las muestras de sedimentos analizadas

para el caso del jaboacuten

460 Tesis Doctoral

Emisario 1 (E1E)2 (E1O)2

Emisario 1 (E1B)3 (E1S)3

Emisario 1 (E1B)5 (E1S)5 (E1O)5

para determinar la concentracioacuten de jaboacuten presente en las muestras de

sedimentos marinos

de malla) de las muestras de sedimento marino

bull Pesar 5 g de muestra en los tubos del tefloacuten del microondas

extraccioacuten en el microondas

mm en acetonitrilo)

fluorescente

462 Tesis Doctoral

34 - Resultados

concentracioacuten de jaboacuten presentada al igual que la de LAS es la

La diferencias con respecto al nuacutemero de muestras analizadas para el LAS

se debe de manera fundamental a la escasez de la cantidad de muestra

Por la misma razoacuten tan soacutelo se analizoacute uno de los emisarios

Emisario 1 Conc (mgmiddotKg-1) DER ()

(E1E)2 9501 234

(E1O)2 1437 212

(E1B)3 72618 318

(E1S)3 27355 332

(E1B)4 24876 197

(E1S)4 7538 267

(E1B)5 14008 217

(E1S)5 5357 363

(E1O)5 4732 153

(E1B)6 358054 097

(E1S)6 122502 145

(E1O)6 132412 167

(E1B)7 294061 267

(E1S)7 101808 289

(E1O)7 96745 203

cabe resaltar que se determinoacute un mayor porcentaje del jaboacuten con cadena

lineal maacutes larga debido a que el jaboacuten ldquopesadordquo tiene una mayor

tendencia a precipitar en presencia de sales siendo su proporcioacuten auacuten

mayor que la determinada para lodos de EDAR

464 Tesis Doctoral

En la Tabla 79 se muestran el porcentaje promedio de cada tipo de jaboacuten

para muestras de sedimentos marinos

Tabla 79- Porcentaje promedio del jaboacuten en muestras de sedimentos marinos

JABOacuteN PORCENTAJE ()

C12 72

C14 68

C16 502

C181 37

C18 321

En cuanto a las variables estudiadas las diferencias con respecto al LAS

fueron significativas

bull La concentracioacuten de jaboacuten la cual se dividioacute en cuatro variables

conforme a los cuatro analitos determinados (C14 C16 C18 C181)

bull Punto de muestreo se dividioacute tres niveles 1 para muestras

tomadas en la boca del emisario 2 para muestras tomadas al Sur

del emisario 3 para muestras tomadas al Oeste

466 Tesis Doctoral

JABOacuteN PC1 PC2

C14 0537 0225

C16 0549 -0102

C18 0511 -0804

C181 0491 0540

A diferencia de lo obtenido en el caso de los lodos de EDAR con soacutelo una

componente principal se podiacutea explicar el 915 del modelo establecido

con lo que en este caso no fue necesario establecer las consideraciones

que se llevaron a cabo en el Capiacutetulo 6 apartado 35

Debido a la falta de datos no se pudo aplicar con ciertas garantiacuteas ni el

test de ANOVA ni el test de Kruskal-Wallis Para estimar una posible

relacioacuten entre las variables se optoacute por usar la correlacioacuten de Pearson

con la cual se podiacutea estimar un valor de p y se podiacutean establecer

conclusiones acerca de las posibles relaciones entre las variables

En la Tabla 711 se muestran los resultados obtenidos tras aplicar la

correlacioacuten de Pearson

PC1 vs punto de m 0435 No significativo

PC1 vs toma 0017 Significativo

Teniendo en cuenta los valores de p obtenidos soacutelo la toma es

significativa en la concentracioacuten de jaboacuten en sedimentos marinos siendo

el punto de muestreo no significativo

36 - Discusioacuten

concluyoacute que

bull A pesar de que el tratamiento estadiacutestico mostroacute que la toma

en diferentes puntos no era significativa los valores maacutes

altos de jaboacuten para cada muestreo se encontraron en las

muestras tomadas en la boca del emisario Del mismo modo

los valores maacutes bajos se determinaron en las muestras

tomadas al Sur y al Oeste del emisario Ejemplos son (E1B)3

con 72618 mgmiddotKg-1 frente a (E1S)3 con 27355 mgmiddotKg-1 y

(E1B)7 con 294061 mgmiddotKg-1 frente a (E1S)7 con 101808

mgmiddotKg-1 Esta aparente contradiccioacuten se puede explicar por la

falta de datos al aplicar la correlacioacuten de Pearson lo que no

permite establecer unas conclusiones claras desde el punto de

vista de la estadiacutestica

bull Aunque las mayores concentraciones de jaboacuten se encontraron

en muestreos correspondientes a las estaciones de primavera

y verano ((E1B)7 con 294061 mgmiddotKg-1 (E1B)6 con 358054

mgmiddotKg-1) la falta de maacutes datos en otras estaciones impidioacute

establecer una relacioacuten clara entre las estaciones y la

concentracioacuten de jaboacuten

468 Tesis Doctoral

bull En los muestreos en los que se analizaron tres muestras no

se pudo observar diferencias significativas en la

concentracioacuten de jaboacuten entre las tomas tomadas al Sur y al

Oeste del emisario Ejemplos son (E1S)6 con 122502 mgmiddotKg-

1 frente a (E1O)6 con 132412 mgmiddotKg-1 y (E1S)7 con 101808

mgmiddotKg-1 frente a (E1O)7 con 96745 mgmiddotKg-1

4- COMPARACIOacuteN DE RESULTADOS ENTRE EL JABOacuteN Y EL

A continuacioacuten se resumen las principales conclusiones que se obtuvieron

de la comparacioacuten

significativamente mayores que las encontradas para el LAS

siendo los maacuteximos (358054 mgmiddotKg-1 frente 12360 mgmiddotKg-1)

y los miacutenimos (1437 mgmiddotKg-1 frente a 006 mgmiddotKg-1) para

cada analito diametralmente dispares Este fenoacutemeno pudo

deberse al igual que en el caso de lodos EDAR al mayor

consumo del jaboacuten y a su mayor tendencia a precipitar

bull Para ambos casos se observoacute diferentes concentraciones

entre muestras tomadas en la boca del emisario y las

recogidas al Este al Oeste y al Sur conteniendo estas uacuteltimas

cantidades de tensioactivos anioacutenicos sensiblemente menores

que las obtenidas en la boca

bull Del igual modo no se detectoacute para ambos tensioactivos

variabilidad significativa entre las muestras recogidas al Sur

al Este y al Oeste para un muestreo dado

bull Para el caso del LAS no se observoacute ninguna relacioacuten entre la

concentracioacuten y la estacionalidad de los muestreos En

cambio para el jaboacuten se detectaron mayores

concentraciones para las estaciones maacutes calurosas (primavera

y verano) Sin embargo la falta de datos impidioacute generalizar

el comportamiento observado

5- DETERMINACIOacuteN DE JABOacuteN EN TIERRA

De acuerdo con la bibliografiacutea estudiada no se habiacutea aplicado ninguna

metodologiacutea analiacutetica para la determinacioacuten de jaboacuten en tierra Teniendo

en cuenta este hecho en los siguientes apartados se describe la aplicacioacuten

de la metodologiacutea propuesta para muestras de tierra de la Huerta de la

Vega de Granada

Los resultados obtenidos de esta aplicacioacuten fueron de utilidad para

completar el estudio ambiental del jaboacuten el cual se inicioacute con las

aplicaciones llevadas a cabo en otras matrices (lodos de EDAR y

sedimentos)

470 Tesis Doctoral

Las muestras analizadas fueron colectadas de 16 puntos de la zona de la

Vega de Granada Esta es una regioacuten feacutertil destinada a la agricultura que

estaacute situada a 5 km de la ciudad de Granada y constituye uno de los maacutes

importantes acuiacuteferos de Andaluciacutea En esta zona las muestras fueron

colectadas en distintas localidades en Belicena en Churriana de la

Vega en Granada Las Gabias Cullar y Alhendiacuten Una de las muestras

procedentes de Belicena era de la Finca Santa Mariacutea (FSM)

Las muestras fueron colectadas de la capa superficial (aproximadamente

0 ndash 10 cm) y en todas ellas no habiacutea ninguacuten cultivo en el momento de la

colecta

En la Tabla 712 se muestran la localizacioacuten de las muestras colectadas

Tabla 712- Localizacioacuten de las muestras de tierra analizadas

MUESTRA LOCALIZACIOacuteN COORDENADAS (N)

T1 Granada 37ordm10acute194acuteacute

T3 Churriana 37ordm09acute108acuteacute

T4 Las Gabias 37ordm07acute494acuteacute

T6 Alhendiacuten 37ordm06acute540acuteacute

T7 Carretera de la Malahaacute 37ordm04acute450acuteacute

T8 Polanco 37ordm05acute143acuteacute

T10 Cullar 37ordm09acute469acuteacute

T12 Belicena (FSM) 37ordm10acute302acuteacute

T13 Belicena 37ordm10acute494acuteacute

T14 Vegas del Genil 37ordm10acute163acuteacute

El tratamiento de muestra es el mismo que el descrito en el Apartado 33

del presente capiacutetulo

54 - Resultados

la concentracioacuten de jaboacuten presentada es la concentracioacuten total

entendiendo como tal la suma de las concentraciones de cada uno de los

472 Tesis Doctoral

homoacutelogos analizados (C12-C181) Para calcular la concentracioacuten media

total y la desviacioacuten estaacutendar de la media se analizaron dos reacuteplicas

experimentales y tres instrumentales por cada muestra para obtener un

total de seis datos

Tabla 713- Concentracioacuten calculada de las muestras de tierra analizadas

MUESTRA CONCENTRACIOacuteN (mgmiddotKg-1)

DER ()

T1 1883 053

T2 lt LD -

T3 3038 065

T4 2165 043

T5 2542 049

T6 3606 074

T7 3591 071

T8 2764 039

T9 1622 069

T10 1832 033

T11 lt LD -

T12 lt LD -

T13 lt LD -

T14 3617 081

T15 972 062

T16 918 022

de tierra Al igual que para el caso de las muestras de lodos y sedimentos

cabe resaltar que se encontroacute un mayor porcentaje del jaboacuten con cadena

lineal maacutes larga

Figura 74- Cromatograma estaacutendar para tierra

En la Tabla 714 se muestran el porcentaje promedio de cada tipo de

jaboacuten para muestras de sedimentos marinos

Tabla 714- Porcentaje promedio del jaboacuten en muestras de tierra

C12 42

C14 38

C16 493

C181 67

C18 360

55 - Discusioacuten

concluyoacute que

474 Tesis Doctoral

bull Las concentraciones detectadas para jaboacuten fueron

sensiblemente menores que las calculadas para otras matrices

ambientales ya que coacutemo maacuteximo se encontraron 3617

mgmiddotKg-1 frente a 358054 mgmiddotKg-1 en sedimentos marinos y

19036 gmiddotKg-1 en lodos de EDAR

bull No se pudo establecer ninguna relacioacuten entre la

concentracioacuten de jaboacuten y la localizacioacuten de la muestra

debido a que la cantidad de jaboacuten dependiacutea en gran medida

de variables difiacutecilmente medibles como la frecuencia de

regado tipo y duracioacuten de la uacuteltima siembra vertidos

directos de detergente uso de pesticidas etc

CAPIacuteTULO 8

ESTUDIO DE CAMPO

Estudio de campo 477

1 - INTRODUCCIOacuteN

En el presente Capiacutetulo se aborda el estudio del jaboacuten en un determinado

ambiente natural con objeto de conocer su comportamiento en dicho

Con esta finalidad se llevaron a cabo experimentos preliminares que

permitieron caracterizar quiacutemica y fiacutesicamente las matrices involucradas

(suelo agriacutecola y agua de pozo) Posteriormente se realizaron ensayos en

el laboratorio a fin de dilucidar los fenoacutemenos de adsorcioacuten y desorcioacuten

del jaboacuten en suelo estudiando su comportamiento tanto en forma

discontinua (en tanque - batch) como en flujo continuo utilizando para

ello columnas rellenas de suelo A continuacioacuten se llevoacute a cabo el estudio

de lixiviacioacuten y de biodegradacioacuten estacional en campo para ello se puso

a punto la metodologiacutea adecuada para realizar la captacioacuten de los analitos

en los lixiviados y en el suelo Finalmente se discuten los modelos

obtenidos en los estudios de laboratorio y se obtienen las conclusiones

oportunas El trabajo planteado responde al siguiente esquema

478 Tesis Doctoral

Figura 81- Esquema del estudio realizado

2 - CARACTERIZACIOacuteN DEL SUELO Y DEL AGUA

EMPLEADOS EN EL ESTUDIO

Como parte del estudio del comportamiento del jaboacuten en suelo de la Vega

de Granada en primer lugar se realizoacute la caracterizacioacuten tanto del suelo

como del agua (de pozo) utilizados

21 - Estudio del suelo empleado

El estudio de caracterizacioacuten se ha llevado a cabo en un suelo de la Huerta

Santa Mariacutea perteneciente a la Vega de Granada situada en el municipio

de Belicena a 5 Km de la capital y de coordenadas 37ordm 11rsquo0950rsquorsquo N 3ordm

41rsquo3985rsquorsquo O (Figura 82) La muestra de suelo se tomoacute en el horizonte

correspondiente a los primeros 25 cm de profundidad

CARACTERIZACIOacuteN DEL SUELO Y DEL AGUA EMPLEADOS

EN EL ESTUDIO

ESTUDIO DE ADSORCIOacuteN Y DESORCIOacuteN

EN LABORATORIO

ESTUDIO DE

Estudio de la capacidad

de Lixiviacioacuten

Estudio estacional de

Biodegradacioacuten

En discontinuo - Cineacuteticas - Isotermas

En continuo - Modelos de comportamiento

Figura 82- Zona de la Vega de Granada

Una vez en el laboratorio el suelo se secoacute al aire posteriormente fue

triturado y pasado por un tamiz de 2 mm de malla Los elementos gruesos

superiores a este tamantildeo (grava) se lavaron con agua se dejaron secar a

temperatura ambiente y finalmente fueron pesados Todas las pruebas que

se indican a continuacioacuten se realizaron en el Instituto del Agua de la

211 - Propiedades fiacutesicas del suelo

A) Textura

El anaacutelisis granulomeacutetrico de acuerdo con el meacutetodo de Robinson1

requiere como paso previo lograr la individualidad de las partiacuteculas

1 Robinson GW A new method for mechanical analysis of soil and other dispersion J

Agr Ac 12 306-321 1922

480 Tesis Doctoral elementales Para conseguirlo es necesario llevar a cabo las siguientes

tareas

rArr Destruccioacuten de agentes cementantes Dado que la materia

orgaacutenica es el principal agente cementante es necesaria su destruccioacuten

para individualizar las partiacuteculas minerales lo que se consigue mediante

su oxidacioacuten con peroacutexido de hidroacutegeno (H2O2) de acuerdo con el

siguiente procedimiento

- Se pesan 20 g de muestra previamente tamizada a 2mm y secada

al aire y se introducen en un vaso de 100 mL

- Se antildeaden 200 mL de agua y 50 mL de H2O2 al 33 (pv) se agita

la mezcla y se deja reaccionar durante 8 horas

- Trascurridas 8 horas la mezcla se calienta a 80 ordmC en placa calefactora

hasta evaporar el liacutequido por desecacioacuten

rArr Dispersioacuten de la muestra La dispersioacuten de la muestra se lleva a

cabo combinando meacutetodos mecaacutenicos (agitacioacuten) y meacutetodos quiacutemicos

para lo que se utiliza como dispersante hexametafosfato soacutedico (NaPO3)6

al 10 Se efectuacutean las siguientes operaciones

- Se trata con agua el residuo seco resultante de la etapa anterior

lavando repetidamente las paredes del vaso de precipitado con

objeto de recuperar todas las partiacuteculas adheridas al mismo

- Se trasvasa todo el contenido del vaso a un frasco de 1000 mL

con la ayuda de un embudo y se le antildeaden 25 mL de (NaPO3)6

- Se agita mecaacutenicamente durante 8 horas

rArr Clasificacioacuten de fracciones Una vez dispersas las partiacuteculas se

procede a su separacioacuten en funcioacuten del tamantildeo Para ello se ha usado un

meacutetodo que se basa en la velocidad de sedimentacioacuten De acuerdo con la ley

de Stokes (reacutegimen laminar) la velocidad estacionaria de caiacuteda de un soacutelido

esfeacuterico en el seno de un fluido depende de su tamantildeo seguacuten la expresioacuten

Vinfin = g (ρp-ρf) D2p 18μ (81)

donde Vinfin es la velocidad estacionaria de caiacuteda (cmmiddots-1) g es la aceleracioacuten

de la gravedad (cmmiddots-2) ρp es la densidad de la partiacutecula (gmiddotcm-3) ρf es la

densidad del fluido (gmiddotcm-3) Dp es el diaacutemetro de la partiacutecula (cm) y μ es

la viscosidad dinaacutemica del fluido (poises)

La teacutecnica se basa en tomar aliacutecuotas de la suspensioacuten a diferentes tiempos

y profundidades permitiendo la recogida de todas las fracciones las

arcillas y los limos que se determinan por pesada de dos aliacutecuotas y las

arenas por tamizado posterior

El procedimiento consiste una vez dispersa la muestra en trasvasar todo

el contenido del frasco a probetas con tapoacuten enrasar a 1000 mL y dejar

que se estabilice la temperatura durante una hora

Se mide la temperatura de la suspensioacuten y de acuerdo con ella y seguacuten la

tabla de Stokes se determina el tiempo adecuado de sedimentacioacuten para

realizar las extracciones con la pipeta de Robinson (20 mL en cada una) a

una profundidad constante marcada en la pipeta (10 cm) Asiacute en primer

482 Tesis Doctoral

lugar se extraen limos finos + limos gruesos + arcillas (lt 50 μm) en

segundo lugar limos finos + arcillas (lt 20 μm) y por uacuteltimo arcillas (lt 2

μm) Las aliacutecuotas de la suspensioacuten se recogen en una serie de crisoles

tarados Se secan los crisoles en estufa a 110 ordmC durante 24 horas y

despueacutes se pesan en una balanza de precisioacuten

Por otra parte se vierte todo el contenido de las probetas en un tamiz

cuya luz de malla corresponda con el liacutemite inferior de tamantildeo de las

arenas (50 μm) lavado perfectamente de tal manera que en el tamiz soacutelo

quede arena Se pasan las arenas a una caacutepsula grande previamente

tarada y se secan en la estufa a 110 ordmC Una vez secas las arenas se

tamizan mecaacutenicamente a traveacutes de una columna de tamices con objeto

de separar las arenas seguacuten las diferentes fracciones Las arenas retenidas

en cada uno de los tamices se recogen en crisoles previamente tarados y se

lowast Cuantificacioacuten de las distintas fracciones

- Porcentaje de los limos gruesos (LG) en el peso total de muestra (20 - 50 μm)

LG = [(F1 - Ph) 50] m - [(F2 - Ph) 50] m 100 (82)

- Porcentaje de los limos finos (LF) en el peso total de muestra (2 - 20 μm)

LF = [(F2 - Ph) 50] m - [(F3 - Ph) 50] m 100 (83)

- Porcentaje de las arcillas (AR) en el peso total de la muestra(lt 2 μm)

AR = [(F3 - Ph) 50] m 100 (84)

- Porcentaje de las arenas totales (A) en el peso total de la muestra (gt 50 μm)

A = (F4 m) 100 (85)

donde m es la masa de suelo secado al aire exento de materia orgaacutenica

(g) Ph es el peso de hexametafosfato en aliacutecuota (g) F1 = LG + LF +

AR F2 = LF + AR F3 es la fraccioacuten de las arcillas (g) y F4 es la

fraccioacuten de las arenas (g)

B) Densidad aparente

Se define como la razoacuten de la masa de suelo seco respecto al volumen del

mismo en su estado natural es decir considerando tanto el volumen que

ocupan las partiacuteculas soacutelidas como el que ocupan los poros

El procedimiento (Ministerio de Agricultura Pesca y Alimentacioacuten2)

consiste en recoger una muestra inalterada con un cilindro indeformable

dos o tres diacuteas despueacutes de una precipitacioacuten o riego intenso Una vez en el

laboratorio se seca en estufa a 105 ordmC hasta peso constante (m) y se deja

enfriar en desecador para su posterior pesada

La densidad aparente se calcula seguacuten la expresioacuten

ρ = m V (86)

2 Ministerio de Agricultura Pesca y Alimentacioacuten Meacutetodos oficiales de anaacutelisis de

suelos y aguas Ed Ministerio de Agricultura Pesca y Alimentacioacuten Madrid p182 1986

484 Tesis Doctoral donde m es la masa de suelo seco (g) y V es el volumen de la muestra que

ocupa el cilindro (cm3) es decir V = 31416 (d2)2 x h (d es el diaacutemetro

del cilindro en cm y h es la altura del cilindro en cm)

C) Densidad real

Corresponde a la densidad de las partiacuteculas soacutelidas del suelo es decir a la

masa del suelo dividida por el volumen que ocupan sus partiacuteculas Para su

determinacioacuten (Ministerio de Agricultura Pesca y Alimentacioacuten2) se

introducen en un picnoacutemetro 50 g de suelo y se pesa todo el conjunto (P1)

A continuacioacuten se antildeade tolueno aproximadamente hasta la mitad de su

volumen se introduce el picnoacutemetro en un desecador a vaciacuteo y se aplica

una presioacuten aproximadamente 100 mm Hg inferior a la atmosfeacuterica para

facilitar la eliminacioacuten del aire que queda entre las partiacuteculas

Seguidamente se llena el matraz con tolueno por exceso y se mantiene en

un bantildeo dotado de termostato a una temperatura constante de 20 ordmC

durante una media hora Transcurrido este tiempo se enrasa y se pesa

(P3) Previamente se habraacute determinado el peso del picnoacutemetro vaciacuteo (P)

y el peso del picnoacutemetro aforado enrasado con tolueno (P2)

La densidad real se calcula a partir de la expresioacuten

ρr = (P1 - P) ρt [(P1 - P) - (P3 - P2)] (87)

donde ρt es la densidad del tolueno (gmiddotcm-3) P es la tara del picnoacutemetro

(g) P1 es el peso del picnoacutemetro maacutes suelo (g) P2 es el peso del

picnoacutemetro lleno de tolueno (g) y P3 es el peso del picnoacutemetro maacutes

tolueno maacutes suelo (g)

D) Porosidad

Es la relacioacuten entre el volumen de poros y el volumen total de la muestra

de suelo Se puede calcular indirectamente a partir de los valores de la

densidad aparente y de la densidad real mediante la expresioacuten (Ministerio

de Agricultura Pesca y Alimentacioacuten2)

θ = [(ρr - ρ) ρr] 100 (88)

donde θ es la porosidad () ρr es la densidad real (gmiddotcm-3) y ρ es la

densidad aparente (gmiddotcm-3)

E) Humedad

El contenido en humedad del suelo en las condiciones del laboratorio se

determina por diferencia de pesada entre una muestra de suelo antes y

despueacutes de ser sometida a desecacioacuten a 105 ordmC hasta peso constante

(Ministerio de Agricultura Pesca y Alimentacioacuten2) El porcentaje en peso

de agua contenida en cien gramos de suelo seco se halla mediante la

expresioacuten

H = [(PH - PS) PS] 100 (89)

donde H es la humedad del suelo () PH es el peso del suelo huacutemedo (g)

y PS es el peso del suelo seco (g)

486 Tesis Doctoral

F) Ensayo de permeabilidad

La determinacioacuten de la permeabilidad se ha llevado a cabo utilizando un

permeaacutemetro de carga variable Se coloca la muestra en un recipiente

ciliacutendrico y se compacta hasta tratar de reproducir la porosidad inicial A

la parte inferior de este recipiente se conecta un tubo manomeacutetrico de

vidrio de pequentildeo diaacutemetro lleno de agua hasta un nivel inicial (h0) que

debe estar por encima del desaguumle del recipiente que contiene la muestra

de modo que iniciando el ensayo el agua aportada por el tubo

manomeacutetrico fluye a traveacutes de la muestra ensayada Entonces se mide el

descenso del nivel de agua observado en el tubo en un tiempo

determinado t La permeabilidad se calcula mediante la expresioacuten

K = 23 [(a l) (A t)] log (h0h) (810)

donde K es la permeabilidad (cms-1) a es la seccioacuten del tubo

manomeacutetrico de vidrio (cm2) l es la altura del molde (cm) A es la seccioacuten

del molde (cm2) t es el tiempo (s) h0 es el nivel inicial del agua en el tubo

manomeacutetrico y h es el nivel del agua en el tubo manomeacutetrico en el tiempo t

G) Resultados

Las caracteriacutesticas fiacutesicas y mineraloacutegicas resumidas en la Tabla 81

muestran que el suelo estudiado es de textura fina con predominio de limos

finos y en menor proporcioacuten de limos gruesos y arcillas estipulando que se

trata de un suelo de tipo fluvisol calcaacutereo Entre las arcillas predomina la

illita a la que le sigue en abundancia la esmectita Las arcillas menos

abundantes son las del grupo de la caolinita Debido a que el suelo estudiado

presente una textura fina un valor de la porosidad del 4218 y un valor

relativamente bajo de la permeabilidad (44210-5 cms-1) hacen con que eacuteste

posea caracteriacutesticas que condicionan una baja capacidad de infiltracioacuten

A continuacioacuten se recogen los resultados obtenidos

Tabla 81- Propiedades fiacutesicas del suelo estudiado

Propiedades fiacutesicas

Propiedades generales Textura

Densidad aparente (gmiddotcm-3) 139 Arenas totales () 2000

Densidad real (gmiddotcm-3) 275 Limos gruesos () 2450

Porosidad () 4218 Limos finos () 3355

Permeabilidad (cmmiddots-1) 442middot10-5 Arcillas () 2195

Composicioacuten mineraloacutegica

Illita () 3972 Caolinita () 1025

Calcita () 2371 Feldespatos () 834

Esmectita () 1333 Cuarzo () 465

212 - Propiedades quiacutemicas del suelo

A continuacioacuten se comenta las caracteriacutesticas quiacutemicas estudiadas

La determinacioacuten del pH (Ministerio de Agricultura Pesca y

Alimentacioacuten2) se ha efectuado sobre cuatro suspensiones dos de ellas de

suelo en agua y otras dos de suelo en disolucioacuten de KCl 01 N (la

488 Tesis Doctoral determinacioacuten de pH en KCl 01 N se realiza para estudiar la capacidad de

intercambio ioacutenico del suelo en estudio)

Para preparar las suspensiones se pesan 10 g de suelo a los que se antildeade

el volumen correspondiente de agua o de disolucioacuten de KCl 01 N (25 mL)

Transcurrida una hora se efectuacutea la medida del pH mediante un pH-

metro convencional que ha sido calibrado empleando al menos dos

disoluciones reguladoras de pH (702 y 400)

B) Materia orgaacutenica

Se ha utilizado el meacutetodo de Tyurin3 (1951) que es un meacutetodo

volumeacutetrico de oxido-reduccioacuten por retroceso en el que se oxida la

materia orgaacutenica del suelo con un oxidante en exceso (K2Cr2O7

dicromato potaacutesico) y posteriormente se valora la cantidad de dicromato

reducido mediante Sal de Mohr (Fe(NH4)2 (SO4)2 6 H2O) El

procedimiento establecido en el meacutetodo citado consiste en pesar 02 g de

suelo finamente molido en un mortero de aacutegata que se introducen en un

matraz erlenmeyer de 100 mL En este matraz se antildeade sulfato de plata

(catalizador) arena de mar (para homogeneizar la ebullicioacuten) y 10 mL de

dicromato potaacutesico 04 N Se introduce el conjunto en un bantildeo de arena

Se lleva a ebullicioacuten y se mantiene durante 5 minutos maacutes Con el mismo

procedimiento se hace una prueba en blanco Por uacuteltimo se valora el

dicromato potaacutesico en exceso usando como indicador aacutecido

fenilantraniacutelico y como valorante Sal de Mohr El viraje se produce de

violeta-azulado a verde El contenido en materia orgaacutenica ( en peso) se

calcula mediante la expresioacuten

3 Tyurin IV Analytical procedure for a comparative study of soil humus Trudy Pochr

Inst Dokuchaeva 33 5-21 1951

MO () = [(Vb - V) F 03] m F1 F2 (811)

donde Vb es el volumen de Sal de Mohr gastado en valorar el blanco (mL)

V es el volumen de sal de Mohr gastado en valorar la muestra (mL) F es

el factor de sal de Mohr F1 es el factor de correccioacuten para calcular la

cantidad de carbono orgaacutenico que se obtendriacutea mediante el meacutetodo de

combustioacuten seca teniendo en cuenta la cantidad de carbono inorgaacutenico y

orgaacutenico (F1 = 117) F2 es el factor de Van Bemmelen (F2 = 1724) y m es

la masa de la muestra de suelo utilizada (g)

C) Aniones y cationes solubles del suelo

Los iones solubles del suelo son aquellos que se disuelven al incorporar

agua al suelo seco se miden en el extracto recogido de la pasta de

saturacioacuten que se prepara antildeadiendo agua lentamente a la muestra de

suelo hasta que todos los poros esteacuten llenos (Ministerio de Agricultura

Pesca y Alimentacioacuten2) Para conseguirlo se toman 200 o 300 g de

muestra de suelo y se colocan en un recipiente Se antildeade lentamente agua

destilada al mismo tiempo que se agita con una espaacutetula Cuando toda la

muestra ha sido humedecida se continuacutea antildeadiendo agua destilada pero

en fracciones cada vez maacutes pequentildeas Una vez conseguido el estado de

saturacioacuten de la muestra del suelo el recipiente debe ser tapado y se deja

reposar durante un tiempo miacutenimo de 10 horas

Para la obtencioacuten del extracto de saturacioacuten se conecta un kitasato a una

bomba de vaciacuteo sobre el kitasato se situacutea un embudo buumlchner (al que se le

habraacute colocado previamente un papel de filtro) se aplica vaciacuteo despueacutes de

rellenar el embudo con una cantidad suficiente de la pasta saturada y se

490 Tesis Doctoral mantiene esta situacioacuten hasta haber obtenido suficiente volumen de

extracto de saturacioacuten

Una vez obtenido el extracto se determinan mediante Cromatografiacutea

Ioacutenica los aniones (cloruros nitratos nitritos fosfatos y sulfatos) y los

cationes (sodio calcio magnesio potasio y amonio) Los resultados

obtenidos se expresan en miligramos del ion por kilogramo de suelo

teniendo en cuenta la humedad de la pasta saturada preparada que se

determina mediante el meacutetodo descrito para determinar la humedad

D) Nitroacutegeno total

El procedimiento (Bouat amp Crouzet4) para determinar el nitroacutegeno total se

divide en dos etapas

rArr La primera consiste en la destruccioacuten de la materia orgaacutenica y la

transformacioacuten del nitroacutegeno en sales amoacutenicas En esta fase la materia

orgaacutenica se oxida a CO2 y H2O por ebullicioacuten con aacutecido sulfuacuterico

concentrado al tiempo que los citados compuestos nitrogenados se

transforman en NH4+ al formarse (NH4)2SO4 Para acelerar esta reaccioacuten

se emplean catalizadores (Cu+2 Hg+2 Se+2) y ademaacutes se antildeaden sales que

eleven el punto de ebullicioacuten del aacutecido para evitar su evaporacioacuten

rArr La segunda etapa se subdivide a su vez en dos fases la primera

consiste en hacer reaccionar (NH4)2SO4 producido en la digestioacuten con

NaOH para formar Na2SO4 y NH3 gaseoso este uacuteltimo es separado por

4 Bouat A Crouzet C Notes techniques sur un appareil semi-automatique de dosage de

lazote (et de certains composeacutes volatils) Annals of Agriculture 16 107-118 1965

arrastre con aire y condensacioacuten En la segunda fase se valora el NH3 con

H2SO4 diluido en presencia de un indicador adecuado

De acuerdo con el meacutetodo descrito se colocan 2 g de suelo tamizado a un

tamantildeo de 2 mm en un tubo de digestioacuten se les antildeade 1g de K2SO4 10

mL de aacutecido sulfuacuterico concentrado y 1 mL de solucioacuten sulfuacuterica de

selenio se calienta durante 1 hora a 100 ordmC y durante otra hora y media a

350 ordmC Finalizado el calentamiento se retira el tubo del digestor Una vez

enfriado al tubo de digestioacuten se le antildeade agua hasta un volumen total de

25 mL y unas gotas de fenolftaleiacutena A continuacioacuten el tubo de digestioacuten

se acopla en el soporte de un destilador automaacutetico donde se adiciona

NaOH hasta el viraje del indicador a rojo y se comienza la destilacioacuten

Finalmente en un matraz erlenmeyer de 250 mL al cual se antildeaden 25 mL

de aacutecido boacuterico al 4 se recoge el destilado que posteriormente se valora

con H2SO4 a 0005 N

El porcentaje de nitroacutegeno en la muestra de suelo se calcula seguacuten la

expresioacuten

NT = (V N F 14) (10 m) (812)

donde NT es el contenido en nitroacutegeno () V es el volumen de aacutecido

gastado en la valoracioacuten (mL) N es la normalidad del aacutecido sulfuacuterico

usado para la valoracioacuten F es el factor de correccioacuten del aacutecido sulfuacuterico

usado para la valoracioacuten y m es la masa de la muestra (g)

492 Tesis Doctoral

E) Determinacioacuten analiacutetica de la capacidad de cambio

La determinacioacuten de la capacidad de cambio catioacutenico (Ministerio de

Agricultura Pesca y Alimentacioacuten2) consta de los siguientes pasos

- Reemplazamiento completo de los cationes de cambio existentes en

el suelo por otro catioacuten

- Eliminacioacuten del exceso por lavado

- Desplazamiento del catioacuten adsorbido y determinacioacuten cuantitativa

del mismo

Procedimiento el primer paso consiste en colocar 5 g de suelo tamizado y

secado al aire con una columna de intercambio ioacutenico se antildeade entonces

acetato amoacutenico 1N hasta un volumen equivalente a 45 de la capacidad

de la columna y se deja en reposo un miacutenimo de 8 horas para que se

produzca el intercambio Transcurrido este tiempo se procede a abrir el

embudo y a recoger el lixiviado que se enrasa a un matraz aforado de

100 mL En este lixiviado se miden las bases de cambio Na+ K+ Ca+2 y

A continuacioacuten se rellena la columna con acetato soacutedico 10 N y se deja

en contacto 8 horas para que se produzca el intercambio Pasado este

tiempo se abre la columna para recoger el lixiviado que es desechado

Para eliminar el exceso de Na+ se lava varias veces con alcohol el

conjunto suelo-columna

Se antildeade de nuevo acetato amoacutenico 10 N y se mantiene en contacto

otras 8 horas Transcurrido este tiempo se recoge el lixiviado se enrasa

en un matraz aforado de 100 mL en este lixiviado se mide el Na+ de

modo que el resultado corresponde a la capacidad de intercambio

catioacutenico total

La capacidad total de cambio catioacutenico representa la capacidad maacutexima de

cationes que pueden ser adsorbidos por el complejo de cambio expresado

en meq de Na+ adsorbido por 100 g de suelo

F) Carbonatos

Un peso determinado de muestra seca se introduce en crisol y horno de

mufla se eleva gradualmente la temperatura hasta 560 ordmC (a esta

temperatura los carbonatos no se ven alterados) y se mantiene durante 3 h

se deja enfriar y se pesa (de la diferencia de pesos obtienes el contenido en

materia orgaacutenica) Se vuelve a introducir el crisol en la estufa y se calienta

gradualmente hasta 950 ordmC se deja 2 h Enfriar y pesar De esta forma

descontada la materia orgaacutenica se puede conocer el contenido en

carbonatos

G) Resultados

Cuanto a las caracteriacutesticas quiacutemicas eacutestas pueden ser apreciadas en la

Tabla 82 donde se nota que este suelo presenta un valor de pH

ligeramente baacutesico (79) La presencia de KCl en el medio provoca una

disminucioacuten de aproximadamente una unidad en el valor del pH pasando

a ser maacutes neutro lo que indica que el suelo actuacutea como cambiador ioacutenico

con gran capacidad para la fijacioacuten de hidrogenoiones

494 Tesis Doctoral La materia orgaacutenica presentoacute un porcentaje de 181 y los oacutexidos de Fe+3

y Al+3 que fueron determinados por fluorescencia de Rayos-X representan

el 497 y 1276 de la totalidad de los minerales detectados por la misma

metodologiacutea Ademaacutes las superficies de los oacutexidos pueden adquirir cargar

eleacutectricas y asiacute interaccionar con especies cargadas por medio de

interacciones electrostaacuteticas la adquisicioacuten de cargas ocurre por

ionizacioacuten de los grupos OH- superficiales las cargas negativas las

adquieren cuando el pH del medio es alto por disociaciones de los grupos

hidroxilo mientras que las cargas positivas las adquieren por protonacioacuten

En general se observa que con los valores del pH del suelo estudiado

(79) dichos oacutexidos e hidroacutexidos presentan una carga positiva que junto

a la calcita (CaCO3) y al oacutexido de magnesio (MgO) confieren al suelo una

sensible capacidad de intercambio de aniones

Otra de las propiedades importantes relacionada con la capacidad de

adsorcioacuten del suelo es la capacidad de cambio catioacutenico que corresponde

al total de las cargas negativas disponibles para fijar cationes en

disolucioacuten Esto puede ser debido a que la illita y la esmectita presentan

cargas permanentes negativas mientras que la carga de la caolinita

depende del pH sin embargo dado que el pH del suelo estudiado tiene un

valor muy cercano a 7 la caolinita tambieacuten presenta carga negativa junto

con el feldespato el cuarzo el oacutexido de manganeso la materia orgaacutenica y

el oacutexido de titanio (TiO2) lo que le confiere al suelo una importante

capacidad de interaccionar con los cationes del liacutequido intersticial que

ocupa los poros El suelo de la Vega posee una elevada capacidad de

cambio de 2212 meq de sodio100 g de suelo

Tambieacuten se observa que en el suelo se encuentra una elevada

concentracioacuten de sulfatos y cloruros solubles lo que estaacute relacionado con

la composicioacuten de la roca madre de la zona

En la siguiente tabla se representa los resultados obtenidos tras los

anaacutelisis realizados

Tabla 82- Propiedades quiacutemicas suelo estudiado

PROPIEDADES QUIacuteMICAS

pH (KCl) 740 Cationes solubles del suelo (mgKg-1 de suelo)

pH (agua) 790 Ca+2 4450

Materia orgaacutenica () 181 Mg+2 3700

Carbono orgaacutenico () 105 Na+ 4250

Carbonatos ( CO2) 154 Minerales

Nitroacutegeno total () 007 Al2O3 () 1276

Capacidad de cambio (meq Na+ 100g suelo) 2212 SiO2 () 4635

Bases de cambio (meq 100 g de suelo) Fe2O3 () 497

Ca+2 2978 MnO () 008

Mg+2 256 MgO () 401

Na+ 034 Na2O () 176

K+ 049 K2O () 215

Aniones solubles del suelo (mgKg-1 de suelo) TiO2 () 061

SO4-2 24100 P2O5 () 024

Cl- 9150 CaO () 1052

496 Tesis Doctoral En resumen las propiedades fiacutesico-quiacutemicas del suelo estudiado revelan

en primer lugar que los compuestos del mismo al tener caraacutecter coloidal

y poseer cargas eleacutectricas pueden contribuir de forma relevante a la

interaccioacuten soacutelido-fluido y a su capacidad de cambio Ello pone de

manifiesto la capacidad de este suelo para retener los solutos presentes en

el agua intersticial proveniente del agua de riego En segundo lugar es

evidente que las propiedades fiacutesicas del suelo que dependen de su textura

y estructura influyen de manera significativa y decisiva en el

comportamiento del mismo frente al movimiento vertical del agua

22 - Estudio del agua de pozo empleado

Se ha realizado la determinacioacuten de los siguientes iones (aniones

cloruros sulfatos fosfatos nitratos y nitritos cationes sodio calcio

magnesio potasio hierro aluminio) mediante cromatografiacutea ioacutenica

empleando para ello un cromatoacutegrafo marca DIONEX modelo DX300

Todas las muestras se filtraron a traveacutes de un filtro de fibra de vidrio con

022 μm de diaacutemetro de poro utilizando una jeringa de 10 mL de

capacidad equipada con un cono (luer) antes de ser separadas por

cromatografiacutea

Con la finalidad de separar los aniones de la muestra eacutesta fue inyectada

en una corriente de eluyente (35 mM Na2CO310 mM NaHCO3) con un

caudal de 13 mLmin-1 y la separacioacuten de los aniones se realizoacute a traveacutes

de una columna separadora de iones Ionpac AS 14 (4x250 mm)

compuesta por una resina pelicular intercambiadora de aniones con base

de divinilbenceno El equipo estaacute provisto adicionalmente de precolumnas

Ionpac AS (4x5 mm) para proteger la columna analiacutetica Los aniones

separados en las columnas pasaron a traveacutes de una supresora de

membrana (AMM-II) a traveacutes de la cual pasaba continuamente una

solucioacuten regeneradora aacutecida de H2SO4 01 N En la membrana supresora

los aniones separados se transformaban en su forma aacutecida de alta

conductividad y el disolvente se convierte en aacutecido carboacutenico de baja

conductividad Los aniones separados se detectaron con un detector de

conductividad y compensacioacuten de temperatura de 13 a 2 por grado

centiacutegrado Dichos aniones se identificaron a partir del tiempo de

retencioacuten comparado con el de los patrones adecuados y la determinacioacuten

cuantitativa se realizoacute integrando el aacuterea del pico mediante un integrador

(DIONEX 4400) que recibiacutea la sentildeal del cromatoacutegrafo evaluando las

aacutereas correspondientes y trazando los cromatogramas

Fue realizado una calibracioacuten con los patrones de los aniones estudiados

comprobando previamente la linealidad de la respuesta relacionada con el

intervalo de concentraciones elegido de todos los compuestos Las

concentraciones fueron

Tabla 83- Calibrado con los aniones

Concentraciones (mgL-1)

Cl- [30 200]

NO2- [10 50]

NO3- [10 100]

PO3-4 [10 50]

SO4-2 [30 200]

498 Tesis Doctoral Para la separacioacuten de los cationes el fundamento fue el mismo soacutelo que

en este caso se utilizoacute una columna de separacioacuten de cationes Ionpac CS

12A (4x250 mm) con una fase estacionaria de grupo divinilbenceno y

un grupo funcional de carboxilato El eluyente fue una solucioacuten H2S04

002 N y la supresioacuten a diferencia del caso de los aniones no fue

quiacutemica sino eleacutectrica de modo que se utilizoacute una supresora de

membrana CSRS - ultra - 4 mm Para la deteccioacuten igual que en el caso

anterior se utilizoacute una ceacutelula de conductividad El caudal para el

eluyente de cationes se fijoacute en 10 mLmin-1 y el detector se ajustoacute a 1

μScm-1 La fuente de alimentacioacuten de la supresora se mantuvo a una

corriente de 100 mA Como en el caso de los aniones despueacutes de

estabilizar el sistema se inyectoacute un patroacuten en este caso de cationes para

su comprobacioacuten

Fue realizado una calibracioacuten con los patrones de los cationes estudiados

Tabla 84- Calibrado con los cationes

Na+ [50 200]

NH4+ [10 50]

K+ [20 50]

Ca+2 [50 200]

Mg+2 [50 200]

Tanto en la calibracioacuten de los aniones como la de los cationes las

disoluciones patrones empleadas se prepararon con agua destilada

diluyendo disoluciones acuosas de 1000 mgL-1 de cloruros nitritos

nitratos fosfatos sulfatos sodio amonio potasio calcio y magnesio Una

vez preparadas las disoluciones patroacuten se inyectaron en el sistema de

anaacutelisis para su calibracioacuten Este proceso se ha repetido a cada 20

determinaciones y siempre cuando hubo un cambio de ajuste del detector

o alguacuten cambio en el sistema

Para determinar el pH y la conductividad eleacutectrica del agua esto se hizo

con auxilio de un pH-metro WTW (pH 196) y con un conductimetro WTW

(LF 537) respectivamente

En la Figura 83 se muestra a modo de ejemplo uno de los

cromatogramas obtenidos durante el anaacutelisis de las muestras

Figura 83- Cromatograma de determinacioacuten de los aniones

ad (μ

0 2 4 6 8 10 12 14t (min)

ad (μ

0 2 4 6 8 10 12 14t (min)

ad (μ

0 2 4 6 8 10 12 14t (min)

ad (μ

0 2 4 6 8 10 12 14t (min)

Cl - NO3

500 Tesis Doctoral A continuacioacuten se muestran los resultados obtenidos

Tabla 85- Caracteriacutesticas del agua de pozo

Caracteriacutesticas

Cl- (mgL-1) 2360 Na+ (mgL-1) 2625

NO2- (mgL-1) 2340 K+

(mgL-1) 600

NO3- (mgL-1) 6060 Ca+2

(mgL-1) 4500

PO4 -3 (mgL-1) 4360 Mg+2 (mgL-1) 442

SO4-2 (mgL-1) 9500 Al+3

(mgL-1) 002

SiO2 (mgL-1) 1222 Fe+3 (mgL-1) 013

pH 753 Conductividad (μS) 1026

3 - ESTUDIO DE LOS PROCESOS DE ADSORCIOacuteN

DESORCIOacuteN DEL JABON EN LABORATORIO

En este apartado se han estudiado las cineacuteticas e isotermas del proceso

adsorcioacutendesorcioacuten de cada uno de los homoacutelogos de una mezcla de

jaboacuten Tanto para las experiencias en discontinuo como para las realizadas

en columna las disoluciones del analito estudiado se prepararon con agua

desionizada para evitar fenoacutemenos de competencia que podriacutean alterar

las capacidades de retencioacuten de cada homoacutelogo

31 - Experiencia en discontinuo (tanque)

La teacutecnica utilizada para la realizacioacuten de estos experimentos se denomina

en tanque discontinuo o batch y se basa en la agitacioacuten y mezcla con el

suelo a temperatura constante de disoluciones de diferentes

concentraciones de los analitos estudiados con el fin de evaluar la

cantidad del analito retenida en el suelo Posteriormente se separan por

centrifugacioacuten las fases liacutequida y soacutelida y se determina por cromatografiacutea

liacutequida la concentracioacuten de las distintas especies en disolucioacuten calculando

mediante un balance de materia la que corresponde a la fase soacutelida

Se han realizado experiencias previas para evaluar la influencia de una

serie de paraacutemetros caracteriacutesticos como son relacioacuten suelodisolucioacuten

determinacioacuten del tiempo de equilibrio (cineacuteticas de adsorcioacutendesorcioacuten)

isotermas y el pH

Las experiencias se han realizado a 20 ordmC con objeto de operar en las

proximidades de la temperatura ambiente

321 - Relacioacuten suelodisolucioacuten

La seleccioacuten de una relacioacuten suelodisolucioacuten es baacutesica para el desarrollo

de los estudios de adsorcioacuten dependiendo del coeficiente de distribucioacuten

Kd Si esta relacioacuten es demasiado elevada se corre el riesgo de que la

sustancia en estudio quede fuertemente retenida y se dificulte su

determinacioacuten y cuantificacioacuten posterior Por el contrario si la relacioacuten es

demasiado baja se podriacutean modificar las condiciones fiacutesico-quiacutemicas del

suelo en estudio al producirse fenoacutemenos de intercambio ioacutenico que alteran

la superficie de las partiacuteculas del suelo

La relacioacuten suelodisolucioacuten oacuteptima puede determinarse teoacutericamente

mediante el uso de modelos basados en el coeficiente de distribucioacuten Kd que a

su vez puede ser predicho gracias a teacutecnicas de estimacioacuten basadas en el

502 Tesis Doctoral coeficiente de distribucioacuten en n-octano (Pow) Sin embargo resulta maacutes

conveniente determinar esta relacioacuten experimentalmente ya que estos

modelos no se pueden extrapolar de manera general a todo tipo de suelos y

sustancias

El procedimiento operatorio en este estudio fue el siguiente se puso en

contacto diferentes cantidades de suelo (025-50 gramos) con 20 mL de

disolucioacuten del analito a una concentracioacuten de 200 mgL-1 de cada

homoacutelogo en frascos de polipropileno de 80 mL Estos frascos se

sometieron a agitacioacuten rotatoria mediante un dispositivo que manteniacutea la

velocidad adecuada que aseguraba la homogeneidad de la suspensioacuten

evitando el apelmazamiento del suelo en el extremo del frasco La

temperatura se mantuvo constante a 20 ordmC

La concentracioacuten de analito retenido por el sustrato soacutelido se determinoacute de

forma indirecta Por ello despueacutes de cada agitacioacuten se cuantificoacute la

cantidad de analito en la disolucioacuten sobrenadante aceptando que la

diferencia existente entre la cantidad de jaboacuten original de la disolucioacuten

puesta en contacto con el suelo y la cantidad de jaboacuten del liacutequido

sobrenadante era la cantidad de sustancia adsorbida por el suelo y por el

material utilizado en la experiencia

En la siguiente graacutefica (Figura 84) se muestran los resultados obtenidos

En ella se puede observar la cantidad de retenida de cada homoacutelogo de

jaboacuten expresada en mgKg-1 de suelo en funcioacuten de la relacioacuten

suelodisolucioacuten aplicada en cada caso

0 005 01 015 02 025 03

boacuten

Relacioacuten suelodisolucioacuten

C12-Na

C14-Na

C16-Na

C181-Na

C18-Na

Figura 84- Concentracioacuten de los diferentes homoacutelogos del jaboacuten retenida en funcioacuten de la relacioacuten suelodisolucioacuten

En todos los casos excepto en el C12-Na la concentracioacuten de cada

homoacutelogo disminuye a medida que aumenta la proporcioacuten de suelo El

homoacutelogo de cadena maacutes corta C12-Na a pequentildeas relaciones

suelodisolucioacuten sigue un comportamiento contrario al resto y a altas

cantidades de suelo sigue el comportamiento esperado El

comportamiento anoacutemalo del C12-Na a bajas cantidades de suelo fue

atribuido a fenoacutemenos de competencia debidos a la presencia de los

demaacutes homoacutelogos Por esta razoacuten se repitioacute la experiencia anterior para el

homoacutelogo C12-Na por separado El resultado se muestra en la Figura 85

504 Tesis Doctoral

0 005 01 015 02 025 03

oacutenK

Figura 85- Concentracioacuten del homoacutelogo C12-Na retenido en funcioacuten de la relacioacuten suelodisolucioacuten

Cuando se encuentra solo el C12-Na su comportamiento es el esperado

Este fenoacutemeno indica que los homoacutelogos de cadena maacutes larga se retienen

preferentemente

Como situacioacuten de compromiso se seleccionoacute la relacioacuten 18 (0125) (25

g de suelo y 20 mL de disolucioacuten de concentracioacuten de 20 mgmiddotL-1 de cada

uno de los homoacutelogos) ya que permite una cuantificacioacuten adecuada y los

fenoacutemenos de intercambio ioacutenico resultan minimizados

322 - Aplicacioacuten de modelos simples al estudio de

adsorcioacutendesorcioacuten Cineacutetica de adsorcioacuten y desorcioacuten

Determinacioacuten del tiempo de equilibrio

Cineacutetica de adsorcioacuten

Con el objetivo de determinar el tiempo miacutenimo necesario para alcanzar el

equilibrio en la suspensioacuten suelodisolucioacuten se prepararon una serie de

frascos de polipropileno con capacidad volumeacutetrica de 80 mL

debidamente etiquetados en cada uno de los cuales se introdujeron 25 g

de suelo y se antildeadieron 20 mL de disolucioacuten acuosa de jaboacuten de

concentracioacuten 20 mgmiddotL-1 para cada homoacutelogo Los frascos se situaron

en un agitador giratorio orbital y fueron sometidos a diferentes tiempos de

agitacioacuten (25 75 100 125 200 300 450 600 1200 1800 min) a

150 rpm y a una temperatura de 20 degC Una vez transcurrido el tiempo de

agitacioacuten para cada frasco se separoacute la fase soacutelida de la liacutequida por

centrifugacioacuten a 4000 rpm durante 10 minutos De la fraccioacuten liacutequida de

cada frasco se transfirioacute 10 mL a un vial de cromatografiacutea y se la antildeadioacute

05 mL de disolucioacuten de patroacuten interno para su anaacutelisis por HPLC con

deteccioacuten con DAD siguiendo el protocolo descrito de derivacioacuten en el

Capiacutetulo 3 de la presente Memoria el cual era extrapolable al anaacutelisis de

jaboacuten soacutedico Para cada punto experimental se realizoacute una reacuteplica En la

Tabla 86 se muestran las condiciones empleadas para este estudio

506 Tesis Doctoral

Tabla 86ndash Condiciones para el estudio de la cineacutetica de adsorcioacuten

Soluto Relacioacuten suelodisolucioacuten

Conc Inicial de jaboacuten total

T agitacioacuten (min)

C12Na-C18Na (18) 100 mgmiddotL-1 2 5 8 15 30 60 120 180

240 300

20 ordmC

Con los datos obtenidos se obtuvieron las curvas que muestran la

evolucioacuten de la cantidad retenida de cada homoacutelogo por unidad de masa

de suelo frente al tiempo Los resultados obtenidos se muestran en la

Figura 86 Su estudio permitioacute determinar el tiempo necesario para

alcanzar el equilibrio entre el suelo y la disolucioacuten empleada

C12-Na

0 50 100 150 200 250 300

tiempo (min)

jaboacute

C14-Na

0 50 100 150 200 250 300tiempo (min)

boacuten

C16-Na

0 50 100 150 200 250 300

tiempo (min)

jaboacute

C181-Na

0 50 100 150 200 250 300

tiempo (min)

jaboacute

C18-Na

0 50 100 150 200 250 300

tiempo (min)

jaboacute

Figura 86- Cineacutetica de adsorcioacuten para los homoacutelogos del jaboacuten

En la siguiente Figura 87 se muestra la cineacutetica de adsorcioacuten conjunta de

los homoacutelogos a una concentracioacuten inicial de 200 mgL-1 por cada uno de

ellos En ella puede observarse que el equilibrio se alcanza a partir de 120

minutos

0 50 100 150 200 250 300

jaboacute

tiempo (min)

C12-Na

C14-Na

C16-Na

C181-Na

C18-Na

100 adsorbido

Figura 87- Representacioacuten conjunta de las cineacuteticas de adsorcioacuten para los homoacutelogos del jaboacuten

El modelo matemaacutetico que puede usarse para un adecuado ajuste a este

tipo de funciones hiperboacutelicas es el siguiente

sdot= max (813)

oacute en su forma lineal maxmax

= (814)

En esta expresioacuten X representa la cantidad de jaboacuten retenida (mgmiddotkg

suelo-1) a un tiempo determinado t (min) B es una constante y Xmax es la

508 Tesis Doctoral cantidad maacutexima de sustancia adsorbida por el soacutelido en estudio cuando

transcurre un tiempo infinito esta cantidad puede estimarse determinando

la ordenada en el origen de la forma lineal de esta ecuacioacuten Los

resultados obtenidos para este paraacutemetro se muestran en la Tabla 87

Tabla 87 - Cantidad maacutexima de cada homoacutelogo adsorbido por el suelo

(mgjaboacutenmiddotKg suelo-1) Adsorbido

C12-Na 10589 6618

C14-Na 15242 9526

C16-Na 15066 9416

C181-Na 15234 9521

C18-Na 15511 9694

El anaacutelisis de los resultados obtenidos indica que la retencioacuten del

tensioactivo es inicialmente raacutepida producieacutendose en los primeros

minutos de contacto entre suelo y disolucioacuten La cantidad de jaboacuten

degradada durante este tiempo es despreciable como indicoacute el

experimento de jaboacuten en agua desionizada sin la adicioacuten de suelo Para

los siguientes experimentos se fijoacute un tiempo de equilibrio de 120 min

Cineacutetica de desorcioacuten

De forma similar se establecioacute el tiempo necesario para alcanzar el

equilibrio en el proceso de desorcioacuten del analito previamente adsorbido al

suelo Para ello se preparoacute una serie de frascos con contenido ideacutentico a

la experiencia anterior en la que previamente se llevoacute a cabo el proceso

de adsorcioacuten durante 120 minutos A continuacioacuten se centrifugaron para

retirar la fase liacutequida y se antildeadioacute 20 mL de agua milli-Q a cada uno de

ellos Los frascos asiacute preparados se agitaron mecaacutenicamente con un

agitador giratorio orbital a 12 rpm y a temperatura de 20 degC durante

distintos tiempos (2 5 8 15 30 60 120 180 y 300 min) con la finalidad

de desorber el analito del suelo Por uacuteltimo se separoacute la fase soacutelida de la

liacutequida mediante centrifugacioacuten a 4000 rpm durante 10 min donde fue

recogida parte de la fraccioacuten liacutequida (10 mL) que posteriormente fue

diluida con 05 mL de patroacuten interno para su anaacutelisis por HPLC con

Capiacutetulo 3 de la presente Memoria Para cada punto experimental se

realizoacute una reacuteplica En la Figura 88 se muestran los resultados obtenidos

en este estudio

C12-Na

0 50 100 150 200 250 300

tiempo (min)

jaboacute

C14-Na

0 50 100 150 200 250 300tiempo (min)

jaboacute

C16-Na

0 50 100 150 200 250 300

tiempo (min)

jaboacute

C181-Na

101214161820

0 50 100 150 200 250 300

tiempo (min)

jaboacute

C18-Na

0 50 100 150 200 250 300

tiempo (min)

jaboacute

Figura 88- Cineacutetica de desorcioacuten para los homoacutelogos del jaboacuten

510 Tesis Doctoral En la Figura 89 se muestran las cineacuteticas de desorcioacuten conjunta de los

homoacutelogos utilizando una concentracioacuten inicial de 200 mgL-1 En ella se

puede observar que el equilibrio de desorcioacuten se alcanza a partir de 200

minutos para todos los homoacutelogos

0 50 100 150 200 250 300

boacuten

tiempo (min)

Cineacuteticas de desorcioacuten de los distintos homoacutelogos del jaboacuten

C12‐Na

C14‐Na

C16‐Na

C181‐Na

C18‐Na

Figura 89- Representacioacuten conjunta de las cineacuteticas de desorcioacuten para los homoacutelogos del jaboacuten

El anaacutelisis de los datos obtenidos permitioacute calcular la cantidad maacutexima de

cada homoacutelogo que se podriacutea desorber bajo estas condiciones

encontraacutendose los siguientes valores

Tabla 88 - Cantidad maacutexima de cada homoacutelogo desorbida por el suelo

(mgJaboacutenmiddotKg suelo-1) Desorbido

C12-Na 3016 2848

C14-Na 2811 1844

C16-Na 2173 1442

C181-Na 2003 1315

C18-Na 468 301

De la observacioacuten de los datos obtenidos se llegoacute a la conclusioacuten de que

la capacidad de adsorcioacuten del jaboacuten es elevada incrementaacutendose con la

longitud de la cadena del homoacutelogo Sin embargo en el fenoacutemeno de la

desorcioacuten se observoacute lo contrario a medida que aumentaba la cadena

hidrocarbonada disminuiacutea el porcentaje desorbido

La baja desorcioacuten del jaboacuten junto con la baja solubilidad Tabla 89 de

sus sales caacutelcicas nos hizo considerar la posibilidad de la participacioacuten de

la precipitacioacuten en el proceso global debido a la presencia de sales

caacutelcicas en el suelo

Tabla 89ndash Solubilidad de las sales caacutelcicas de los homoacutelogos del jaboacuten

Sales caacutelcicas del jaboacuten Solubilidad (mgmiddotL-1) 20ordmC

C12-Ca 87

C14-Ca 057

C16-Ca 0037

C18-Ca 00023

C181-Ca 40 (25ordmC)

512 Tesis Doctoral

323 - Control del pH

Todo proceso de adsorcioacutendesorcioacuten estaacute fuertemente condicionado por

el pH ya que tanto la carga de la materia orgaacutenica como la de las arcillas

del suelo dependen de eacutel Por otra parte a valores del pH inferior a 7 el

jaboacuten es insoluble en agua debido a la formacioacuten del aacutecido graso libre Por

estas razones en las experiencias realizadas se midioacute el pH al inicio de la

experiencia (t0) y una vez alcanzado el equilibrio (t120 para la adsorcioacuten y

t200 para la desorcioacuten) de las diferentes mezclas suelodisolucioacuten

estudiadas En Tabla 810 se recogen los valores obtenidos Puede

observarse que no existioacute una variacioacuten significativa durante el transcurso

de las experiencias realizadas

Tabla 810- Valores de pH de los sistemas estudiados

Agua milli-Q 709

Jaboacuten 20 mgmiddotKg-1+suelo (t0) 796

Agua milli-Q+suelo (t0) 812

324 - Establecimiento de las Isotermas

Isoterma de adsorcioacuten

De los modelos posibles se han seleccionado el propuesto por

Freundlich y el propuesto por Langmuir que responden a la

adsorcioacuten de un soluto en disolucioacuten sobre un adsorbente soacutelido

Estos modelos se rigen mediante las ecuaciones

Modelo de Freundlich

1nef CmiddotKX = (815)

o en su forma lineal ef CLogn

KLogXLog 1+= (816)

Modelo de Langmuir

Xmiddot1

middot+

= (817)

o en su forma lineal eL CKX middot

111+= (818)

donde X representa la cantidad de cada homoacutelogo del jaboacuten adsorbida

por el suelo en estudio una vez alcanzado el equilibrio Ce es la

concentracioacuten de equilibrio de cada homoacutelogo del jaboacuten en la disolucioacuten

Kf KL y n son tres constantes que dependen de la naturaleza de la

sustancia en estudio suelo y temperatura

Una vez fijados la relacioacuten suelodisolucioacuten y el tiempo de agitacioacuten

necesario para alcanzar el equilibrio se procedioacute a aplicar los modelos

seleccionados para los diferentes homoacutelogos del jaboacuten Con esta finalidad

a una temperatura de 20 ordmC se sometieron a agitacioacuten una serie de

mezclas suelodisolucioacuten (25 g de suelo y 20 mL de disolucioacuten) con

concentraciones crecientes de jaboacuten de coco comercial (5 7 10 15 20

25 30 y 45 mg∙L-1) en frascos de polipropileno de 70 mL de capacidad a

514 Tesis Doctoral 12 rpm Una vez transcurrido el tiempo fijado para alcanzar el equilibrio

(2 horas) se separaron ambas fases por centrifugacioacuten (4000 rpm durante

10 minutos) Parte de la fraccioacuten liacutequida (10 mL) fue recogida y diluida

con 05 mL de patroacuten interno para su anaacutelisis por HPLC con deteccioacuten con

DAD siguiendo el protocolo descrito de derivacioacuten en el Capiacutetulo 3 de la

presente Memoria Para cada punto experimental se obtuvo dos reacuteplicas A

continuacioacuten en la Tabla 811 se resumen las condiciones empleadas en

este estudio

Tabla 811ndash Condiciones para el estudio de la isoterma de adsorcioacuten

Conc Inicial (mgmiddotL-1)

C12Na-C18Na (18) Entre 5 y 45 120 20 ordmC

A partir de los resultados obtenidos se efectuoacute el tratamiento de los datos

y el balance de materia para cada uno de los homoacutelogos del jaboacuten a traveacutes

de la determinacioacuten de X (cantidad del soluto retenido en el suelo

expresado en mgmiddotkg-1) y de Ce (concentracioacuten en equilibrio en la

disolucioacuten expresada en mgmiddotL-1 ) y teniendo en cuenta la concentracioacuten

inicial (C0 expresada en mgmiddotL-1) Los resultados analiacuteticos obtenidos

muestran que todos los homoacutelogos exceptuando el C12-Na quedan

totalmente retenidos en el suelo al cabo de 120 minutos siendo las

concentraciones encontradas en disolucioacuten inferiores al liacutemite de

deteccioacuten del meacutetodo analiacutetico En las Tablas 812 y 813 se recogen los

datos para el caso del homoacutelogo C12-Na Se han aplicado los modelos

claacutesicos correspondientes a las isotermas de Freundlich y Langmuir

Tabla 812- Valores de las concentraciones iniciales y de equilibrio utilizados para la obtencioacuten de la isoterma de Freundlich

Isoterma de adsorcioacuten C12-Na

Modelo Freundlich

C0 (mgmiddotL-1) Ce (mgmiddotL-1) X (mgmiddotKg-1) Log Ce Log X

2396 1366 8240 0135 0916

2396 1600 6368 0204 0804

3355 2101 10032 0322 1001

3355 2403 7616 0381 0882

4793 3658 9080 0563 0958

4793 3201 12736 0505 1105

7190 5225 15720 0718 1196

7190 5310 15040 0725 1177

9586 7348 17904 0866 1253

9586 6984 20816 0844 1318

11982 8301 29448 0919 1469

11982 8154 30624 0911 1486

14379 9761 36944 0989 1568

14379 9405 39792 0973 1600

21568 11470 80784 1060 1907

21568 11306 82096 1053 1914

La representacioacuten de X frente a Ce se muestra en la Figura 810

516 Tesis Doctoral

0 5 10 15

g∙Kg

‐1 sue

Ce(mg∙L‐1 disolucioacuten)

C12‐Na

Figura 810- Isoterma de adsorcioacuten

En la Figura 811 se muestra la representacioacuten correspondiente al modelo

de Freundlich en su forma lineal

y = 102400x + 056977Rsup2 = 082371

0000 0200 0400 0600 0800 1000 1200

Log Ce

C12‐Na

Figura 811- Ajuste de la isoterma de adsorcioacuten al modelo Freundlich

Asimismo se aplicoacute el modelo de Langmuir Tabla 813 y Figura 812

Tabla 813- Valores de las concentraciones iniacuteciales y de equilibrio utilizados para la obtencioacuten de la isoterma de Langmuir

Modelo Langmuir

C0 (mgmiddotL-1) 1X (Kgmiddotmg-1) 1Ce (Lmiddotmg-1)

2396 0121 0732

2396 0157 0625

3355 0100 0476

3355 0131 0416

4793 0110 0273

4793 0079 0312

7190 0064 0191

7190 0066 0188

9586 0056 0136

9586 0048 0143

11982 0034 0120

11982 0033 0123

14379 0027 0102

14379 0025 0106

21568 0012 0087

21568 0012 0088

518 Tesis Doctoral

y = 019773x + 001628Rsup2 = 079181

0000 0200 0400 0600 0800

C12‐Na

Figura 812- Ajuste de la isoterma de adsorcioacuten al modelo Langmuir

De la observacioacuten de las anteriores graacuteficas se pone de manifiesto que la

isoterma obtenida no se ajusta a ninguno de los modelos referidos lo cual

puede ser indicativo de que se trate de un fenoacutemeno de mayor

complejidad donde coexistan procesos de adsorcioacuten en la superficie y en

el interior de los poros asiacute como una etapa de precipitacioacuten teniendo en

cuenta la escasa solubilidad de las sales alcalinoteacuterreas

A) Isoterma de desorcioacuten

Para el caacutelculo de la isoterma de desorcioacuten se partioacute de un suelo que ya

habiacutea alcanzado previamente el equilibrio en el proceso de adsorcioacuten a

diferentes concentraciones de jaboacuten de coco comercial (5 7 10 15 20

25 30 y 45 mgmiddotL-1) A dichos suelos se les antildeadiacutea 20 mL de agua Milli-

Q y se agitaban mecaacutenicamente en los frascos a 12 rpm a una

temperatura de 20 ordmC durante un tiempo de 200 min previamente

establecido A continuacioacuten se separaba la fase soacutelida de la liacutequida por

centrifugacioacuten a 4000 rpm durante 10 minutos donde parte de la fraccioacuten

liacutequida (10 mL) fue recogida y diluida con 05 mL de patroacuten interno para

su anaacutelisis por HPLC con deteccioacuten con DAD siguiendo el protocolo

descrito de derivacioacuten en el Capiacutetulo 3 de la presente Memoria Para cada

punto experimental fue realizada dos reacuteplicas Los resultados analiacuteticos

obtenidos muestran al igual que en el proceso de adsorcioacuten que todos los

homoacutelogos exceptuando el C12-Na quedan totalmente retenidos en el

suelo siendo las concentraciones encontradas en disolucioacuten inferiores al

liacutemite de deteccioacuten del meacutetodo analiacutetico En las Tablas 814 y en la

Figura 813 se recogen los datos para el caso del homoacutelogo C12-Na Se

han aplicado los modelos claacutesicos correspondientes a las isotermas de

Freundlich y Langmuir

520 Tesis Doctoral Tabla 814- Valores de las concentraciones iniacuteciales y de equilibrio utilizados para la obtencioacuten de la isoterma de Langmuir

Isoterma de desorcioacuten C12-Na

C0 (mgmiddotL-1) Ce (mgmiddotL-1) X (mgmiddotKg-1)

2396 0101 5520

2396 0105 5212

3355 0121 9064

3355 0114 6704

4793 0345 6320

4793 0131 7023

7190 0665 7525

7190 0602 8121

9586 1122 8928

9586 1014 12704

11982 1491 17520

11982 1611 17736

14379 2161 19656

14379 2090 23072

21568 3694 51232

21568 3807 51640

0 1 2 3 4

X(mg∙Kg‐

1 suelo)

C12‐Na

Figura 813- Isoterma de desorcioacuten

Figura 814- Ajuste de la isoterma de desorcioacuten al modelo Freundlich

522 Tesis Doctoral

Figura 815- Ajuste de la isoterma de desorcioacuten al modelo Langmuir

De la misma manera que en el caso de la adsorcioacuten ninguno de los

modelos propuestos se ajusta a los resultados obtenidos lo cual al igual

que en el apartado anterior puede ser indicativo de que se trate de un

fenoacutemeno de mayor complejidad donde coexistan procesos de adsorcioacuten

en la superficie y en el interior de los poros asiacute como una etapa de

precipitacioacuten teniendo en cuenta la escasa solubilidad de las sales

alcalinoteacuterreas

325 - Aplicacioacuten de un modelo complejo al estudio de adsorcioacuten

desorcioacuten

B) Justificacioacuten y resolucioacuten matemaacutetica del modelo propuesto

Para abordar este estudio se procedioacute a un anaacutelisis de los datos obtenidos

similar al realizado por JD Lopez-Gonzaacutelez y col 5 para el caso del LAS

5 Loacutepez Gonzaacutelez JD Valenzuela Calahorro C Jimeacutenez Loacutepez A Ramiacuterez Saacuteenz A

Retencioacuten de lauril-aril-sulfonato soacutedico (LAS) por un carboacuten activo AnQuim 75 186 1979

pues de forma similar el jaboacuten se puede retener en la superficie de un

soacutelido fijaacutendose a centros positivos (cationes) por interacciones

electrostaacuteticas y por adsorcioacuten fiacutesica debida a enlaces por fuerzas de Van

der Waals Asimismo la adsorcioacuten puede tener lugar tanto en la forma

anioacutenica como en la molecular en funcioacuten del pH del medio

El sistema soacutelido empleado (suelo) es notablemente complejo en su

composicioacuten y constitucioacuten Cada uno de los componentes tiene un

comportamiento especiacutefico como adsorbente No obstante bajo un punto

de vista formal el suelo utilizado como adsorbente se podriacutea considerar

como un ldquoadsorbente uacutenicordquo

Adsorbible

jaboacuten

(disolucioacuten)

Jaboacuten

adsorbido

(en la

superficie)

Jaboacuten

adsorbido

(en el

interior de

ldquoporosrdquo)

larr⎯⎯rarr larr⎯⎯rarr

Disolucioacuten Difusioacuten

Sistema jaboacuten suelo (Procesos de adsorcioacuten)

Figura 816- Procesos de adsorcioacuten

En el sistema en estudio de acuerdo con las consideraciones efectuadas se

distinguen

1- Dos procesos reversibles de adsorcioacuten-desorcioacuten

524 Tesis Doctoral

bull En la superficie maacutes externa del adsorbente

bull En el interior de los poros del mismo

2- Un proceso de precipitacioacuten del jaboacuten en la superficie del adsorbente

a concentraciones elevadas

Cada uno de los procesos reversibles de adsorcioacutendesorcioacuten se puede

representar mediante la ecuacioacuten

S (s) + D (dis) larr⎯⎯⎯rarr S-D (s) (819)

Para los que se pueden aplicar las correspondientes leyes cineacuteticas y de

equilibrio En principio la ley cineacutetica viene dada por la expresioacuten

θθ middot)1(middotmiddot desea kCkdtdC

minusminus=minus (820)

donde ka representa la velocidad especiacutefica de adsorcioacuten kd es la

velocidad especiacutefica de desorcioacuten Ce concentracioacuten de cada homoacutelogo de

jaboacuten en la disolucioacuten en equilibrio con la fase soacutelida y θ es la fraccioacuten de

cubrimiento de los centros activos del soacutelido adsorbente

De manera semejante para el proceso de precipitacioacuten anteriormente

aludido

D (dis) larr⎯⎯⎯rarr D (s) (821)

se puede escribir la siguiente ley cineacutetica

θmiddotmiddot dismep kCk

minus=minus (822)

donde kp representa la constante de precipitacioacuten kdis es la constante de

disolucioacuten y m el orden aparente respecto a la concentracioacuten

En la praacutectica aunque se trata de procesos reversibles a concentraciones

muy bajas y a tiempos pequentildeos la cantidad desorbida no es significativa

por lo que los datos experimentales correspondientes a cada uno de los

dos procesos sencillos antes aludidos (adsorcioacuten superficial y adsorcioacuten en

los poros) se suelen ajustar satisfactoriamente a la ley cineacutetica

correspondiente a un proceso irreversible

)1(middotmiddot θθminus==minus ea Ck

cuya integracioacuten conduce a

])middot(exp1[middot0

0 tkCC

minusminusminus

==θ (824)

])middot(exp1[middotmiddot

0 tkCC

sms minusminus

minus= (825)

mVCCn es

m middot10000 minus

= (826)

Donde ns son los moles adsorbidos por unidad de masa de adsorbente

526 Tesis Doctoral

smn es la capacidad de adsorcioacuten (moles maacuteximos adsorbidos por unidad

de masa de adsorbente) V volumen de disolucioacuten (mL) m masa del

adsorbente y C0 concentracioacuten inicial de jaboacuten para cada homoacutelogo

Sustituyendo (825) en (826) resulta

])middot(exp1[middot])middot(exp1[middotmiddot1000

middot 0 tkAtkm

CVn aa

s minusminus=minusminus= (826)

En el caso en que concurran los dos procesos sencillos de

adsorcioacutendesorcioacuten postulados

])middot(exp1[middot )()(

tkAn iai

s minusminus= sum=

En la praacutectica cuando se opera en las condiciones habituales

(concentraciones muy bajas y tiempos pequentildeos) no se suele apreciar

contribucioacuten alguna del proceso de precipitacioacuten

Las isotermas de desorcioacuten se han ajustado a la ecuacioacuten

tkAn idi

s minusminus= sum=

En el equilibrio los resultados experimentales obtenidos en un

experimento de adsorcioacutendesorcioacuten se suelen representar en la forma ns =

f(CeC0) o ns = f(Ce) definiendo asiacute la correspondiente isoterma del

proceso ldquoglobalrdquo la cual es a su vez el resultado de la suma de las

isotermas individuales de los procesos sencillos que intervienen

Para cada uno de los ldquoprocesos sencillosrdquo de adsorcioacutendesorcioacuten

aludidos a partir de la ecuacioacuten (820) se llega a las ecuaciones de las

isotermas de equilibrio siguientes

middot1middot

+==θ (829)

nmiddot1middotmiddot

+= (830)

Donde Ka es la constante de equilibrio de adsorcioacuten Siendo la ecuacioacuten

830 coincidente con la original de Langmuir

Para el ldquoproceso sencillordquo de precipitacioacutendisolucioacuten a la vista de la

ecuacioacuten (822) se llega a

mep CK middot=θ (831)

es CBn middot= (83 2)

Donde Kp representa a la constante de equilibrio de precipitacioacuten

En el caso de que en el equilibrio intervengan los dos procesos reversibles

de adsorcioacutendesorcioacuten anteriormente mencionados la isoterma global

debe responder a la ecuacioacuten

528 Tesis Doctoral

middot1middotmiddoti

n (83 3)

Y si ademaacutes interviene el mencionado ldquoproceso sencillo de

precipitacioacutenrdquo resulta

ims CBCKCKn

n middotmiddot1middotmiddot2

)()( ++

= sum=

(83 4)

Ecuacioacuten que en principio se puede aceptar como ldquoecuacioacuten generalrdquo

para el ajuste de las isotermas de equilibrio de adsorcioacutendesorcioacuten de un

adsorbible en disolucioacuten por un soacutelido adsorbente En cada caso la

ecuacioacuten se puede simplificar dependiendo de los ldquoprocesos sencillosrdquo

que intervengan

C) Aplicacioacuten del modelo al estudio de las cineacuteticas de adsorcioacuten

La aplicacioacuten del modelo propuesto a las isotermas de cineacutetica de

adsorcioacuten se muestra en las siguientes Figuras 817 a 821 en donde se

ha realizado el ajuste de los datos experimentales a la ecuacioacuten (827)

Figura 817- Cineacuteticas de los procesos de absorcioacuten 1 2 y global para el homoacutelogo C12

530 Tesis Doctoral

La observacioacuten de las anteriores graacuteficas pone de manifiesto la

contribucioacuten de los dos ldquoprocesos sencillosrdquo de adsorcioacuten-desorcioacuten

postulados en cada homoacutelogo y el proceso global que es el resultado de la

suma de los mismos El maacutes raacutepido (mayor kads) se puede asignar a la

adsorcioacuten en la superficie maacutes externa del soacutelido adsorbente y el maacutes

lento a la adsorcioacuten en el interior de los poros (puesto que ello implica una

etapa de difusioacuten) No se aprecia la posible contribucioacuten de la

precipitacioacuten del adsorbible (por las razones que ya se anticiparon)

A partir de los datos obtenidos mediante el ajuste de las cineacuteticas se han

obtenido los valores de smn (expresados en mg de jaboacuten por Kg de suelo)

correspondientes a cada uno de los procesos sencillos de

adsorcioacutendesorcioacuten asiacute como el global que se muestran en la Tabla 815

en donde se recogen tambieacuten los valores de las constantes de adsorcioacuten

kads de los dos procesos sencillos

532 Tesis Doctoral

Tabla 815- Valores de nsm y ka para los procesos de adsorcioacuten

nsm(1) (mgmiddotkg-1) 53838 1190 92480 149802 80436

nsm(2) (mgmiddotkg-1) 50018 68377 55126 5101 67968

nsm (mgmiddotkg-1) 103857 149567 147607 154903 148404

kads(1) 0940 1023 1359 2471 1056

kads(2) 0028 0036 0058 0045 0042

Capacidad de adsorcioacuten vs aacutetomos de carbono de la cadena del jaboacuten

10 11 12 13 14 15 16 17 18 19

n (aacutetomos de carbono)

ns m (m

nsm(1)nsm(2)nsm

Figura 822- Valores de ns

m en funcioacuten del nuacutemero de aacutetomos de carbono de la cadena del jaboacuten

De la observacioacuten de la Figura 822 donde se representa smn en funcioacuten

del nuacutemero de aacutetomos de carboacuten de la cadena se deduce que s)1(mn s

y smn variacutean en funcioacuten de la longitud de la misma Si las cadenas son

lineales el tamantildeo de la moleacutecula aumenta a medida que lo hace el

nuacutemero de aacutetomos de carbono con lo que a su vez aumenta le energiacutea de

la unioacuten a los centros activos del suelo mediante fuerzas de Van der

Waals En tal caso cabe esperar que a medida que aumenta el nuacutemero (n)

de aacutetomos de carbono lo haga tambieacuten s)1(mn (por el citado aumento de

energiacutea de la unioacuten adsorbido-adsorbente) y que disminuya el valor de s

)2(mn (pues el mayor tamantildeo de la moleacutecula de jaboacuten dificulta su difusioacuten

al interior de los poros) los resultados experimentales representados en la

mencionada son coherentes con esta hipoacutetesis

En el caso del C181 la existencia de un doble enlace entre los C9 y C10

provoca que su comportamiento sea maacutes parecido a los homoacutelogos de

cadena maacutes corta como el C14 y C16 que al propio C18 naturalmente eso

hace que disminuyan tanto la energiacutea de las uniones por fuerzas de Van

der Waals (con la consiguiente disminucioacuten del valor de s)1(mn ) como su

radio efectivo lo cual facilita su penetracioacuten en los poros (razoacuten por la

cual su s)2(mn es mayor que el encontrado para el C18) En las Figuras

820 y 821 se aprecia la diferencia de comportamiento entre C18 y C181

mientras que en primero de ellos la contribucioacuten de la adsorcioacuten en el

interior de los poros es praacutecticamente despreciable en el C181 es muy

significativa

En cuanto a las velocidades especiacuteficas kads se refiere eacutestas parecen

aumentar a medida que lo hace la longitud de la cadena (teacutenganse en

cuenta lo ya indicado de C18 respecto de C181) siendo (como cabiacutea

esperar) mucho mayores las del proceso de adsorcioacuten en la superficie que

las correspondientes a la adsorcioacuten en el interior de los poros

534 Tesis Doctoral

D) Aplicacioacuten del modelo al estudio de las cineacuteticas de desorcioacuten

Teniendo en cuenta lo indicado para el proceso de adsorcioacuten en las

cineacuteticas de desorcioacuten se deberiacutean distinguir otras dos isotermas

individuales correspondientes a la liberacioacuten del jaboacuten adsorbido en la

superficie maacutes externa (mayor kdes) y a la liberacioacuten del adsorbido en los

poros (con menor kdes por la existencia de la etapa de difusioacuten) Si la

cantidad desorbida mediante uno de esos procesos fuera muy pequentildea la

isoterma global coincidiriacutea con una sola de las individuales normalmente

la primera mencionada

Salvo en el caso del sistema Suelo-C12 (en el que se observan de forma

inequiacutevoca los dos procesos sencillos anteriormente mencionados) los

resultados experimentales se ajustan a uno solo de dichos procesos lo que

es indicativo de que la contribucioacuten del jaboacuten adsorbido retenido en el

interior de los poros es praacutecticamente despreciable Estos resultados

sugieren la posibilidad de que la difusioacuten hacia el exterior es menos

probable a medida que aumenta la longitud de la cadena del aacutecido graso

del jaboacuten

En las Figuras 823 a 827 se muestra la aplicacioacuten del modelo propuesto

a las isotermas cineacuteticas de desorcioacuten en donde se ha realizado el ajuste

de los datos experimentales a la ecuacioacuten (828)

Figura 823- Cineacuteticas de los procesos de desorcioacuten 1 2 y global para el homoacutelogo C12

536 Tesis Doctoral

A partir de los datos obtenidos mediante el ajuste de las isotermas

cineacuteticas se han obtenido los valores de smn (expresados en mg de jaboacuten

por Kg de suelo) correspondientes a cada uno de los procesos sencillos de

desorcioacuten asiacute como el global que se muestran en la Tabla 816 en donde

se recogen tambieacuten los valores de las constantes de desorcioacuten kdes de los

dos procesos sencillos

Tabla 816- Valores de nsm y kdes Considerando dos procesos de desorcioacuten

nsm(1) (mgmiddotkg-1) 26276 3203 2782 4221 18141

nsm(2) (mgmiddotkg-1) 3790 23470 17460 0233 0532

nsm (mgmiddotkg-1) 30066 26673 20242 4454 18673

kdes(1) 2588 216300 0106 0060 0102

kdes(2) 0068 0108 0106 0001 0102

538 Tesis Doctoral Si como se comentoacute con anterioridad soacutelo consideramos un uacutenico

proceso de desorcioacuten los ajustes correspondientes se muestran en las

Figuras 828 a 831 y los datos calculados de nsm y kaes en la tabla Tabla

Figura 828- Isoterma cineacutetica del proceso de desorcioacuten para el homoacutelogo C14

540 Tesis Doctoral

Tabla 817- Valores de nsm y kdes Considerando un proceso de desorcioacuten

C14-Na C16-Na C18-Na C181-Na

nsm (mgmiddotkg-1) 26569 20242 4303 18642

kdes 0125 0106 0057 0102

En la Figura 832 se han representado los valores de nsm frente al nuacutemero

de aacutetomos de carbono de la cadena del jaboacuten

En cuanto a las velocidades especiacuteficas de desorcioacuten kdes estas

disminuyen a medida que lo hace la longitud de la cadena (teacutenganse en

cuenta lo ya indicado de C18 respecto de C181)

E) Aplicacioacuten del modelo al establecimiento de las isotermas en

equilibrio

La isoterma de adsorcioacuten parece ser el resultado de la contribucioacuten de las

tres isotermas individuales correspondientes a los tres procesos ldquosencillosrdquo

postulados n (3) corresponde con la precipitacioacuten

Figura 833- Isotermas de adsorcioacuten en el equilibrio para el sistema C12-Suelo

Asimismo en la isoterma de desorcioacuten se puede considerar la

contribucioacuten de esos mismos tres procesos sencillos

542 Tesis Doctoral

Figura 834- Isotermas de desorcioacuten en el equilibrio para el sistema C12-Suelo

Los dos procesos sencillos de adsorcioacutendesorcioacuten reversible (al igual que

se ha dicho en la cineacutetica) se pueden asignar a la adsorcioacuten en la superficie

maacutes externa (mayor kdes) y en el interior de los poros

Cuando se representan conjuntamente las isotermas de adsorcioacuten y de

desorcioacuten netas Figura 833 se pone de manifiesto la existencia de un

efecto de histeacuteresis en la liberacioacuten del adsorbido lo que sugiere una

apreciable afinidad neta del adsorbente por el adsorbido Sufriendo un

ldquoretrasordquo importante la liberacioacuten del jaboacuten retenido en el interior de los

poros (lo cual es coherente con lo observado a la vista de los resultados

del estudio cineacutetico)

Figura 835- Representacioacuten conjunta de las isotermas correspondientes a los procesos globales de adsorcioacuten y desorcioacuten

El mencionado efecto de histeacuteresis parece ser muy significativo

sugiriendo que (a pesar de que no se adsorbe mucho jaboacuten ni con gran

energiacutea) la liberacioacuten es soacutelo parcial reteniendo con una cierta energiacutea

una parte muy significativa del jaboacuten inicialmente adsorbido

La elevada aacuterea del ciclo de histeacuteresis puede tener una explicacioacuten

razonable a medida que se diluye la disolucioacuten en equilibrio con Suelo-

C12 se va disolviendo el jaboacuten precipitado en la superficie pasando a la

fase disolucioacuten y desde eacutesta es adsorbido por el suelo pasando por

difusioacuten al interior del mismo

544 Tesis Doctoral

32 - Experiencia en continuo (columna)

Las experiencias en continuo consistieron en el paso de disolucioacuten de

jaboacuten a traveacutes de una columna de suelo a temperatura constante con el

fin de obtener la curva de rotura del lecho y asiacute calcular la cantidad de

jaboacuten retenida y compararla con los estudios en discontinuo

Las ventajas que presentan las experiencias en columnas en comparacioacuten

con las de tanque son se conserva el estado natural del suelo la relacioacuten

suelodisolucioacuten en la columna es maacutes parecida a la del campo se utiliza

maacutes cantidad de suelo en las columnas lo que hace que los ensayos sean

maacutes representativos se evita el efecto de la centrifugacioacuten y el proceso de

intercambio de iones en condiciones de flujo es maacutes real Sin embargo

conviene recordar que antes de realizar las experiencias de retencioacuten en

columna es de gran utilidad determinar la retencioacuten en tanque porque

ayuda a disentildear las experiencias en columna y a ajustar las condiciones

operativas (caudal concentracioacuten cantidad de suelo etc)

321 - Descripcioacuten de la instalacioacuten experimental

Las columnas se prepararon vaciando cartuchos de extraccioacuten en fase

soacutelida (SPE) y rellenaacutendolos de suelo mediante el uso de un vibrador en

varias etapas para obtener una densidad uniforme a lo largo de todo el

lecho e igual a la densidad aparente del suelo estudiado (139 gmiddotcm-3)

Tanto en la parte inferior como en la superior se colocaron las fritas de

vidrio del cartucho de extraccioacuten en fase soacutelida En la parte superior se

colocoacute tambieacuten un tapoacuten de polipropileno en cuyo centro existe un orificio

por el cual se introdujo un tubo de tefloacuten de 1 mm de diaacutemetro interior

por donde circuloacute el efluente

En la Figura 836 se muestra el aspecto de las columnas utilizadas

Figura 836- Columnas con las que se realizaron los ensayos

La instalacioacuten experimental utilizada constaba de una bomba peristaacuteltica

ISMATEC ISM 834 A La salida de la bomba fue conectada en la parte

inferior de la columna por tanto con un flujo en el sentido ascendente El

influente fue una disolucioacuten acuosa de 20 mgmiddotL-1 de jaboacuten de coco cuya

distribucioacuten de homoacutelogos se muestra en la Tabla 818

HOMOacuteLOGOS

C12-Na 4793

C14-Na 1939

C16-Na 1067

C181-Na 1869

C18-Na 332

Tabla 818- Distribucioacuten por homoacutelogos del jaboacuten de coco

546 Tesis Doctoral La disolucioacuten de jaboacuten estaba contenida en un recipiente donde estaba

sumergido el tubo de succioacuten de la entrada de la bomba Las muestras del

efluente se recogiacutean por conteo de gotas con la ayuda de un colector

automaacutetico que se programoacute previamente en tubos de ensayo graduados

De estos tubos de ensayo graduados se recogiacutea raacutepidamente parte de la

fraccioacuten liacutequida (10 mL) que posteriormente era diluida con 05 mL de

patroacuten interno para su posterior anaacutelisis por HPLC con deteccioacuten con

DAD Como referencia tambieacuten se sometiacutea 10 mL de la disolucioacuten del

influente junto con otro 05 mL de patroacuten interno para calcular la

concentracioacuten de los frascos La instalacioacuten se ubicoacute en una habitacioacuten

climatizada a 20 ordmC para poder realizar comparaciones directas con las

experiencias en discontinuo En la Figura 837 se representa un esquema

de la instalacioacuten de los aparatos necesarios para efectuar esta experiencia

Figura 837- Esquema de la instalacioacuten experimental

En la Figura 838 se muestra una imagen real de la instalacioacuten

Figura 838- Vista del montaje utilizado para la realizacioacuten de las experiencias en columna

322 - Columnas ensayadas

La representacioacuten graacutefica de los resultados experimentales de la

concentracioacuten del efluente frente a su volumen constituye la curva de

rotura del lecho para cada homoacutelogo estudiado Se comenzoacute con una

columna preparada con 3 g de suelo en la Tabla 819 se detallan sus

caracteriacutesticas

548 Tesis Doctoral

PARAacuteMETRO MAGNITUD

Diaacutemetro 12 mm

Longitud 20 mm

Cantidad de suelo 3 g

Tamizado del suelo 2 mm

Volumen de las fracciones 5 mLtubo

Tabla 819- Caracteriacutesticas de la columna

El resultado se muestra en la Figura 839

Figura 839 Curva de rotura obtenida para la columna de 3 g de suelo

Para esta columna de 3 g de suelo se observa que soacutelo eluye el homoacutelogo

C12-Na el cual tras pasar una meseta de estabilizacioacuten comienza a

disminuir su concentracioacuten debido a la disminucioacuten del flujo de la

columna por su obstruccioacuten a consecuencia de la acumulacioacuten de las sales

caacutelcicas del jaboacuten Figura 840 Esta disminucioacuten del flujo propicia un

mayor tiempo de contacto con el suelo y por tanto una mayor retencioacuten

Figura 840- Detalle de la acumulacioacuten de jaboacuten caacutelcico precipitado en la cabeza de la columna

Para tratar de obtener las curvas de rotura de los demaacutes homoacutelogos y

evitar su obturacioacuten se prepararon columnas con cantidades de suelo

inferiores 2 g y 1 g respectivamente En ellas se observoacute un

comportamiento similar Estos hechos estaacuten en total concordancia con el

modelo de adsorcioacutendesorcioacuten propuesto en al apartado anterior donde

se pone de manifiesto la gran tendencia que tiene el jaboacuten a precipitar en

presencia de sales caacutelcicas

550 Tesis Doctoral

4 - EXPERIENCIA EN CAMPO

Este estudio fue realizado con el objetivo de evaluar el comportamiento

del jaboacuten en un determinado ambiente natural donde puede ser aportado

por diferentes mecanismos siendo empleada para esta finalidad la

irrigacioacuten forzada

Para la realizacioacuten de las todas las experiencias llevadas a cabo en el

campo fue necesario la realizacioacuten de algunas experiencias previas

concernientes a la puesta a punto de la metodologiacutea que incluye tanto la

preparacioacuten de la zona de experimentacioacuten como la adecuada seleccioacuten de

los materiales empleados

41 - Descripcioacuten de las parcelas experimentales

La parcela experimental estaacute situada en la Vega de Granada Con una

extensioacuten de 2500 m2 ha sido subdividida en subparcelas de 4 m2 una

de las cuales se han utilizado para los ensayos con formulacioacuten de jaboacuten

de coco comercial con composicioacuten indicada anteriormente Un aspecto

de las subparcelas se muestra en la Figura 841

Figura 841 - Vista general de las parcelas experimentales

Para medir la temperatura tanto del suelo como la ambiental se utilizoacute

una sonda Aquacheck provista de seis termoacutemetros digitales y un sensor

de humedad Los termoacutemetros fueron situados el primero en la superficie

para medir la temperatura ambiental y los demaacutes a profundidades de 100

200 300 400 y 500 cm respectivamente Las medidas de temperatura y

humedad se registraron cada media hora durante todo el tiempo que dura

la experiencia Los datos fueron descargardos cada semana a un

datalogger y posteriormente transferidos al fichero correspondiente del

programa en un PC

Figura 842- Vista general de la sonda Aquacheck en la parcela

552 Tesis Doctoral La temperatura y humedad del aire asiacute como la velocidad y direccioacuten del

viento fueron datos suministrados por la Estacioacuten Meteoroloacutegica del

Aeropuerto de Granada (84190 - LEGR) situado en el municipio de Santa

Fe en las cercaniacuteas de la Finca de Santa Mariacutea

42 - Ensayo con jaboacuten

421 - Puesta a punto de la metodologiacutea de toma de muestras de

Ante la ausencia de jaboacuten en las muestras de agua de pozo empleada en

los riegos y como estudio preliminar se procedioacute a analizar columnas de

suelo tomadas con anterioridad a la aplicacioacuten del tensioactivo

Las muestras de suelo se extrajeron perforando de forma manual con una

barrena helicoidal de tipo EIJKELKAMP Fueron colectadas de 10 en 10

cm hasta una profundidad de 60 cm Como convenio en la presente

Memoria al referirse a la toma de muestra a diferentes profundidades se

procuroacute seleccionar una muestra representativa de cada tramo de tal

forma que por ejemplo cuando se emplea el teacutermino ldquoProfundidad a 20

cmrdquo significa que eacutesta fue la profundidad maacutexima excavada y que se

refiere a todo el tramo que abarca desde los 10 hasta los 20 cm

A continuacioacuten se introdujeron en una bolsa plaacutestica antildeadieacutendoles 5 mL

de disolucioacuten de formaldehiacutedo 1 (mv) - (Figura 843) En el

laboratorio se les dejaba secar a temperatura ambiente en una caacutemara de

extraccioacuten de gases por un periodo de 24 horas Posteriormente se

trituraba y uniformizaba el tamantildeo de partiacutecula pasando por un tamiz de 2

mm Las muestras se introdujeron en frascos esteacuteriles conservadas a 4 ordmC

hasta su anaacutelisis

Figura 843- Colecta de las muestras de suelo en la parcela agriacutecola

La toma de muestra se realizoacute sistemaacuteticamente a las ocho de la mantildeana

antes de aplicar cada riego

422 - Estudio estacional

Una vez puesta a punto la metodologiacutea para la toma de muestra y anaacutelisis

de jaboacuten en suelo se procedioacute al disentildeo de las experiencias encaminadas

del estudio del comportamiento del analito en campo seguacuten las

554 Tesis Doctoral condiciones climaacuteticas de las diferentes estaciones del antildeo Teniendo en

cuenta los resultados de experiencias anteriores y ante la ausencia de

jaboacuten encontrada por debajo de los primeros 20 cm de profundidad se

decidioacute incrementar la cantidad de jaboacuten aplicada con objeto de establecer

su comportamiento en capas maacutes profundas En cada tratamiento se

especifica la cantidad aportada (proacutexima a los 50 gmiddotm-2) Ademaacutes esta

nueva cantidad empleada supondriacutea una exposicioacuten del suelo al jaboacuten por

encima de los valores habitualmente encontrados en un vehiacuteculo

frecuentemente empleado como riego en esta zona como es el agua

residual que de no estar tratado en una EDAR puede presentar unas

concentraciones en disolucioacuten proacuteximas la cantidad empleada en este

estudio Este hecho representariacutea una mayor garantiacutea en cuanto al

comportamiento del jaboacuten en el caso de una supuesta y draacutestica

aportacioacuten en este ambiente

Con relacioacuten al riego empleado en las distintas campantildeas de este estudio y

basaacutendonos en experiencias anteriores se realizoacute un riego diario

Asimismo se realizoacute un riego preliminar con anterioridad a la aplicacioacuten

del jaboacuten Con objeto de prevenir fenoacutemenos de flujo preferencial en grietas

y canales que limitariacutean una interaccioacuten entre la solucioacuten y el suelo White6 et

col observaron este efecto con los herbicidas bromacilo y napropamida en

ensayos en columnas de suelo intactas

En las parcelas estudiadas no se habiacutea utilizado previamente ninguacuten tipo de

pesticidas herbicidas insecticida en los uacuteltimos cinco antildeos Esta condicioacuten es

muy importante porque no soacutelo en estos productos pueden contener

tensioactivos en sus respectivas formulaciones aportaacutendolo al medioambiente

6 White RE Dyson JS Gerstl Z Yaron B Leaching of herbicides through undisturbed

cores of a structure clay soil Soil Sci Soc Am J 50 277-283 1986

sino que ademaacutes con su uso se podriacutea alterar la microbiota Tambieacuten en todas

las parcelas antes de cada aplicacioacuten se procediacutea a la limpieza a mano de toda la

vegetacioacuten superficial existente pues eacutestas podriacutean interferir en los mecanismos

de adsorcioacuten-desorcioacuten degradacioacuten del jaboacuten e interfiriendo en la influencia

de algunas variables climatoloacutegicas como el iacutendice de evaporacioacuten del agua

En todas las campantildeas la colecta del suelo fue realizada a distintas

profundidades (20 100 200 300 400 500 600 cm) Antes de cada

tratamiento estacional se procedioacute a realizar un blanco a las diferentes

profundidades con objeto de conocer la posible existencia de jaboacuten residual en

el suelo El tiempo empleado en cada experiencia fue el necesario para que

la concentracioacuten de jaboacuten alcanzase un valor proacuteximo al encontrado en el

blanco (cantidad residual de jaboacuten persistente en el suelo)

Las temperaturas del suelo fueron tomadas por la sonda Aquacheck de

forma programada cada media hora durante el tiempo de ensayo En las

graacuteficas correspondientes se muestran los valores obtenidos

A) Verano 2008

Este primer ensayo fue importante para dilucidar tanto la frecuencia con que

se deberiacutean realizar las colectas la profundidad y la frecuencia de riego con

agua de pozo

La experiencia fue realizada en el periodo comprendido entre el diacutea

22072008 hasta el diacutea 11092008 siendo la dosis de jaboacuten aplicada en

la parcela de 5 gmiddotm-2 Para esto fueron pesadas 20 g de la mezcla

comercial de jaboacuten de coco (sintetizada en el laboratorio a partir de aacutecidos

grasos de coco) y aplicadas a la parcela A diferencia del resto de

556 Tesis Doctoral aplicaciones y con objeto de determinar las condiciones ideales de riego

la frecuencia de regado fue de dos diarios durante los primeros diacuteas del

ensayo para luego pasar a un solo riego al diacutea manteniendo esa

frecuencia para el resto de estaciones La dotacioacuten por riego era de

13175 Lmiddotm-2

En este tratamiento se realizaron 13 colectas diariamente durante los

cuatro primeros diacuteas con una periodicidad de dos diacuteas las siguientes y

una vez a la semana las cinco uacuteltimas tomas

A1) Evolucioacuten de los paraacutemetros ambientales

Los datos obtenidos de las medida de la temperatura y humedad a las

diferentes profundidades (ambiental a 100 200 30 40 y 500 cm de

profundidad) se muestra en la Figura 844 y 845

Figura 844- Temperaturas a diferentes profundidades

Figura 845- Humedades a diferentes profundidades

Se observa que la variabilidad disminuye al aumentar la profundidad

Esta observacioacuten fue comuacuten en todos los tratamientos En la Tabla 820

se muestran los paraacutemetros ambientales

558 Tesis Doctoral

Tabla 820 - Paraacutemetros ambientales para el tratamiento de Verano 2008

PARAacuteMETROS AMBIENTALES

Temperatura ambiente (ordmC) Maacutex Med Miacuten

Temperatura media a 2 cm de profundidad (ordmC)

214 335 246 153

Precipitacioacuten total de lluvia yo nieve derretida (mm)

75 217

Velocidad media del viento (kmh-1)

Temperatura media a 20 cm de profundidad

73 220

Humedad ambiental () 452

Humedad media a 2 cm de profundidad () 522

A2) Evaluacioacuten del jaboacuten

Los resultados obtenidos en los anaacutelisis de las diferentes muestras de

suelo se representan en la Figura 846

Verano 2008

0 200 400 600 800 1000 1200

Concen

tracioacuten (m

g Jaboacute

‐1suelo)

Tiempo (h)

C12‐Ca Sup

C12‐Ca 10 cm

0 200 400 600 800 1000 1200

Concen

tracioacuten (m

g Jaboacute

‐1suelo)

Tiempo (h)

C14‐Ca Sup

C14‐Ca 10 cm

0 200 400 600 800 1000 1200

Concen

tracioacuten (m

g Jaboacute

‐1suelo)

Tiempo (h)

C16‐Ca Sup

C16‐Ca 10 cm

0 200 400 600 800 1000 1200

Concen

tracioacuten (m

g Jaboacute

‐1suelo)

Tiempo (h)

C181‐Ca Sup

C181‐Ca 10 cm

0 200 400 600 800 1000 1200

Concen

tracioacuten (m

g Jaboacute

‐1suelo)

Tiempo (h)

C18‐Ca Sup

C18‐Ca 10 cm

0 200 400 600 800 1000 1200

Concentracioacuten

(mg Jaboacute

‐1suelo)

Tiempo (h)

Degradacioacuten del Jaboacuten total

Jaboacuten total Sup

Jaboacuten total 10 cm

Figura 846- Concentraciones de los homoacutelogos y jaboacuten total a distintas profundidades y tiempos

Los datos obtenidos fueron ajustados a una ecuacioacuten exponencial de

primer orden obtenieacutendose los correspondientes valores de la constante

de degradacioacuten (k) tiempo de vida media (t12) y coeficiente de

determinacioacuten (R2) representados en la Tabla 821

560 Tesis Doctoral

Homoacutelogo C12-Ca Homoacutelogo C14-Ca

Sup 10 cm Sup 10 cm

k (h-1) 00374 00223 k (h-1) 00275 00136

t12 (h) 1853 3108 t12 (h) 2501 5097

R2 () 972 964 R2 () 957 83

Sup 10 cm Sup 10 cm

k (h-1) 00167 00056 k (h-1) 00406 00106

t12 (h) 4151 12378 t12 (h) 1707 6539

R2 () 969 95 R2 () 941 918

Homoacutelogo C18-Ca Jabot total

Sup 10 cm Sup 10 cm

k (h-1) 00071 0004 k (h-1) 00258 00221

t12 (h) 9763 17329 t12 (h) 2687 3136

R2 () 948 967 R2 () 987 954

Tabla 821 - Paraacutemetros del ajuste a la ecuacioacuten exponencial de primer orden de todos los datos de campo para los homoacutelogos C12 C14 C16 C181 C18 y jaboacuten total

En las Figuras 847 y 848 se muestra el comportamiento del jaboacuten y

sus homoacutelogos relacionando dos paraacutemetros la constante de

degradacioacuten (k) y el tiempo de vida media (t12) con la longitud de la

cadena de los distintos homoacutelogos y con las dos profundidades

estudiadas A partir de 20 cm no se detectoacute cantidad alguna de los

analitos objetos de estudio Este hecho se observoacute tambieacuten en las

demaacutes campantildeas El hecho de someter la parcela experimental a dos

riegos diarios condujo a serias dificultades en la toma de muestra

debido al excesivo aporte de agua

Figura 847- Relacioacuten entre la constante de degradacioacuten la profundidad y la longitud de cadena

Figura 848- Relacioacuten entre el tiempo de vida media la profundidad y la longitud de cadena

562 Tesis Doctoral

B) Otontildeo 2008

En esta campantildea se operoacute de forma similar al tratamiento de verano con el

mismo aporte de jaboacuten de coco y modificando la frecuencia de riego a 24

horas por las razones indicadas en el apartado anterior

Esta experiencia fue realizada desde el diacutea 17112008 hasta el diacutea

18122008 siendo la dosis de jaboacuten aplicada en la parcela de 5 gm-2

Para esto fueron pesadas 20 g de la mezcla comercial de jaboacuten y

aplicadas a la parcela La dotacioacuten de riego fue la indicada en el

tratamiento anterior En total se realizaron 8 colectas

B1) Evolucioacuten de los paraacutemetros ambientales

En las Figura 849 y 850 se muestra los datos de temperaturas y

humedad a las diferentes profundidades Del mismo modo en la Tabla

822 se muestran los paraacutemetros ambientales

Tabla 822- Paraacutemetros ambientales para el tratamiento de Otontildeo 2008

73 114 57 08

823 83

564 Tesis Doctoral

B2) Evaluacioacuten del jaboacuten

En cuanto a los resultados obtenidos eacutestos se encuentran representados en

la Figura 851

Otontildeo 2008

0 100 200 300 400 500

Concen

tracioacuten (m

g Jaboacute

‐1suelo)

Tiempo (h)

C12‐Ca Sup

C12‐Ca 10 cm

0 100 200 300 400 500

Concen

tracioacuten (m

g Jaboacute

‐1suelo)

Tiempo (h)

C14‐Ca Sup

C14‐Ca 10 cm

0 100 200 300 400 500

Concen

tracioacuten (m

g Jaboacute

‐1suelo)

Tiempo (h)

C16‐Ca Sup

C16‐Ca 10 cm

0 100 200 300 400 500

Concen

tracioacuten (m

g Jaboacute

‐1suelo)

Tiempo (h)

C181‐Ca Sup

C181‐Ca 10 cm

0 100 200 300 400 500

Concen

tracioacuten (m

g Jaboacute

‐1suelo)

Tiempo (h)

C18‐Ca Sup

C18‐Ca 10 cm

0 100 200 300 400 500

Concentracioacuten

(mg Jaboacute

‐1suelo)

Tiempo (h)

Sup 10 cm Sup 10 cm

k (h-1) 00512 00448 k (h-1) 00432 00368

t12 (h) 1354 1547 t12 (h) 1605 1884

R2 () 99 955 R2 () 98 953

Sup 10 cm Sup 10 cm

k (h-1) 00375 00292 k (h-1) 00402 00358

t12 (h) 1848 2374 t12 (h) 1724 1936

R2 () 851 976 R2 () 907 889

Homoacutelogo C18-Ca Jaboacuten total

Sup 10 cm Sup 10 cm

k (h-1) 00314 00268 k (h-1) 00424 00356

t12 (h) 2207 2586 t12 (h) 1635 1947

R2 () 994 994 R2 () 925 931

Tabla 825- Paraacutemetros del ajuste a la ecuacioacuten exponencial de primer orden de todos los datos de campo para los homoacutelogos C12 C14 C16 C181 C18 y jaboacuten total

estudiadas

566 Tesis Doctoral

C) Invierno 2009

En esta campantildea se operoacute de forma ideacutentica al tratamiento de otontildeo con el

mismo aporte de jaboacuten de coco y la misma frecuencia de riego

C1) Evolucioacuten de los paraacutemetros ambientales

568 Tesis Doctoral

Tabla 824- Paraacutemetros ambientales para el tratamiento de Invierno 2009

101 162 101 44

520 109

71 114

C2) Evaluacioacuten del jaboacuten

la Figura 856

Invierno 2009

0 200 400 600 800

Concen

tracioacuten (m

g Jaboacute

‐1suelo)

Tiempo (h)

C12‐Ca Sup

C12‐Ca 10 cm

0 200 400 600 800

Concen

tracioacuten (m

g Jaboacute

‐1suelo)

Tiempo (h)

C14‐Ca Sup

C14‐Ca 10 cm

0 200 400 600 800

Concen

tracioacuten (m

g Jaboacute

‐1suelo)

Tiempo (h)

C16‐Ca Sup

C16‐Ca 10 cm

0 200 400 600 800

Concen

tracioacuten (m

g Jaboacute

‐1suelo)

Tiempo (h)

C181‐Ca Sup

C181‐Ca 10 cm

0 200 400 600 800

Concen

tracioacuten (m

g Jaboacute

‐1suelo)

Tiempo (h)

C18‐Ca Sup

C18‐Ca 10 cm

0 200 400 600 800

Concentracioacuten

(mg Jaboacute

‐1suelo)

Tiempo (h)

570 Tesis Doctoral de degradacioacuten (k) tiempo de vida media (t12) y coeficiente de

Sup 10 cm Sup 10 cm

k (h-1) 00461 00266 k (h-1) 00388 00246

t12 (h) 1504 2606 t12 (h) 1786 2818

R2 () 999 988 R2 () 995 994

Sup 10 cm Sup 10 cm

k (h-1) 00299 00180 k (h-1) 00350 00203

t12 (h) 2218 3851 t12 (h) 1980 3415

R2 () 966 998 R2 () 922 95

Sup 10 cm Sup 10 cm

k (h-1) 00238 00153 k (h-1) 00370 00213

t12 (h) 2912 4530 t12 (h) 1873 3254

R2 () 904 968 R2 () 966 992

estudiadas

D) Primavera 2009

572 Tesis Doctoral Esta experiencia fue realizada desde el diacutea 26052009 hasta el diacutea

D1) Evolucioacuten de los paraacutemetros ambientales

Tabla 826- Paraacutemetros ambientales para el tratamiento de Primavera 2009

207 294 209 118

192 212

81 216

574 Tesis Doctoral

D2) Evaluacioacuten del jaboacuten

la Figura 861

Primavera 2009

0 100 200 300 400 500

Concen

tracioacuten (m

g Jaboacute

‐1suelo)

Tiempo (h)

C12‐Ca Sup

C12‐Ca 10 cm

0 100 200 300 400 500

Concen

tracioacuten (m

g Jaboacute

‐1suelo)

Tiempo (h)

C14‐Ca Sup

C14‐Ca 10 cm

0 100 200 300 400 500

Concen

tracioacuten (m

g Jaboacute

‐1suelo)

Tiempo (h)

C16‐Ca Sup

C16‐Ca 10 cm

0 100 200 300 400 500

Concen

tracioacuten (m

g Jaboacute

‐1suelo)

Tiempo (h)

C181‐Ca Sup

C181‐Ca 10 cm

0 100 200 300 400 500

Concen

tracioacuten (m

g Jaboacute

‐1suelo)

Tiempo (h)

C18‐Ca Sup

C18‐Ca 10 cm

0 100 200 300 400 500

Concentracioacuten

(mg Jaboacute

‐1suelo)

Tiempo (h)

Figura 861- Concentraciones de los homoacutelogos y jaboacuten total a distintas profundidades y tiempos Los datos obtenidos fueron ajustados a una ecuacioacuten exponencial de

Sup 10 cm Sup 10 cm

k (h-1) 00334 00197 k (h-1) 00215 00153

t12 (h) 2075 3519 t12 (h) 3224 4530

R2 () 989 901 R2 () 992 966

Sup 10 cm Sup 10 cm

k (h-1) 00207 00118 k (h-1) 00225 00133

t12 (h) 3349 5874 t12 (h) 3081 5212

R2 () 953 972 R2 () 968 918

Sup 10 cm Sup 10 cm

k (h-1) 00187 00105 k (h-1) 00253 00157

t12 (h) 3707 6601 t12 (h) 2740 4415

R2 () 931 918 R2 () 903 949

cadena de los distintos homoacutelogos y con las 2 profundidades

estudiadas

576 Tesis Doctoral

C12‐Ca C14‐Ca C16‐Ca C181‐Ca C18‐Ca

degradacioacuten

del Jaboacute

Homoacutelogos

po de vida

ia del Jaboacute

Homoacutelogos

423 - Estudio comparado de los resultados de campo

Analizando los datos de concentracioacuten de jaboacuten en suelo a las distintas

profundidades ensayadas en todas las campantildeas estudiadas se puede

constatar

1ordm- Todos los homoacutelogos estudiados en las condiciones experimentales

descritas se adsorben precipitan y biodegradan en los 10 primeros

centiacutemetros de la zona arable no lixiviando a mayores profundidades lo

que indica un buen comportamiento desde el punto de vista

medioambiental

2ordm- La degradacioacuten de los homoacutelogos de jaboacuten en suelo es relativamente

raacutepida con tiempos de vida media comprendidos entre 135 y 976 horas

para la capa superficial y 155 y 1733 horas para una profundidad de 10

cm Los valores del tiempo de vida media para la degradacioacuten del jaboacuten

total estaacuten comprendidos entre 1635 y 2740 horas en la superficie (2

cm) y entre 1947 y 4415 horas en los 10 primeros centiacutemetros Los datos

experimentales encontrados estaacuten representados en la Figura 864

Figura 864- Tiempo de vida media para el jaboacuten total a distintas profundidades y para cada campantildea

Estos resultados estaacuten en concordancia con otros resultados similares que

fueron publicados para la degradacioacuten del tensioactivo LAS en cuatro

suelos alemanes con cantidades bajas de materia orgaacutenica (Kuumlchler amp

578 Tesis Doctoral Schnaak7) Asimismo Larson8 et al publicaron un tiempo de vida media

para la degradacioacuten del LAS en distintos suelos que variaba desde 1 - 5

diacuteas Gejlsbjerg9 et at divulgaron que el LAS biodisponible fue

mineralizado a CO2 con periacuteodos de 79 diacuteas en el suelo Holt amp

Bernstein10 relataron un tiempo de vida media para el LAS en suelo de

aproximadamente 8 diacuteas con una eliminacioacuten del analito del 94 - 99

3ordm- En todos los casos las curvas de degradacioacuten se ajustan a una cineacutetica de

primer orden Al establecer una relacioacuten entre las constantes de degradacioacuten

(k) para el jaboacuten total y sus homoacutelogos con las dos profundidades estudiadas

se constata que la velocidad de degradacioacuten es mayor cuanto maacutes cerca de la

superficie se encuentran los analitos de forma que k 2cm gt k 10cm Esta

tendencia se cumple en todos los tratamientos realizados (verano 2008 otontildeo

2008 invierno 2009 y primavera 2009) A modo representativo en la

Figura 865 se muestran los valores del ln de la concentracioacuten de jaboacuten total

frente al tiempo a las distintas profundidades en el tratamiento de verano 2008

7 Kuumlchler T Schnaak W Behaviour of linear alkylbenzene sulphonates (LAS) in sandy

soils with low amounts of organic matter Chemosphere 35 153-167 1997 8 Larson RJ Federle TW Shimp RJ Ventullo RM Behaviour of linear alkylbenzene

sulfonate (LAS) in soil infiltration and groundwater Tenside Surf Deterg 26 116-121 1989

9 Gejlsbjerg B Klinge C Madsen T Mineralization of organic contaminants in sludgendashsoil mixtures Environ Toxicol Chem 20 698-705 2001

10 Holt MS Bernstein SL Linear alkylbenzenes in sewage sludges and sludge-amended soils Water Res 26 613-624 1992

Figura 865- Degradacioacuten del jaboacuten total durante el Verano 2008

De la observacioacuten de esta figura se puede comprobar el excelente ajuste

de los datos a una cineacutetica de degradacioacuten de primer orden asiacute como el

hecho de que el jaboacuten se degrada maacutes raacutepidamente en la capa superficial

(mayor pendiente de las rectas)

Los mejores ajustes se obtuvieron en las campantildeas de verano 2008 e

invierno 2009 Los datos de ajuste de todas las campantildeas se muestran en

la Figura 866 En ella se puede observar que en todas las experiencias el

valor del coeficiente de determinacioacuten es superior 90

Figura 866- Ajuste de los datos de todas las campantildeas para el jaboacuten total

580 Tesis Doctoral De acuerdo con Beulke amp Brown11 en un estudio realizado evaluando los

paraacutemetros de degradacioacuten de un pesticida en matrices ambientales donde

valores de R2 gt 700 podriacutean ser considerados como resultados

aceptables Otros estudios analizando la degradacioacuten de pesticidas

tambieacuten en condiciones medioambientales comentan que esta falta de

ajuste puede ser achacada a la heterogeneidad de las muestras de suelos

(Gustafson amp Holden12 Beulke13 et at) y a otros muchos factores

(contenido de agua presencia de superficies cataliacuteticas o la variabilidad en

la poblacioacuten microbiana) que no se reflejan en ninguacuten paraacutemetro de la

ecuacioacuten exponencial (Zimdahl14 et al)

4ordm- Se observa asimismo y en concordancia con el postulado de

Swisher15 ldquoPrincipio de la distanciardquo que conforme aumenta la longitud

de la cadena alquiacutelica la constante de degradacioacuten (k) tambieacuten aumenta

de modo que se puede apreciar que k C12 gt k C14 gt k C16 gt k C18 con la

excepcioacuten del C181 que debido de la presencia del doble enlace y por

tanto a su mayor solubilidad en agua presenta un comportamiento

diferente al C18 con constantes de degradacioacuten mayores hecho que

concuerda con los resultados obtenidos en el estudio de adsorcioacuten

realizado en el laboratorio

11 Beulke S Brown CD Evaluation of methods to derive pesticide degradation

parameters for regulatory modelling Biol Fertil Soils 33 558-564 2001 12 Gustafson DI Holden LR Nonlinear pesticide dissipation in soil a new model based

on special variability Environ Sci Technol 24 1032-1038 1990 13 Beulke S Malkokmes H-P Effects of the herbicides metazachlor and dinoterb on the

soil microflora and the degradation and sorption of metazachlor under different environmental conditions Biol Fertil Soils 33 467-471 2001

14 Zimdahl R Cranmer BK Stroup W Use of empirical equations to describe dissipation of metribuzin and pendimethalin Weed Sci 42 241-248 1994

15 Swisher RD Surfactants biodegradation 2ordm Ed Marcell Dekker New York USA 1987

5ordm- A la vista de los resultados obtenidos se pudo comprobar que la

velocidad de degradacioacuten varioacute en funcioacuten de las estaciones estudiadas

Campantildea de otontildeo 2008 gt invierno 2009 gt verano 2008 asymp primavera

2009 A modo ilustrativo en la Figura 867 se representan los datos de

lnc del jaboacuten total frente al tiempo a 2 cm de profundidad para cuatro

diferentes estaciones

Figura 867- Degradacioacuten del jaboacuten total en la zona superficial en las estaciones estudiadas

En la siguiente figura (Figura 868) se representan los valores de k y t12

encontrados para cada homoacutelogo en las diferentes estaciones en funcioacuten

de la profundidad En ella se observa una tendencia parecida a la descrita

para el jaboacuten total salvo en el caso del C181 que por las causas

anteriormente mencionadas sigue un comportamiento distinto al resto

582 Tesis Doctoral

Figura 868- Valores de k y t12 obtenidos para los homoacutelogos del jaboacuten

La diferencia encontrada entre estos paraacutemetros seguacuten la estacioacuten

considerada no puede atribuirse exclusivamente a la influencia directa

de las variables climatoloacutegicas temperatura y la humedad ya que un

estudio riguroso exigiriacutea conocer la influencia que estas ejercen sobre la

microbiota que en definitiva es la responsable ultima de su

biodegradacioacuten

584 Tesis Doctoral

CONCLUSIONS

Conclusions 587

The research developed in this Thesis has led to obtain the

following conclusions

rArr It has developed and validated analytical methods for the use of

liquid chromatography with fluorescence detection for separation

and determination of eight calcium salts of fatty acids (soap) in

different environmental samples (soil sewage sludge and

sediments) and using different extraction techniques (Soxhlet

ultrasonic and microwave)

The proposed methods involve a first stage of sample treatment

by extraction of interfering with petroleum ether Then the

obtained dry residue is subjected to a conversion reaction

(calcium soap to potassium soap) Third it performs the

extraction of obtained potassium soap Subsequently the extract

undergoes a reduction in the preconcentrator Next it takes place

a derivatization stage which uses BrMMC and Ether 18-Crown-6

as derivatives agents Finally studied compounds are separated

and determined by liquid chromatography with fluorescence

detection Detection limits obtained by these methods between

012 and 017 mgmiddotKg -1 are low enough for the detection and the

identification of these analytes in studied environmental matrices

liquid chromatography with Diode Array detector for separation

588 Tesis Doctoral

a derivatization stage which use DAP as derivative agent Finally

studied compounds are separated and determined by liquid

chromatography with Diode Array detector Detection limits

obtained by these methods between 013 and 020 mgmiddotKg -1 are

low enough to for the detection and the identification of these

analytes in studied environmental matrices

and determination of different homologues (C10-C13) of linear

alkylbenzene sulfonate in different environmental samples (soil

sewage sludge and sediments) and using different extraction

techniques (Soxhlet ultrasonic and microwave)

by extraction of the analytes in methanol Subsequently the

extract undergoes a reduction in the preconcentrator Finally

chromatography with fluorescence detection Detection limits

obtained by these methods between 330 and 540 microgmiddotKg -1 are

Conclusions 589

low enough to use these methods for the detection and the

identification of these compounds in studied environmental

matrices

rArr It has conducted a statistical comparison between the proposed

methods for the separation and determination of eight calcium

salts (soap) in different samples (soils sewage sludge and

sediments)

The study was carried out through statistical comparison of slopes

and intercepts of the calibration functions in sample which were

obtained during the establishment of the analytical methodology

According to obtained results it can be concluded that there is no

difference between the slopes and intercepts obtained in each of

studied samples so a calibration function in a particular sample

can be applied to other samples

rArr It has conducted a statistical comparison between the different

extraction techniques (Soxhlet ultrasonic and microwave) for the

separation and determination of eight calcium salts (soap)

difference between the obtained slopes and intercepts in each of

590 Tesis Doctoral

studied extraction techniques so a calibration function in sample

obtained with a particular extraction technique can be applied to

other studied techniques

methods for the separation and determination of different

homologues (C10-C13) of linear alkylbenzene sulfonate in different

samples (soils sewage sludge and sediments)

separation and determination of different homologues (C10-C13) of

linear alkylbenzene sulfonate

Conclusions 591

derivatization techniques (FLD y DAD) for the separation and

determination of eight calcium salts (soap)

The study was carried out through statistical comparison of the

obtaining results after analyzing for each derivation technique

fifteen representative sewage sludge samples

difference between the results obtained by each derivatization

reaction

rArr It has conducted a study of the obtained results after determining

the amount of calcium salts of fatty acids (soap) and the amount

of different homologues (C10-C13) of linear alkylbenzene sulfonate

in different wastewater treatment plants (WWTP)

The study was carried out with the concentrations of LAS and

soap and with known variables such as water hardness number of

inhabitants treatment and for some samples seasonality

According to obtained results it can be concluded that

592 Tesis Doctoral

Soap concentrations are significantly greater than those

found to LAS

Both the concentration of the LAS as the soap are very

influenced by the hardness of water although in the case

of soap there is a trend to find high concentrations in

North-Central Spain so it is hypothesized that

temperature may be a factor to consider in the final

results

Unlike in the case of soap there are significant

differences in the concentrations of LAS between aerobic

and one anaerobic sludge

Similarly disparate behaviour is detected in the presence

of chemical stabilization determine small concentrations

for LAS and high concentrations for soap

Finally similar behaviour is observed for both surfactants

to composting the treatment chemical and study seasonal

in marine sediments

soap and with known variables such as sampling the sample

frequency and location of the emissaries

Conclusions 593

found to LAS This phenomenon may occur as in the case

of sewage sludge sample by the largest consumption the

soap and its greater tendency to precipitate

For both analytes different concentrations between

samples taken at the mouth of the emissary and those

collect to the East West and South is observed

containing these latest quantities of anionic surfactants

substantially lower than those in the mouth

In the same way and for both analytes insignificant

variability between the samples collected in the South

East and the West is detected

In the case of LAS it cannot be possible to find any

relationship between concentration and seasonality In

contrast higher concentrations are determined in the

warmer seasons (spring and summer) for soap However

the lack of data makes it impossible to generalize the

observed behavior

rArr It has developed a new methodology for the study of the

behaviour of soap on agricultural land which includes the

following phases laboratory studies (in batch or continuous tank

or column) and the seasonal field study

rArr As a preliminary step it has been characterized the soil used in

laboratory and field studies and the water used in irrigation Due

to the influence of soil properties on adsorption and transport

processes it has determined their chemical characteristics (pH

594 Tesis Doctoral

organic matter cation exchange capacity content of soluble

anions and cations and total nitrogen) and their physical properties

(texture porosity moisture and hydraulic conductivity) The

results have allowed classifying the used soil as fluvisol

calcareoussoil

rArr In laboratory tests in batch (tank) it has established the kinetics

and isotherms for adsorption desorption of soap So it has

proved the relative speeds with all homologues of soap are

adsorbed reaching the balance within 120 minutes The process

of desorption runs slightly slower with an equilibrium time of

200 minutes As well as the fact that the adsorption capacity

increases with increasing alkyl chain length of the corresponding

homologues Moreover neither the process of adsorption and

desorption process are consistent with either set of simple models

(Freundlich or Langmuir)

rArr It is verified that both processes (adsorption and desorption) are

not simple but its kinetics and isotherms fit very well to a

complex model consists of three reversible stages in equilibrium

Adsorption Desorption in the soils surface

Adsorption Desorption in the internal pores of the soil

Precipitation of alkaline salts of soap

It is reveals the existence of a hysteresis effect in the release of

adsorbed suggesting an appreciable adsorbent affinity for the

adsorbed

Conclusions 595

Test in continuous made in columns soil have confirmed the high

affinity of soap on the studied soil due to the formation of an

impermeable film at the head of the column originated by the

formation of calcium salts of soap For this reason it has only

been possible to obtain the rupture curve of C12 homologue This

fact is in total agreement with the proposed adsorptiondesorption

rArr We have studied the behaviour of soap in an experimental

agricultural plot at depending on climatic conditions at different

seasons This was carried out by surface application of analyte

station and a number of irrigations in accordance with agricultural

practices in the area In all campaigns the collection of soil was

conducted at various depths (20 100 200 300 400 500 600

cm) The time spent on each experience was the need for soap

concentration reached a value close to the blank (residual amount

of soap in the soil)

In the field tests (soil samples) it has proved that the analytes

have low lixiviation capacity being only retained in the first 10

centimeters This result is in total agreement with the strong

adsorption precipitation of soap described in previous sections

Analyzing soap concentration in soil at different depths it is clear

that the disappearance of soap in soil is relatively rapid with half-

lives ranging between 1350 and 9760 hours for the surface layer

and 1550 and 17330 hours for a depth of 10 cm The values of

the half-life for degradation of total soap are between 1635 and

2740 hours on the surface (2 cm) and between 1947 and 4415

596 Tesis Doctoral

hours in the first 10 centimeters These times are consistent with

studies by other authors about of in this case the LAS indicating

a rapid biodegradation in two weeks

In all cases degradation curves fit a first-order kinetic If we

compare the constants of degradation (k) for the total soap and

their homologues with depths it appears that the degradation rate

is higher the closer to the surface are the analytes so that k2cm gt k

10cm This trend is observed in all studied seasons

It is observed that as increases the length of alkyl the constant of

(k) degradation also increases so it can see that k C 12 gt k C14 gt k

C16 gt k C18 This observation is similar for all seasons These

results are consistent with the postulate of Swisher Distance

principle In the case of the C181 it is detected different

behaviour from the rest due to derived properties from the

presence of the double bond giving it a greater solubility and

therefore a superior constant degradation attributable to a greater

availability

Degradation rate for total soap varies depending on studied

stations so that the autumn 2008 gt winter 2009 gt summer 2008

asymp spring 2009

SUMMARY

Summary 599

The presented Thesis entitled ldquoDetermination of anionic surfactants in

environmental matrices study of soap behaviour in an agricultural

plotldquocan be summarized in several parts

Subject of the Thesis

The growing concern of the European Union in the regulation of

surfactants together with the shortage of relevant environmental

information of soap due to lack of analytical methodologies able

to determine soap in different environmental matrices and its

undoubted economic importance justify themselves the

environmental study of soap Similarly and in spite of the

existence of numerous publications of the environmental

performance of the LAS the interest in the LAS study lies in the

novel conclusions that can be derived from its study and

monitoring together with soap in different environmental

matrices

For the study field a soil from la Vega de Granada has been

selected which has great relevance in agriculture Due to its

irrigation with urban water and therefore with little or no

wastewater industrial pollution the selected plot gathers ideal

conditions for carrying out the proposed research In addition the

study area presents a climatic variety during all seasons which

makes it especially useful to the time to draw conclusions

This study aims on the one hand improve the existing

methodology for the detection and determination of surfactants

and on the other hand deeper understanding of the different

600 Tesis Doctoral

mechanisms (adsorption precipitation mobility

photodegradation biotransformation aerobic anaerobic

biotransformation ) that can contribute to facilitate or hinder the

bioavailability of these products on the plot

Comparison of the results obtained in the laboratory with the field

tests make it possible to perform the corresponding interrelations

and to establish different mechanisms to justify its real behavior in

the area

Development of analytical methodologies to determine soap in

environmental matrices

Several methodologies to analyzed soap are proposed in this

Thesis Development of theses methodologies comprises

bull Optimization of sample treatment In order to obtain an workable

methodologies several matrices such as soils sewage sludge and

marine sediments are studied In the same way three different

extraction techniques (Soxhlet ultrasound and microwave

assisted extraction (MAE)) are also used Therefore three

different extraction procedures for each environmental matrix are

presented in this Thesis

First in the case of soap to remove possible compounds able to

be derived in the same conditions as soap a preliminary

extraction is required In order to select a properly extraction

solvent several solvents such as petroleum ether hexane or

methanol are tested for each extraction technique and for each

Summary 601

environmental matrix In addition variables such as extraction

time volume of extraction solvent and in some cases

temperature are optimized using in most experimental designs

to obtain the optimum

The second part of sample treatment after removing compounds

able to interfere in the derivatization reaction is convert calcium

soap in potassium soap Most of soap is presented as a

precipitated salt (mainly calcium salt) in environment This salt is

nearly impossible to solve in common organic or inorganic

solvent so to analyze calcium soap a conversion reaction is

required Unlike calcium soap potassium soap is easily solved in

common solvents such methanol and water In the presented

Thesis the variables related to conversion of calcium soap to

potassium soap (water volume quantity of reactives reaction

time etc) are optimized for each studied matrix (soils sewage

sludge and marine sediments)

The third part involves an another extraction procedure to extract

the potassium soap generated in the previous step Similar to

ether petroleum extraction step several solvents such as

petroleum ether water or methanol are tested for each extraction

technique and for each environmental matrix In addition

variables such as extraction time volume of extraction solvent

and in some cases temperature are optimized using in most

experimental designs to obtain the optimum

The last part of sample treatment is the preconcentration step In

order to obtain suitable limit of detection and quantification a

602 Tesis Doctoral

preconcentration step before derivatization is proposed

Depending on the detection techniques used (fluorescence

detection or ultraviolet detection) and to obtain similar limits of

detection and quantification two different preconcentration steps

are developed

bull Derivatization reaction Similar to fatty acid it is necessary a

derivatization reaction to determine soap at low concentrations

in the environment In the presented Thesis two new derivation

reactions are developed to analyze potassium soap by liquid

chromatography One reaction for fluorescence detection using

BrMMC and crown ether as reactives and another for ultraviolet

detection using DAP as reactive Variables related to

derivatization reaction such as quantity of reactives and analytes

reaction time volume temperature etc are optimized following

experimental designs

bull Chromatographic separation by liquid chromatography In order

to determine the different homologues of studied soap (eight) a

chromatographic separation is required Taking into account the

physical and chemicals properties of soap a reverse-phase

chromatographic separation is presented Variables related to

reverse-phase chromatographic separation such as quantity

column type composition of mobile phase pH organic

modifiers injection volume vial composition etc are studied

and optimized It is noteworthy to mention that the same

chromatographic separation developed and optimized is used

for both derivatization reactions (fluorescence and ultraviolet)

Summary 603

This fact is explained by the structural similarity of the reactives

(DAP and BRMMC) used in this Thesis

Development of analytical methodologies to determine LAS in

Several methodologies to analyzed LAS are proposed in this

bull Optimization of sample treatment Similar to soap determination

and in order to obtain an workable methodologies several

matrices such as soils sewage sludge and marine sediments are

studied In the same way three different extraction techniques

(Soxhlet ultrasound and microwave assisted extraction (MAE))

are also used Therefore three different extraction procedures for

each environmental matrix are presented in this Thesis

The first part involves an extraction procedure to extract the LAS

(precipitated and adsorbed) in environmental soil samples

Several solvents such as petroleum ether water or methanol are

tested for each extraction technique and for each environmental

matrix In addition variables such as extraction time volume of

extraction solvent and in some cases temperature are optimized

using in most experimental designs to obtain the optimum

Finally in order to obtain suitable limit of detection and

quantification a preconcentration step is proposed Solid Phase

extraction (SPE) and preconcentration step based on evaporation

604 Tesis Doctoral

and redissolution are compared Unlike most of analytical papers

published in this case SPE is not required

to determine the different homologues of studied LAS (four) a

physical and chemicals properties of LAS a reverse-phase

and optimized In the case of LAS a derivatization reaction is

unnecessary since LAS have native fluorescence

Validation of proposed methodologies Comparison between

different extraction techniques and between different

bull Validation procedure Both surfactants (soap and LAS) are

presented in high concentration in environment so it is very

difficult to find a representative sample free of analytes (only

possible in soil) Therefore a validation procedure based on

spiking of analytes at low concentrations cannot be used Taking

into account this evidence to solve this analytical problem two

standards for each surfactant different from analytes are selected

to perform the analytical validation These compounds have

physical and chemicals properties similar to soap and LAS and

are not present in environmental samples so results obtained for

these standards can easily extrapolated to soap and LAS Based

Summary 605

on this approach and in order to evaluate matrix effect and

recovery percentage three calibration function are calculated

(standard calibration function matrix calibration function and

standard addition calibration function) It is noteworthy to

mention that this validation procedure is carried out for each

environmental matrix and for each extraction technique

According to results a matrix effect which is related to the

extraction procedure is detected in all cases In addition

recoveries higher than 90 percent are estimated in all cases

bull Comparison study For each analyte (soap and LAS) statistical

comparisons between different environmental samples and

between different extraction techniques is carried out Results

show insignificant differences between matrixes and between

samples treatment so a matrix calibration function calculated in

one matrix can be used to quantify the rest of matrices

According to this for each analyte analytical parameters for all

methodologies such as limit of detection and quantification are

calculated using the matrix calibration function obtained in soils

samples

Taking into account the insignificant differences between sample

treatments and numerous collected samples one extraction

technique should be selected to analyze the samples Due to its

easy extraction procedure and its capacity of analyzing several

samples at once MAE is by far the better extraction technique

Therefore MAE is used to determine the concentration of soap

and LAS in all collected samples

606 Tesis Doctoral

In addition a comparison between different derivatization

reactions to soap analysis is performed Results show

insignificant differences between fluorescence detection and

ultraviolet detection

Monitoring study of LAS and soap in sewage sludge samples

More than forty samples located throughout Spain are analyzed in

the presented study In addition and in order to complete the

monitoring study variables related to WWTP such as water

hardness habitants and WWTP treatment are also studied

To analyze results and to obtain properly conclusions an

statistical study of results is carried out According to the

statistical study the concentration of LAS is highly dependent on

water hardness This water hardness dependency is also observed

in soap In soap case apart from water hardness there are

probably other variables such as temperature that can have effect

on concentration soap

Monitoring study of LAS and soap in marine sediments from

Almeria coast

Nearly fifty samples (for LAS only fifteen in soap due to tack of

sample) located in Almeria coast are analyzed in the presented

study In addition and in order to complete the monitoring study

variables such as type of emissary sampling frequency and

location of the sample points are also studied

Summary 607

the location of the sample points and the sampling frequency

Unlike soap concentration only depends on the sampling

frequency

Finally fifteen soils samples collected in different points

throughout La Huerta de la Vega are analyzed These analyses are

only carried out for soap According to results the soap

concentration in the samples is very low in some cases below

detection limit

Field study in agricultural plot from La Vega de Granada

Field study is carried out after laboratory study In lab sorption

and desorption kinetics are calculated in batch conditions with

soils samples According to results soap homologues sorption is

very quick However desorption process is too slow probably due

to the possible formation of calcium soap (high concentration of

calcium salts in soils samples) and its subsequent insolubility in

water In addition a column study with soil samples is performed

Results show a strong tendency to precipitate in column assay

being impossible to determine the rupture curves

After studying soap behaviour in lab a seasonal lixiviation

degradation study of soap is carried out In order to estimate the

soap behaviour in an experimental agricultural plot located in

Huerta de la Vega (Granada) a commercial distribution of soap is

608 Tesis Doctoral

seasonally applied by flood After application samples are

collected at different depths for several weeks

Taking into account results under these conditions soap is

biodegraded in few days Regarding lixiviation soap is only

detected in the first 10 cm

Summary 609

610 Tesis Doctoral

Tesis-1pdf

Paginas Inicialespdf
Portada Agradecimientospdf
Agradecimientospdf
Portada Indicepdf
Indicepdf
Portada Objeto de la Tesispdf
Objeto de la Tesispdf
Portada Acronimospdf
Acronimospdf
Portada Capitulo 1pdf
Capitulo 1pdf
Capitulo 2pdf
Capitulo 3pdf
Tesis-2pdf
Capitulo 4pdf
Capitulo 5pdf
Capitulo 6pdf
Capitulo 7pdf
Capitulo 8pdf
Portada Conclusionespdf
Conclusionspdf
Portada Summarypdf
Summarypdf

Editor Editorial de la Universidad de GranadaAutor Antonio Samuel Cantaro MalagoacutenDL GR 2386-2010ISBN 978-84-693-1319-0

Granada

de 2010

de Granada

AGRADECIMIENTOS

Agradecimientos

presente Memoria

Agradecimientos

gracias

IacuteNDICE

Iacutendice i

ACROacuteNIMOS 7

LINEAL (LAS) 46

ii Iacutendice

22 - Reactivos 146

23 - Gases 147

Iacutendice iii

VARIABLES 194

iv Iacutendice

VARIABLES 271

Iacutendice v

221 - Soxhlet 287

241 - Soxhlet 310

311 - Soxhlet 325

221 - Soxhlet 342

vi Iacutendice

321 - Soxhlet 372

Iacutendice vii

24 - Resultados 414

34 - Resultados 432

MARINOS 443

24 - Resultados 451

viii Iacutendice

34 - Resultados 462

54 - Resultados 471

ESTUDIO 478

LABORATORIO 500

Iacutendice ix

CONCLUSIONS 585

SUMMARY 597

x Iacutendice

OBJETO DE LA TESIS

precursor del LAS

4 Tesis Doctoral

operativos

tensioactivos

6 Tesis Doctoral

ACROacuteNIMOS

Acroacutenimos 9

ACN Acetonitrilo

10 Tesis Doctoral

LIN Linealidad

Acroacutenimos 11

MeOH Metanol

RP Fase inversa

Rs Resolucioacuten

12 Tesis Doctoral

origen

TEA Trietilamina

TK Punto de Kraft

UV Ultravioleta

Vis Visible

λ Longitud de onda

θ Porosidad

CAPIacuteTULO 1

INTRODUCCIOacuteN

limpiadora del agua

16 Tesis Doctoral

contra el contagio3

detersivas

18 Tesis Doctoral

semejantes

ERA ANTES DE CRISTO

ERA CRISTIANA

20 Tesis Doctoral

comprende10

22 Tesis Doctoral

las siguientes

24 Tesis Doctoral

micelar

26 Tesis Doctoral

N + B r -N + B r -

28 Tesis Doctoral

N+ H2C

(CH2)3N

HC N C

N+ H2C

(CH2)3N

Alcohol etoxilado

30 Tesis Doctoral

14 - Consumo y usos

cantidad11

32 Tesis Doctoral

01 en peso

34 Tesis Doctoral

superficial

36 Tesis Doctoral

laboratorio

162 - Ecosistemas

38 Tesis Doctoral

el 100 del LAS

Detg 15 103-121 1984

40 Tesis Doctoral

anaerobio EDAR

Resources 2000

carcinoacutegeno

e industrial

Vertido directo

Aguas residuales

depuradas

Lodos tratados

42 Tesis Doctoral

depuradores

44 Tesis Doctoral

46 Tesis Doctoral

48 Tesis Doctoral

comercial (C116)30

[log10]

Experimental 065

Experimental 250

Experimental 7-9

50 Tesis Doctoral

estos compuestos

223 2504 2784 3064 3045

508 532 555 578 582

20E-8 39E-9 73E-10 13E-10 17E-10

Octanolagua [log10]

12 22 32 41 39

CMC [gmiddotmol-1] 58 26 11 056 -

52 Tesis Doctoral

2404 2685 2965 3246 3226

aplicacioacuten

C12-Na 22000

C14-Na -

C16-Na 2000

C18-Na 50000

C181-Na 100000 (12ordmC)

Press NewYork 1963

54 Tesis Doctoral

maacutes corto

maacutes intuitivo

C12-Ca 87

C14-Ca 057

C16-Ca 0037

C18-Ca 00023

C181-Ca 40 (25 ordmC)

C181-Mg 240 (25 ordmC)

56 Tesis Doctoral

26 75-79 1989

58 Tesis Doctoral

22 - Siacutentesis

60 Tesis Doctoral

del LAB

Queroseno

Tamices

Moleculares

98 n-parafinas

Aromaacuteticos

1 Proceso AlCl3

2 Proceso HF

3 Proceso DETAL

62 Tesis Doctoral

de cascadardquo

64 Tesis Doctoral

siguientes

66 Tesis Doctoral

marinos

soacutedico

utilizadas

comestible

68 Tesis Doctoral

primas utilizadas

Coco 15 48 18 8 2 6 2 -

Maiacutez - - - 12 2 28 57 1

Oliva - - 8 2 83 6 - -

Almendra

6 50 18 9 2 13 1 -

Soja - - 11 3 23 53 8 -

Sebo (vaca)

- - 6 29 19 44 2 -

Sebo (carnero)

- - 5 25 30 36 4 -

70 Tesis Doctoral

Proceso de Refinado

aacutecidos grasos

Blanqueo

suministro

Hidrogenacioacuten

la materia grasa

especializados

72 Tesis Doctoral

para las unidades

limpio

del aceite neutro

74 Tesis Doctoral

recuperada

76 Tesis Doctoral

78 Tesis Doctoral

detergentes

toxicidad

formulaciones

28042 Madrid 2001

80 Tesis Doctoral

kton32

400600

14001600

Jaboacuten Total

82 Tesis Doctoral

84 Tesis Doctoral

anioacutenicos

plantas

86 Tesis Doctoral

6 C11-LAS)

C11-LAS51

88 Tesis Doctoral

test OECD 302

laboratorio

90 Tesis Doctoral

Brussels 2007

92 Tesis Doctoral

del LAS

Health 40 1731-1739 2005

94 Tesis Doctoral

ISO 14931999

lodos activados

de riacuteo

ECETOC Estudio de

investigacioacuten

150- 200ordmC

96 Tesis Doctoral

agua87 (Figura 127)

98 Tesis Doctoral

bull Lodos de EDAR

aguas duras

100 Tesis Doctoral

bull Suelos

bull Sedimentos

102 Tesis Doctoral

lechugas y otros23

027 35 008

104 Tesis Doctoral

106 Tesis Doctoral

de 453000

recogen

0003 gt 107

006 110middot106

108 Tesis Doctoral

01 68middot105

15 450middot104

WPCF 11 Part2 385-403 1967

110 Tesis Doctoral

adsorcioacuten

biodegradacioacuten

C12-Na 58 BOD5

C181-Na 48 BOD5

C18-Na 46 BOD5

Sebo (C1618-Na) 89 OECD 301D121

C1218-K 95 OECD 301D

112 Tesis Doctoral

Sturm 24 91

Sturm 24 99

Sturm 24 82

Sturm 20 82

Sturm 20 84

Sturm 24 88

MITI 32 91

MITI 32 93

C8 15 25

C10 24 19

C12 13 18

C14 33 47

C16 59 70

C18 62 70

C181 57 54

C182 33 42

ecosistemas reales

114 Tesis Doctoral

(Diacuteas)

jaboacuten

36 00191

116 Tesis Doctoral

TOTAL ()

C12 63 47 70 017 997

C14 33 25 26 0062 997

C16 27 200 28 067 997

C18 (total) 63 470 62 15 997

118 Tesis Doctoral

C10 00143 2083middot10-3 00163 566middot10-4

C12 119 159 134 00192

C14 0426 0433 0481 609middot10-3

C16 0543 0173 0612 893middot10-3

C18 0707 00330 0797 00164

120 Tesis Doctoral

122 Tesis Doctoral

124 Tesis Doctoral

Sedimentos 50

126 Tesis Doctoral

suelos127

10 mgmiddotL-1

lodos141

Identificacioacuten

45 microgmiddotL-1

100 microgmiddotL-1

Absorbancia (UV)

100 microgmiddotL-1

Absorbancia (UV)

254 microgmiddotL-1

Absorbancia (UV)

Identificacioacuten

128 Tesis Doctoral

1 microgmiddotL-1

Identificacioacuten

130 Tesis Doctoral

producto

132 Tesis Doctoral

(detector FID)172

grasos

134 Tesis Doctoral

la ganaderiacutea

136 Tesis Doctoral

Granada

respectivamente185

extensioacuten

138 Tesis Doctoral

140 Tesis Doctoral

CAPIacuteTULO 2

EMPLEADOS

21 - Disoluciones

144 Tesis Doctoral

C8-C181 97-99 Merck 100

C10 5OslashC10 491

4OslashC10 363

3OslashC10 294

2OslashC10 266

C11 5+6OslashC11 1478

4OslashC11 723

3OslashC11 567

2OslashC11 504

C12 5OslashC10 1538

4OslashC10 579

3OslashC10 465

2OslashC10 392

C13 5+6OslashC11 1338

4OslashC11 406

3OslashC11 319

2OslashC11 277

146 Tesis Doctoral

22 - Reactivos

Madrid Espantildea)

medioambientales

23 - Gases

24 - Disolventes

148 Tesis Doctoral

material

cromatograacutefica

1000-10000 μL

de 80 mL

150 Tesis Doctoral

utilizacioacuten

experimental fueron

Series equipado con

- 100 microL)

- Rendijas

Emisioacuten 20 nm

152 Tesis Doctoral

CEM) equipado con

AE 163

frascos

154 Tesis Doctoral

156 Tesis Doctoral

experimentales

158 Tesis Doctoral

160 Tesis Doctoral

optimizacioacuten

162 Tesis Doctoral

cuenta

respuesta

al 1978)

164 Tesis Doctoral

- Estimar el error

MEacuteTODO

muestras problema

Y = a + b X (22)

166 Tesis Doctoral

siguiente manera

Chem 23 636-638 1951

168 Tesis Doctoral

170 Tesis Doctoral

siguientes

- Precisioacuten

172 Tesis Doctoral

fallo de ajuste

LIN () = [1 - DER(b)] middot 100 (23)

calibrado

⎞⎜⎜⎝

⎛= (24)

174 Tesis Doctoral

ecuacioacuten 25

⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

S xyanalitica (25)

2iixy )yy(

2n1S minusΣminus

= (26)

metodologiacuteas

blanco17

expresioacuten 28

minus= (28)

176 Tesis Doctoral

sdot= (29)

ecuacioacuten 210

sdot= (211)

xya )cc(nc

SSminusΣ

Σ= (212)

xyb )cc(1SSminusΣ

= (213)

178 Tesis Doctoral

c )cc(b)yy(

SminusΣ

minus++= (214)

o )cc(b)yy(

SminusΣ

minus++= (215)

xyo d)middotb(RED

S +⎟⎠⎞

⎜⎝⎛ += (216)

⎟⎠⎞

⎜⎝⎛

minusminus

S xyo (217)

oL S3X sdot= (218)

oQ S10X sdot= (219)

180 Tesis Doctoral

determinada

Anal Chem 55 712-724 1983

)tt( R

ehminusminus

del pico

Engin Sci 5 258-270 1956

182 Tesis Doctoral

= (221)

pico Gaussianno

Cambridge UK 1990

Wb= 6s = 25476

cromatograma

C2 C3 C4 C5 C6

Concentracioacuten

C2 C3 C4 C5 C6

Concentracioacuten

C2 C3 C4 C5 C6

Concentracioacuten

C2 C3 C4 C5 C6

Concentracioacuten

184 Tesis Doctoral

CC()cRe

adicionada

= (223)

analiacutetica

186 Tesis Doctoral

cal SS

F = (s1 gt s2) (224)

donde 21S y 2

mayor del 5

sum minus+

sum minus

minus=

expresioacuten 226

( ) ( )

( ) ( )2ncc

minussum minus

+minus

sum minus

sum minus+

sum minus= (226)

( ) ( )

4nnS2nS2n

p minus+minus+minus

= (227)

calibrados

188 Tesis Doctoral

sum minus+

sum minus

minus=

)cc(1S

bbt (228)

pendiente promedio

sumsum

sum summinus+minus

iiiip (229)

minusplusmnisin

pacuteCPCY )cc(n

cStaa α (231)

190 Tesis Doctoral

[ ]sum minus+minus

minusminus+

minus=

)cc()cc(b)yy(

cc)c(t (233)

CAPIacuteTULO 3

ambientales

194 Tesis Doctoral

DE LAS VARIABLES

de agua

de celulosa

quedar

a lavar

grasos

196 Tesis Doctoral

C8 987

C10 991

C12 977

C13 993

C14 984

C16 991

C17 971

C18 979

C181 993

C182 997

agua caliente

de celulosa

constante

C8 965

C10 976

C12 964

C13 961

C14 973

C16 971

C17 974

C18 946

C181 973

C182 987

198 Tesis Doctoral

metanol y BF32

mgmiddotL-1)

COMPOSICIOacuteN ()

C12 516

C14 164

C16 106

C181 183

C18 31

Total 100

Tiempo (min)

Abundancia

C13 (PI)

C14 C18C16C181

200 Tesis Doctoral

C12 512

C14 166

C16 108

C181 185

C18 29

Total 100

cromatograacutefico

202 Tesis Doctoral

T25= 100B

Ganancia 12 eV

normal

204 Tesis Doctoral

carbonos (C18)

t (min)

0 10 15 20 25

Gradiente 1 70 80 85 85 100

Gradiente 2 60 70 75 75 90

Gradiente 3 65 75 80 80 95

Gradiente 4 75 85 90 90 100

Gradiente 2

6 710 9

Gradiente 3

min 5 10 15 20

Gradiente 4

Gradiente 1

206 Tesis Doctoral

t (min)

0 10 15 20 25 30

Gradiente 1 70 80 85 85 100 -

Gradiente 2 50 - - 65 85 100

Gradiente 3 65 - 70 85 100 -

Gradiente 4 65 - 80 90 100 -

Gradiente 1 LU

4 5 6 7 89+10

6 7+8 9 10

Gradiente 2

Gradiente 3

min 5 10 15 20

2 3 4 5

6 7 8 10 9

Gradiente 4

t (min)

0 10 15 20 25 30

Gradiente 1 70 80 85 85 100 -

Gradiente 2 75 80 - 100 - -

Gradiente 3 65 - 75 80 - 100

Gradiente 1 LU

4 5 7+8 6 10 9

2 34 5

67+8 9 10

Gradiente 2

min 5 10 15 20 25 30

2 3 4 5 6 7+8 9 10

Gradiente 3

208 Tesis Doctoral

t (min)

0 10 15 20 25 30

Gradiente 1 70 80 85 85 100 -

Gradiente 2 80 - 85 85 - 100

Gradiente 3 85 - 85 85 - 95

Gradiente 4 60 - - - 100 -

Gradiente 1 LU

4 5 6 7+89 10

2 34 5 6 7+8

Gradiente 2

4 5 6 7+8

Gradiente 3

5 10 15 20 25 30

4 5 6 10 97+8

Gradiente 4

Discusioacuten

constantes

210 Tesis Doctoral

t (min)

0 10 15 20 25

Gradiente 1 70 80 85 85 100

Gradiente 2 80 90 95 95 100

Gradiente 3 75 85 90 90 95

Gradiente 1 LU

Gradiente 2 LU

4 5 6 7

Gradiente 3 LU

4 56 7 10 9

5 10 15 20 min

t (min)

0 10 15 20 25

Gradiente 1 70 80 85 85 100

Gradiente 2 60 70 75 75 90

Gradiente 3 65 75 80 80 95

Gradiente 4 75 85 90 90 100

Gradiente 2

6 710 9

Gradiente 3

min 5 10 15 20

Gradiente 4

Gradiente 1

212 Tesis Doctoral

t (min)

0 10 15 20 25

Gradiente 1 70 80 85 85 100

Gradiente 2 65 75 80 80 100

Gradiente 3 75 85 90 90 100

Discusioacuten

Gradiente 1 LU

4 56 7

4 56 7 8

Gradiente 2

min5 10 15 20

Gradiente 3

214 Tesis Doctoral

Porcentaje 1 10

Porcentaje 2 20

Porcentaje 3 30

Porcentaje 4 50

Porcentaje 5 70

Porcentaje 6 100

4 5 6 10 9 87

4 9 876

4 5 10 9876

5 10 15 20 min

4 5 10 9

216 Tesis Doctoral

Discusioacuten

4 5 1098 7 6

5 10 15 20 min

ENSAYOS pH

Ac foacutermico 24

TFA 25

Reguladora 1 4

Reguladora 2 5

Reguladora 3 7

Reguladora 4 8

218 Tesis Doctoral

min 5 10 15 20

4 5 10 9 87 6

Foacutermico

4 5 10 9 87 6

Reguladora 1

4 5 10 9 87 6

Reguladora 2

4 5 10 9 87 6

Reguladora 3

Reguladora 4

Discusioacuten

equilibrio

(A) (S) + SDS (A) (SDS) + S

220 Tesis Doctoral

SDS 1 500

SDS 2 750

SDS 3 1500

SDS 4 2000

SDS 5 5000

4 5 10 9 87 6

min 5 10 15 20

4 5 10 9 87 6

Discusioacuten

fotomultiplicador

4 5 10 9 87 6

min 5 10 15 20

4 5 10 9 87 6

222 Tesis Doctoral

Temperatura 1 20

Temperatura 2 30

Temperatura 3 40

4 10 9 87 65

20 ordmC

4 5 6 810 9

30 ordmC

min 5 10 15 20

4 5 109876

40 ordmC

Discusioacuten

Ganancia 1 10

Ganancia 2 12

Ganancia 3 14

224 Tesis Doctoral

Discusioacuten

ganancia de trabajo

3 4 5 109876

min5 10 15 20

4 5 109876

emisioacuten

226 Tesis Doctoral

Discusioacuten

fueron

inyeccioacuten

228 Tesis Doctoral

min 5 10 15 20

4 5 6 10 987

1 2 3 4 5 6 10987

Ensayo 4

5Ensayo 1

2 34 5 6 7 8 9 10

Ensayo 2

Ensayo 3

Ensayo 5

min 5 10 15 20

LU 800

4 5 6 7 1098

Ensayo 6

4 5 6 7 10 9 8

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

Ensayo 8

min 5 10 15 20

Ensayo 9

1 2 3 4 5 6 10987

Ensayo 10

1 2 34 5 6 7 8 109

Ensayo 11

min 5 10 15 20

1200 1

Ensayo 12

Ensayo 7

230 Tesis Doctoral

Discusioacuten

condiciones

T25= 100B

Ganancia 12 eV

min 5 10 15 20

1200 1

232 Tesis Doctoral

econoacutemicas

234 Tesis Doctoral

236 Tesis Doctoral

motivos

reaccioacuten

min 5 10 15 20

1 2 3 4 5 6 10987

Acetona

238 Tesis Doctoral

siguiente tabla

75 475

125 90

75 475

125 90

75 475

125 90

jaboacuten C13

240 Tesis Doctoral

Standardized effect

0 1 2 3 4

ATemperatura

Standardized effect

0 1 2 3 4

ATemperatura

Standardized effect

0 1 2 3 4

ATemperatura

Standardized effect

0 1 2 3 4

ATemperatura

Standardized effect

0 1 2 3 4 5

ATemperatura

Standardized effect

0 05 1 15 2 25 3

ATemperatura

Standardized effect

0 1 2 3 4 5 6

ATemperatura

JABOacuteN R2()

C8K 82

C10K 82

C12K 80

C14K 81

C16K 85

C181K 81

C18K 90

242 Tesis Doctoral

TemperaturaTiempo

0 30 60 90 120 150 0 30609012015023273135394347

TemperaturaTiempo

0 30 60 90 120 150 0 3060901201502

TemperaturaTiempo

0 30 60 90 120 150 0 306090120150212427

TemperaturaTiempo

0 30 60 90 120 150 0 30609012015013141516171819

TemperaturaTiempo

0 30 60 90 120 150 0 30609012015011

TemperaturaTiempo

0 30 60 90 120 150 0 30609012015002803103403704

TemperaturaTiempo

0 30 60 90 120 150 0 306090120150121314151617

C8K 93

C10K 97

C12K 100

C14K 125

C16K 125

C181K 121

C18K 125

326 y Tabla 322)

244 Tesis Doctoral

Oacuteptimo 5 103

reactivos

TemperaturaTiempo

cioacuten

0 30 60 90 120 150 0 30609012015011

Standardized effect

0 1 2 3 4

ATemperatura

C8K 065

C10K 068

C12K 064

C14K 075

C16K 071

C181K 062

C18K 073

246 Tesis Doctoral

5 6 7 8 9 10

Ensayo 1

min 5 10 15 20

56 7 8 109

Ensayo 2

066 10

079 20

084 40

089 80

093 90

099 95

099 99

248 Tesis Doctoral

derivante en agua

Cantidad de

BrMMC ( mm)

01 02 089

01 05 091

01 075 090

02 02 095

02 05 099

02 075 097

03 02 096

03 05 094

03 075 098

250 Tesis Doctoral

Aacuterea C16K

05 1235

1 1248

2 1256

4 1032

10 715

252 Tesis Doctoral

reaccioacuten

(C13K) en metanol

acetonitrilo)

254 Tesis Doctoral

min 5 10 15 20

1 2 3 5 6

fluorescencia

etapas

256 Tesis Doctoral

absorcioacuten

acetona

min5 10 15 20 25

258 Tesis Doctoral

patroacuten interno

(Figura 333)

min 5 10 15 20 25

1 Ensayo 1

min 5 10 15 20 25

Ensayo 2

260 Tesis Doctoral

jaboacuten C13

significativa

Standardized effect

0 2 4 6 8

ATemperatura

Standardized effect

0 2 4 6 8

ATemperatura

Standardized effect

0 2 4 6 8

ATemperatura

Standardized effect

0 2 4 6 8

ATemperatura

Standardized effect

0 1 2 3 4 5 6

ATemperatura

Standardized effect

0 1 2 3 4

ATemperatura

Standardized effect

0 1 2 3 4 5 6

ATemperatura

262 Tesis Doctoral

JABOacuteN R2()

C8K 92

C10K 94

C12K 92

C14K 91

C16K 88

C181K 85

C18K 90

TemperaturaTiempo

0 30 60 90 120 150 0 306090120150-1700-700300

130023003300

TemperaturaTiempo

0 30 60 90 120 150 0 306090120150-1400

TemperaturaTiempo

0 30 60 90 120 150 0 306090120150-1700-700300

130023003300

TemperaturaTiempo

0 30 60 90 120 150 0 306090120150-900-500-100300700

11001500

C8K 119

C10K 119

C12K 114

C14K 116

C16K 117

C181K 120

C18K 120

TemperaturaTiempo

0 30 60 90 120 150 0 306090120150-1600-600400

140024003400

0 30 60 90 120 150Temperatura

0 306090120150

Tiempo-300-100100300500700

TemperaturaTiempo

0 30 60 90 120 150 0 306090120150-1200

264 Tesis Doctoral

Oacuteptimo 5 118

Standardized effect

0 1 2 3 4

ATemperatura

TemperaturaTiempo

cioacuten

0 30 60 90 120 150 0 30609012015011

reactivos

099 10

099 20

098 40

099 80

098 90

099 95

099 99

266 Tesis Doctoral

025 432

05 478

eacuteter corona

C8K 3180 3162

C10K 2119 2135

C12K 1735 1745

C14K 1292 1278

C16K 1040 1057

C182K 1679 1655

C181K 1029 1025

C18K 1375 1345

cantidad de analito

268 Tesis Doctoral

005 568

010 785

020 1040

05 1044

1 1058

(87 horas)

270 Tesis Doctoral

(C13K) en metanol

DE LAS VARIABLES

min 5 10 15 20 25

mAU175

272 Tesis Doctoral

investigacioacuten

Canal B = ACN HPLC

Tiempo final 25 min

Ganancia 13 ev

5 1 15 2

LU 120

OslashC10

2OslashC11

2OslashC13

OslashC13

OslashC11

OslashC12

274 Tesis Doctoral

ambientales

min 5 1 1 2

LU 800

OslashC10

OslashC12

OslashC13

OslashC11

analiacutetica

276 Tesis Doctoral

de reaccioacuten

10 332

20 358

40 379

60 751

80 752

90 750

Memoria

278 Tesis Doctoral

min 5 1 1 20

OslashC10

2OslashC8 LU

CAPIacuteTULO 4

282 Tesis Doctoral

extraccioacuten

durante 24 horas

facilidad

284 Tesis Doctoral

etapas

jaboacuten

gasto de disolvente

premisas

286 Tesis Doctoral

Hexano 65

Ciclohexano 71

Acetato de etilo 99

Metanol 98

Hexano 0

Ciclohexano 0

Acetato de etilo 7

Metanol 12

211 - Soxhlet

288 Tesis Doctoral

fue de 250 mL1

290 Tesis Doctoral

matriz

6 75 52 78

12 98 98 99

24 98 97 95

48 99 98 97

72 97 95 99

212 - Ultrasonidos

292 Tesis Doctoral

matriz fue de 50 mL

AMPLITUD ()

125 50

200 75

125 50

Tierra

sistema

294 Tesis Doctoral

94 20 75

Lodos de EDAR

sistema

5 8 11 14 17 20 25354555657568

Standardized effect

0 2 4 6 8

BAmplitud

91 20 75

Sedimentos

sistema

5 8 11 14 17 20 25354555657568

Standardized effect

0 2 4 6 8

BAmplitud

296 Tesis Doctoral

90 20 75

213 - Microondas

de extraccioacuten

5 8 11 14 17 20 25354555657568

Standardized effect

0 2 4 6 8

BAmplitud

298 Tesis Doctoral

de 10 minutos

matriz

5 55 50 57

10 73 69 76

15 97 96 99

20 97 99 98

25 99 98 97

214 - Conclusiones

300 Tesis Doctoral

Soxhlet

Ultrasonidos

Amplitud () 75

Microondas

Potencia (W) 1600

302 Tesis Doctoral

apropiado

(aprox 30min)

304 Tesis Doctoral

experimental

Tierra

Standardized effect

0 2 4 6 8

AEDTA-3K

BCarbonato

EDTA3KCarbonato

25 35 45 55 65 75 25354555657580828486889092

306 Tesis Doctoral

CANTIDAD DE

CARBONATO (mg)

90 50 25

Lodos de EDAR

CANTIDAD DE

CARBONATO (mg)

93 50 25

Standardized effect

0 2 4 6 8

AEDTA-3K

BCarbonato

EDTA3KCarbonato

25 35 45 55 65 75 25354555657580828486889092

Sedimentos

CANTIDAD DE

CARBONATO (mg)

96 50 25

Standardized effect

0 2 4 6 8

AEDTA-3K

BCarbonato

EDTA3KCarbonato

25 35 45 55 65 75 25354555657580828486889092

308 Tesis Doctoral

apartado 212)

Agua 90

Acetona 85

Acetato de etilo 87

Metanol 92

310 Tesis Doctoral

241 - Soxhlet

posible

sedimentos)

matriz

4 80 62 68

6 95 89 89

12 90 90 85

24 93 91 91

48 92 87 90

242 - Ultrasonidos

312 Tesis Doctoral

Tierra

sistema

5 8 11 14 17 20 25354555657568

Standardized effect

0 2 4 6 8

BAmplitud

89 20 75

Lodos de EDAR

sistema

87 20 75

5 8 11 14 17 20 25354555657568

Standardized effect

0 2 4 6 8

BAmplitud

314 Tesis Doctoral

Sedimentos

sistema

93 20 75

243 - Microondas

5 8 11 14 17 20 25354555657568

Standardized effect

0 2 4 6 8

BAmplitud

extraccioacuten

matriz

5 67 52 66

10 92 88 92

15 88 91 91

20 89 87 89

25 91 89 85

316 Tesis Doctoral

244 - Conclusiones

Soxhlet

Ultrasonidos

Amplitud () 75

Microondas(MAE)

Potencia (W) 1600

318 Tesis Doctoral

manera general

Soxhlet

Tiempo (h) 12

Tiempo (h) 4

320 Tesis Doctoral

Ultrasonidos

Amplitud () 75

Tiempo (min) 20

Tiempo (h) 4

Amplitud () 75

Microondas

Potencia (W) 1600

Tiempo (h) 4

Potencia (W) 1600

322 Tesis Doctoral

extraccioacuten

y metanol

324 Tesis Doctoral

Agua 70

Acetona 45

Acetato de etilo 57

Metanol 98

321 - Soxhlet

sedimentos)

matriz

326 Tesis Doctoral

4 66 52 59

6 86 79 79

12 93 95 95

24 95 91 98

48 92 97 90

322 - Ultrasonidos

Tiempo (min) 10

Amplitud () 75

Potencia (rpm) 4000

matrices estudiados

Tierra 97

Lodos EDAR 86

Sedimentos 94

323 - Microondas

extraccioacuten

328 Tesis Doctoral

matriz

5 61 47 56

10 82 63 72

15 91 91 95

20 89 88 92

25 95 89 87

324 - Conclusiones

Soxhlet

Ultrasonidos

Amplitud () 75

Potencia (rpm) 4000

330 Tesis Doctoral

Microondas(MAE)

Potencia (W) 1600

parecido

332 Tesis Doctoral

aplicando SPE

OslashC10

OslashC11

min 5 10 15 20

OslashC10

OslashC11 LU

OslashC12 OslashC13

CAPIacuteTULO 5

336 Tesis Doctoral

seleccionados

338 Tesis Doctoral

estudio

estudiado

340 Tesis Doctoral

continuacioacuten

fluorescencia

extraccioacuten

fluorescencia

puntos

342 Tesis Doctoral

221 - Soxhlet

Tierra

a 412 120 559 255 201 112

sa 91 56 158 58 87 47

b (Kgmiddotmg-1) 949 399 941 395 892 372

sb 25 21 23 18 23 16

R2 () 999 999 999 999 998 998

Syx 103 41 392 192 180 155

calculado

C13-Ca C17-Ca

Fcal1 145 219

tcal b2 02 01

tcal a2 08 17

de extraccioacuten

344 Tesis Doctoral

PARAacuteMETROS

C13-Ca C17-Ca

b2 892 372

b3 941 395

R () 95 94

Lodos de EDAR

a 412 120 576 232 443 272

sa 91 56 185 52 113 107

b (Kgmiddotmg-1) 949 399 935 387 882 362

sb 25 21 20 28 29 25

R2 () 999 999 999 998 997 995

Syx 103 41 492 292 280 415

Student

C13-Ca C17-Ca

Fcal1 228 507

tcal b2 04 03

tcal a2 07 15

de extraccioacuten

PARAacuteMETROS

C13-Ca C17-Ca

b2 882 362

b3 935 387

R () 94 93

346 Tesis Doctoral

Sedimentos

a 412 120 456 205 346 172

sa 91 56 145 48 93 37

b (Kgmiddotmg-1) 949 399 941 395 906 369

sb 25 21 22 26 23 18

R2 () 999 999 999 999 999 999

Syx 103 41 456 252 484 97

Student

C13-Ca C17-Ca

Fcal1 196 378

tcal b2 02 01

tcal a2 02 12

de extraccioacuten

PARAacuteMETROS

C13-Ca C17-Ca

b2 906 369

b3 941 395

R () 96 93

348 Tesis Doctoral

TIERRA vs LODO

LODO vs SEDIMENTOS

Fcal1 24 71 72 26 30 72

tcal b2 03 03 04 01 06 02

tcal a2 17 14 11 10 07 09

222 - Ultrasonidos

Tierra

a 671 275 353 143 446 172

sa 141 84 121 51 77 37

b (Kgmiddotmg-1) 921 385 915 381 872 359

sb 45 49 38 26 19 26

R2 () 998 997 998 997 996 994

Syx 803 298 413 152 54 70

C13-Ca C17-Ca

Fcal1 38 38

tcal b2 01 01

tcal a2 17 13

350 Tesis Doctoral

de extraccioacuten

PARAacuteMETROS

C13-Ca C17-Ca

b2 872 359

b3 915 381

R () 95 94

Lodos de EDAR

a 671 275 253 175 336 121

sa 141 84 156 64 87 41

b (Kgmiddotmg-1) 921 385 905 378 847 357

sb 45 49 21 37 21 33

R2 () 998 997 999 997 995 994

Syx 803 298 215 478 115 92

C13-Ca C17-Ca

Fcal1 139 26

tcal b2 03 01

tcal a2 20 09

de extraccioacuten

PARAacuteMETROS

C13-Ca C17-Ca

b2 847 357

b3 905 378

R () 94 94

352 Tesis Doctoral

Sedimentos

a 671 275 453 311 557 254

sa 141 84 121 31 77 61

b (Kgmiddotmg-1) 921 385 919 384 861 362

sb 45 49 31 41 33 31

R2 () 998 997 998 999 996 994

Syx 803 298 317 141 179 101

C13-Ca C17-Ca

Fcal1 64 45

tcal b2 01 01

tcal a2 12 04

de extraccioacuten

PARAacuteMETROS

C13-Ca C17-Ca

b2 861 362

b3 919 384

R () 94 94

TIERRA vs LODO

LODO vs SEDIMENTOS

Fcal1 54 34 110 117 24 35

tcal b2 09 01 03 01 04 01

tcal a2 09 09 10 11 19 18

354 Tesis Doctoral

223 - Microondas

Tierra

a 471 115 610 113 331 95

sa 81 51 117 36 78 11

b (Kgmiddotmg-1) 938 392 931 387 895 363

sb 31 25 22 20 13 21

R2 () 999 999 999 999 998 998

Syx 303 107 183 215 114 45

C13-Ca C17-Ca

Fcal1 27 40

tcal b2 02 02

tcal a2 10 01

de extraccioacuten

PARAacuteMETROS

C13-Ca C17-Ca

b2 895 363

b3 931 387

R () 96 94

356 Tesis Doctoral

Lodos de EDAR

a 471 115 510 217 336 105

sa 81 51 175 39 121 21

b (Kgmiddotmg-1) 938 392 925 383 881 351

sb 31 25 28 24 17 21

R2 () 999 999 997 997 996 996

Syx 303 107 156 271 254 191

C13-Ca C17-Ca

Fcal1 38 64

tcal b2 03 03

tcal a2 02 16

de extraccioacuten

PARAacuteMETROS

C13-Ca C17-Ca

b2 881 351

b3 925 383

R () 95 92

Sedimentos

358 Tesis Doctoral

a 471 115 413 207 301 91

sa 81 51 154 21 125 19

b (Kgmiddotmg-1) 938 392 931 389 894 359

sb 31 25 24 21 19 25

R2 () 999 999 999 999 998 997

Syx 303 107 91 190 51 88

C13-Ca C17-Ca

Fcal1 111 32

tcal b2 02 09

tcal a2 03 17

de extraccioacuten

PARAacuteMETROS

C13-Ca C17-Ca

b2 894 359

b3 931 389

R () 96 92

TIERRA vs LODO

LODO vs SEDIMENTOS

Fcal1 50 180 50 47 248 38

tcal b2 07 04 01 01 05 02

tcal a2 01 04 02 02 02 05

360 Tesis Doctoral

extraccioacuten

a 201 112 446 172 331 95

sa 87 47 77 37 78 11

b (Kgmiddotmg-1) 892 372 872 359 895 363

sb 23 16 19 26 13 21

Syx 180 115 54 70 114 45

Fcal1 111 27 25 65 45 24

tcal b2 07 04 01 03 10 01

tcal a2 20 10 11 03 10 20

362 Tesis Doctoral

225 - Conclusiones

conclusiones

el 92 y el 96

364 Tesis Doctoral

C8 131 233 010 112 9987 278 345

C10 182 278 033 189 9991 432 458

C12 178 356 043 044 9993 336 674

C14 109 154 004 243 9988 378 397

C16 122 234 043 467 9995 367 868

C181 041 567 013 589 9996 076 574

C18 129 286 021 134 9985 324 237

C8 0023 138 0024 237 9977 0056 445

C10 0019 167 0034 276 9981 0045 333

C12 0021 267 0049 167 9985 0067 459

C14 0014 218 0027 476 9998 0028 592

C16 0012 254 0037 328 9992 0028 713

C181 0006 134 0025 198 9984 0003 811

C18 0012 167 0022 156 9993 0043 515

homocedaacutesticos

Meacutetodos

366 Tesis Doctoral

C8 084 214 45 plusmn 042

C10 078 199 62 plusmn 039

C12 067 171 87 plusmn 034

C14 054 138 121 plusmn 027

C16 081 206 152 plusmn 041

C181 077 196 157 plusmn 039

C18 045 115 193 plusmn 023

C8 014 036 59 plusmn 007

C10 023 059 71 plusmn 012

C12 014 036 83 plusmn 007

C14 017 043 151 plusmn 009

C16 011 028 192 plusmn 006

C181 009 023 201 plusmn 005

C18 008 020 263 plusmn 004

C8 0051 015 051

C10 0044 013 044

C12 0038 011 038

C14 0054 016 054

C16 0058 017 058

C181 0044 013 044

C18 0040 012 040

C8 0067 020 067

C10 0054 016 054

C12 0076 023 076

C14 0057 017 057

C16 0044 013 044

C181 0062 019 062

C18 0066 020 066

368 Tesis Doctoral

(mgmiddotKg-1)

C8 05 - 1500 987 47 21

C10 04 - 1500 988 2 8 24

C12 04 - 1500 985 28 1 9

C14 05 - 1500 988 26 35

C16 06 - 1500 986 08 30

C181 04 - 1500 986 14 18

C18 04 - 1500 985 30 25

(mgmiddotKg-1)

C8 07 - 500 983 43 24

C10 05 - 500 986 24 24

C12 08 - 500 987 26 35

C14 06 - 500 983 23 20

C16 04 - 500 985 11 23

C181 06 - 500 986 15 20

C18 07 - 500 986 26 36

propuesto

539 y 540

370 Tesis Doctoral

CIOacuteN DEL LAS

estudio

372 Tesis Doctoral

jaboacuten

321 - Soxhlet

Tierra

CON MUESTRA

a 1180 1101 559 1180 1101 559

sa 502 485 348 502 485 348

b (Kgmiddotmg-1) 3682 3569 3668 3682 3569 3668

sb 85 193 56 85 193 56

R2 () 998 999 999 998 999 999

Syx 2253 1284 1283 2253 1284 1283

Fcal1 31 48

tcal b2 01 01

tcal a2 10 14

374 Tesis Doctoral

de extraccioacuten

PARAacuteMETROS

b2 3502 3262

b3 3668 3549

R () 95 92

Lodos de EDAR

CON MUESTRA

a 1180 1101 1269 475 752 362

sa 502 485 483 561 105 212

b (Kgmiddotmg-1) 3682 3569 3643 3532 3442 3202

sb 85 193 76 188 103 166

R2 () 998 999 998 998 997 997

Syx 2253 1284 1343 762 625 423

Fcal1 28 28

tcal b2 03 01

tcal a2 01 08

de extraccioacuten

PARAacuteMETROS

b2 3442 3202

b3 3643 3532

R () 94 91

376 Tesis Doctoral

Sedimentos

CON MUESTRA

a 1180 1101 1771 613 431 815

sa 502 485 983 335 171 113

b (Kgmiddotmg-1) 3682 3569 3675 3563 3472 3236

sb 85 193 89 153 109 191

R2 () 998 999 999 999 998 998

Syx 2253 1284 2141 915 2111 211

Fcal1 39 44

tcal b2 01 01

tcal a2 05 08

de extraccioacuten

PARAacuteMETROS

b2 3472 3236

b3 3675 3563

R () 94 91

TIERRA vs LODO

LODO vs SEDIMENTOS

Fcal1 42 77 27 378 114 49

tcal b2 05 02 02 01 02 01

tcal a2 04 04 07 02 14 02

378 Tesis Doctoral

322 - Ultrasonidos

Tierra

CON MUESTRA

a 1321 821 711 441 413 599

sa 771 171 121 81 41 281

b (Kgmiddotmg-1) 3641 3539 3611 3527 3361 3181

sb 121 151 31 115 81 153

R2 () 999 999 999 999 997 999

Syx 563 321 1221 679 172 51

Fcal1 47 45

tcal b2 02 01

tcal a2 02 20

de extraccioacuten

PARAacuteMETROS

b2 3361 3181

b3 3611 3527

R () 93 90

380 Tesis Doctoral

Lodos de EDAR

CON MUESTRA

a 1321 821 456 439 478 679

sa 771 171 195 116 147 214

b (Kgmiddotmg-1) 3641 3539 3600 3501 3301 3151

sb 121 151 58 147 115 161

R2 () 999 999 998 998 996 996

Syx 563 321 1563 157 1368 814

Fcal1 71 42

tcal b2 03 01

tcal a2 11 18

de extraccioacuten

PARAacuteMETROS

b2 3301 3151

b3 3600 3501

R () 92 90

Sedimentos

382 Tesis Doctoral

CON MUESTRA

a 1321 821 331 539 451 518

sa 771 171 121 91 111 110

b (Kgmiddotmg-1) 3641 3539 3635 3529 3359 3198

sb 121 151 79 119 131 165

R2 () 999 999 999 999 998 998

Syx 563 321 1211 712 591 71

Fcal1 46 49

tcal b2 01 01

tcal a2 13 15

de extraccioacuten

PARAacuteMETROS

b2 3359 3198

b3 3635 3529

R () 92 91

TIERRA vs LODO

LODO vs SEDIMENTOS

Fcal1 24 71 72 26 30 72

tcal b2 03 03 04 01 06 02

tcal a2 10 02 12 02 12 07

384 Tesis Doctoral

323 - Microondas

Tierra

CON MUESTRA

a 875 759 796 544 679 627

sa 186 95 237 57 129 185

b (Kgmiddotmg-1) 3665 3559 3658 3547 3398 3226

sb 156 171 79 109 107 139

R2 () 999 999 999 999 998 999

Syx 1250 611 697 231 789 251

Fcal1 32 70

tcal b2 01 01

tcal a2 03 19

de extraccioacuten

PARAacuteMETROS

b2 3398 3226

b3 3658 3547

R () 93 91

386 Tesis Doctoral

Lodos de EDAR

CON MUESTRA

a 875 759 899 511 891 831

sa 186 95 139 79 112 212

b (Kgmiddotmg-1) 3665 3559 3631 3531 3371 3201

sb 156 171 81 113 111 151

R2 () 999 999 998 998 996 997

Syx 1250 611 615 335 1371 1289

Fcal1 41 33

tcal b2 01 01

tcal a2 01 20

de extraccioacuten

PARAacuteMETROS

b2 3371 3201

b3 3631 3531

R () 93 90

Sedimentos

388 Tesis Doctoral

CON MUESTRA

a 875 759 613 618 667 895

sa 186 95 151 37 71 218

b (Kgmiddotmg-1) 3665 3559 3654 3547 3418 3257

sb 156 171 103 91 95 120

R2 () 999 999 999 999 999 999

Syx 1250 611 685 249 216 552

Fcal1 33 60

tcal b2 01 01

tcal a2 10 14

de extraccioacuten

PARAacuteMETROS

b2 3418 3257

b3 3654 3547

R () 94 92

TIERRA vs LODO

LODO vs SEDIMENTOS

Fcal1 30 264 133 48 403 264

tcal b2 02 01 01 02 03 03

tcal a2 12 07 01 09 17 02

390 Tesis Doctoral

extraccioacuten

a 1180 1101 1321 821 875 759

sa 502 485 771 171 186 95

b (Kgmiddotmg-1) 3682 3569 3641 3539 3665 3559

sb 85 193 121 151 156 171

Syx 2253 1284 563 321 1250 611

Fcal1 552 5308 26 219 210 242

tcal b2 14 03 08 02 03 02

tcal a2 01 01 17 01 19 01

325 - Conclusiones

el 90 y el 94

392 Tesis Doctoral

entre el 92 y el 96

determinar

394 Tesis Doctoral

OslashC10 0141 335 011 082 9997 028 891

OslashC11 0139 219 009 111 9995 025 632

OslashC12 0133 132 007 074 9993 026 541

OslashC13 0124 189 005 183 9988 028 725

lineal

homocedaacutesticos

OslashC10 11 33 110

OslashC11 14 42 140

OslashC12 18 54 180

OslashC13 14 42 140

ldquoon-linerdquo

396 Tesis Doctoral

(mgmiddotKg-1)

OslashC10 0011 - 100 985 32 20

OslashC11 0014 - 100 989 13 18

OslashC12 0018 - 100 985 32 20

OslashC13 0014 - 100 986 28 23

propuesto

EXTRACCIOacuteN

398 Tesis Doctoral

de estudio

capiacutetulos

similares

400 Tesis Doctoral

Aragoacuten1 8380 8363 8371 038

Asturias2 4895 4886 4991 045

Baleares1 2T 914 907 911 066

Baleares3 3T 1346 1338 1343 041

Canarias1 611 608 613 045

Leoacuten3 2009 2001 2011 021

Leoacuten3 ST 1425 1415 1421 039

Mancha2 747 742 745 039

Valencia4 1133 1127 1129 041

Madrid7 947 939 942 047

Paiacutes Vaco1 7480 7400 7520 089

Asturias2 4991 4986 065

Baleares1 2T 911 903 036

Baleares3 3T 1343 1335 052

Canarias1 613 618 015

Leoacuten3 2011 2017 031

Mancha2 745 739 011

Valencia4 1129 1121 024

Madrid7 942 933 021

402 Tesis Doctoral

Aragoacuten1 227 223 224 063

Asturias2 085 082 082 021

Baleares1 2T 641 635 638 036

Baleares3 3T 1028 1019 1024 021

Canarias1 623 618 621 018

Leoacuten3 131 126 128 023

Leoacuten3 ST 249 241 245 034

Mancha2 381 371 375 010

Valencia4 1345 1332 1339 023

Madrid7 502 495 499 033

404 Tesis Doctoral

45 - Conclusiones

conclusiones

como del LAS

CAPIacuteTULO 6

DE EDAR

408 Tesis Doctoral

410 Tesis Doctoral

ASTURIAS

BALEARES

CATALUNtildeA

ISLAS CANARIAS

412 Tesis Doctoral

EXTREMADURA

GALICIA

LA RIOJA

MURCIA

PAIacuteS VASCO

muestreadas

414 Tesis Doctoral

(10 mgmiddotL-1)

aguametanol (6040)

24 - Resultados

ARAGOacuteN

BALEARES

BA1 Palma 1570 278 BA2 Palma 006 192

CATALUNtildeA

ISLAS CANARIAS

416 Tesis Doctoral

EXTREMADURA

GALICIA

LA RIOJA

MURCIA

MU1 Murcia 878 245

PAIacuteS VASCO

[LAS] (gmiddotkg-1)

1T DER

() 2T-3T

AN1 115 135 850 167

AN5COM 180 169 140 223

CA3 203 145 1680 217

CL1 370 235 220 143

CL2 400 178 450 178

CL3 300 140 250 134

CV4 2630 187 135 129

MA2 400 189 340 135 310 245

de lodo de EDAR

418 Tesis Doctoral

OslashC10 48

OslashC11 249

OslashC12 364

OslashC13 339

OslashC10

OslashC11

OslashC12 OslashC13

OslashC10 141

OslashC11 313

OslashC12 308

OslashC13 238

presencia de sales

420 Tesis Doctoral

Principales (PCA)

OslashC10 0499 0845

OslashC11 0501 -0101

OslashC12 0500 -0361

OslashC13 0500 -0380

422 Tesis Doctoral

significativos

LAS obtenidos

a habitantes)

424 Tesis Doctoral

426 Tesis Doctoral

300 gmiddotKg-1)

gmiddotKg-1)

planta

representativas

428 Tesis Doctoral

medioambiental

ASTURIAS

BALEARES

CATALUNtildeA

ISLAS CANARIAS

CASTILLA-LA MANCHA

430 Tesis Doctoral

LA RIOJA

PAIacuteS VASCO

mm en acetonitrilo)

fluorescente

432 Tesis Doctoral

34 - Resultados

ARAGOacuteN

BALEARES

CATALUNtildeA

ISLAS CANARIAS

EXTREMADURA

GALICIA

MADRID

PAIacuteS VASCO

434 Tesis Doctoral

[LAS] (gmiddotkg-1)

1T DER

() 2T-3T

CV4 2657 387 1150 354

LU C16K

C12 102

C14 68

C16 477

C181 42

C18 311

436 Tesis Doctoral

JABOacuteN PC1 PC2

C12 0418 -0501

C14 0493 0113

C16 0494 -0076

C18 0489 -0149

C181 0314 0842

36 - Discusioacuten

conclusiones

438 Tesis Doctoral

20 ordmC

4655 gmiddotKg-1)

gmiddotKg-1)

440 Tesis Doctoral

la comparacioacuten

precipitar

resultados finales

442 Tesis Doctoral

CAPIacuteTULO 7

SEDIMENTOS Y TIERRA

446 Tesis Doctoral

sedimentos marinos

un emisario marino

448 Tesis Doctoral

(E1B)2 (E2B)2

(E1E)2 (E2E)2

(E1S)2 (E2S)2

(E1O)2 (E2O)2

(E1B)3 (E2B)3

(E1E)3 (E2E)3

(E1S)3 (E2S)3

(E1O)3 (E2O)3

(E1B)4 (E2B)4

(E1E)4 (E2E)4

(E1S)4 (E2S)4

(E1O)4 (E2O)4

(E1B)5 (E2B)5

(E1E)5 (E2E)5

(E1S)5 (E2S)5

(E1O)5 (E2O)5

450 Tesis Doctoral

(E1B)6 (E2B)6

(E1E)6 (E2E)6

(E1S)6 (E2S)6

(E1O)6 (E2O)6

(E1B)7 (E2B)7

(E1E)7 (E2E)7

(E1S)7 (E2S)7

(E1O)7 (E2O)7

sedimentos marinos

(10 mgmiddotL-1)

aguametanol (6040)

24 - Resultados

452 Tesis Doctoral

DER ()

(E1B)2 118 135 (E2B)2 089 178

(E1E)2 004 218 (E2E)2 lt LC -

(E1S)2 014 163 (E2S)2 023 124

(E1O)2 009 124 (E2O)2 012 143

DER ()

(E1B)3 7090 207 (E2B)3 12360 234

(E1E)3 061 189 (E2E)3 008 198

(E1S)3 003 167 (E2S)3 012 201

(E1O)3 023 132 (E2O)3 006 223

DER ()

(E1B)4 091 131 (E2B)4 125 223

(E1E)4 024 112 (E2E)4 034 267

(E1S)4 119 146 (E2S)4 125 189

(E1O)4 012 151 (E2O)4 lt LC -

DER ()

(E1B)5 588 267 (E2B)5 345 178

(E1E)5 014 201 (E2E)5 007 131

(E1S)5 033 234 (E2S)5 045 152

(E1O)5 025 211 (E2O)5 030 301

DER ()

(E1B)6 4010 207 (E2B)6 3070 297

(E1E)6 102 176 (E2E)6 087 195

(E1S)6 935 182 (E2S)6 1181 213

(E1O)6 199 191 (E2O)6 165 256

DER ()

(E1B)7 148 213 (E2B)7 170 312

(E1E)7 035 278 (E2E)7 040 267

(E1S)7 022 178 (E2S)7 022 097

(E1O)7 021 199 (E2O)7 020 123

454 Tesis Doctoral

OslashC10 25

OslashC11 223

OslashC12 359

OslashC13 393

OslashC10

OslashC11

OslashC12

OslashC13

OslashC10 141

OslashC11 313

OslashC12 300

OslashC13 238

emisario 2

456 Tesis Doctoral

OslashC10 0478 -0868

OslashC11 0505 0347

OslashC12 0509 0151

OslashC13 0506 0322

26 - Discusioacuten

concluyoacute que

458 Tesis Doctoral

invierno)

460 Tesis Doctoral

sedimentos marinos

mm en acetonitrilo)

fluorescente

462 Tesis Doctoral

34 - Resultados

(E1E)2 9501 234

(E1O)2 1437 212

(E1B)3 72618 318

(E1S)3 27355 332

(E1B)4 24876 197

(E1S)4 7538 267

(E1B)5 14008 217

(E1S)5 5357 363

(E1O)5 4732 153

(E1B)6 358054 097

(E1S)6 122502 145

(E1O)6 132412 167

(E1B)7 294061 267

(E1S)7 101808 289

(E1O)7 96745 203

464 Tesis Doctoral

C12 72

C14 68

C16 502

C181 37

C18 321

466 Tesis Doctoral

JABOacuteN PC1 PC2

C14 0537 0225

C16 0549 -0102

C18 0511 -0804

C181 0491 0540

36 - Discusioacuten

concluyoacute que

468 Tesis Doctoral

Vega de Granada

sedimentos)

470 Tesis Doctoral

colecta

54 - Resultados

472 Tesis Doctoral

total de seis datos

DER ()

T1 1883 053

T2 lt LD -

T3 3038 065

T4 2165 043

T5 2542 049

T6 3606 074

T7 3591 071

T8 2764 039

T9 1622 069

T10 1832 033

T11 lt LD -

T12 lt LD -

T13 lt LD -

T14 3617 081

T15 972 062

T16 918 022

C12 42

C14 38

C16 493

C181 67

C18 360

55 - Discusioacuten

concluyoacute que

474 Tesis Doctoral

CAPIacuteTULO 8

ESTUDIO DE CAMPO

478 Tesis Doctoral

EN EL ESTUDIO

EN LABORATORIO

ESTUDIO DE

de Lixiviacioacuten

Biodegradacioacuten

A) Textura

Agr Ac 12 306-321 1922

tareas

482 Tesis Doctoral

LG = [(F1 - Ph) 50] m - [(F2 - Ph) 50] m 100 (82)

LF = [(F2 - Ph) 50] m - [(F3 - Ph) 50] m 100 (83)

AR = [(F3 - Ph) 50] m 100 (84)

A = (F4 m) 100 (85)

ρ = m V (86)

C) Densidad real

ρr = (P1 - P) ρt [(P1 - P) - (P3 - P2)] (87)

D) Porosidad

θ = [(ρr - ρ) ρr] 100 (88)

E) Humedad

expresioacuten

H = [(PH - PS) PS] 100 (89)

486 Tesis Doctoral

K = 23 [(a l) (A t)] log (h0h) (810)

G) Resultados

MO () = [(Vb - V) F 03] m F1 F2 (811)

con H2SO4 a 0005 N

expresioacuten

NT = (V N F 14) (10 m) (812)

492 Tesis Doctoral

del mismo

F) Carbonatos

carbonatos

G) Resultados

pH (agua) 790 Ca+2 4450

Ca+2 2978 MnO () 008

Mg+2 256 MgO () 401

Na+ 034 Na2O () 176

K+ 049 K2O () 215

SO4-2 24100 P2O5 () 024

Cl- 9150 CaO () 1052

cromatografiacutea

Cl- [30 200]

NO2- [10 50]

NO3- [10 100]

PO3-4 [10 50]

SO4-2 [30 200]

Na+ [50 200]

NH4+ [10 50]

K+ [20 50]

Ca+2 [50 200]

Mg+2 [50 200]

ad (μ

0 2 4 6 8 10 12 14t (min)

ad (μ

0 2 4 6 8 10 12 14t (min)

ad (μ

0 2 4 6 8 10 12 14t (min)

ad (μ

0 2 4 6 8 10 12 14t (min)

Cl - NO3

Cl- (mgL-1) 2360 Na+ (mgL-1) 2625

NO2- (mgL-1) 2340 K+

(mgL-1) 600

NO3- (mgL-1) 6060 Ca+2

(mgL-1) 4500

PO4 -3 (mgL-1) 4360 Mg+2 (mgL-1) 442

SO4-2 (mgL-1) 9500 Al+3

(mgL-1) 002

SiO2 (mgL-1) 1222 Fe+3 (mgL-1) 013

isotermas y el pH

sustancias

0 005 01 015 02 025 03

boacuten

C12-Na

C14-Na

C16-Na

C181-Na

C18-Na

504 Tesis Doctoral

0 005 01 015 02 025 03

oacutenK

preferentemente

506 Tesis Doctoral

240 300

20 ordmC

C12-Na

0 50 100 150 200 250 300

tiempo (min)

jaboacute

C14-Na

0 50 100 150 200 250 300tiempo (min)

boacuten

C16-Na

0 50 100 150 200 250 300

tiempo (min)

jaboacute

C181-Na

0 50 100 150 200 250 300

tiempo (min)

jaboacute

C18-Na

0 50 100 150 200 250 300

tiempo (min)

jaboacute

minutos

0 50 100 150 200 250 300

jaboacute

tiempo (min)

C12-Na

C14-Na

C16-Na

C181-Na

C18-Na

100 adsorbido

sdot= max (813)

= (814)

C12-Na 10589 6618

C14-Na 15242 9526

C16-Na 15066 9416

C181-Na 15234 9521

C18-Na 15511 9694

en este estudio

C12-Na

0 50 100 150 200 250 300

tiempo (min)

jaboacute

C14-Na

0 50 100 150 200 250 300tiempo (min)

jaboacute

C16-Na

0 50 100 150 200 250 300

tiempo (min)

jaboacute

C181-Na

101214161820

0 50 100 150 200 250 300

tiempo (min)

jaboacute

C18-Na

0 50 100 150 200 250 300

tiempo (min)

jaboacute

0 50 100 150 200 250 300

boacuten

tiempo (min)

C12‐Na

C14‐Na

C16‐Na

C181‐Na

C18‐Na

C12-Na 3016 2848

C14-Na 2811 1844

C16-Na 2173 1442

C181-Na 2003 1315

C18-Na 468 301

C12-Ca 87

C14-Ca 057

C16-Ca 0037

C18-Ca 00023

512 Tesis Doctoral

Agua milli-Q 709

KLogXLog 1+= (816)

Modelo de Langmuir

Xmiddot1

middot+

= (817)

111+= (818)

este estudio

Modelo Freundlich

2396 1366 8240 0135 0916

2396 1600 6368 0204 0804

3355 2101 10032 0322 1001

3355 2403 7616 0381 0882

4793 3658 9080 0563 0958

4793 3201 12736 0505 1105

7190 5225 15720 0718 1196

7190 5310 15040 0725 1177

9586 7348 17904 0866 1253

9586 6984 20816 0844 1318

11982 8301 29448 0919 1469

11982 8154 30624 0911 1486

14379 9761 36944 0989 1568

14379 9405 39792 0973 1600

21568 11470 80784 1060 1907

21568 11306 82096 1053 1914

516 Tesis Doctoral

0 5 10 15

g∙Kg

‐1 sue

C12‐Na

y = 102400x + 056977Rsup2 = 082371

0000 0200 0400 0600 0800 1000 1200

Log Ce

C12‐Na

Modelo Langmuir

2396 0121 0732

2396 0157 0625

3355 0100 0476

3355 0131 0416

4793 0110 0273

4793 0079 0312

7190 0064 0191

7190 0066 0188

9586 0056 0136

9586 0048 0143

11982 0034 0120

11982 0033 0123

14379 0027 0102

14379 0025 0106

21568 0012 0087

21568 0012 0088

518 Tesis Doctoral

y = 019773x + 001628Rsup2 = 079181

0000 0200 0400 0600 0800

C12‐Na

2396 0101 5520

2396 0105 5212

3355 0121 9064

3355 0114 6704

4793 0345 6320

4793 0131 7023

7190 0665 7525

7190 0602 8121

9586 1122 8928

9586 1014 12704

11982 1491 17520

11982 1611 17736

14379 2161 19656

14379 2090 23072

21568 3694 51232

21568 3807 51640

0 1 2 3 4

X(mg∙Kg‐

1 suelo)

C12‐Na

522 Tesis Doctoral

desorcioacuten

Adsorbible

jaboacuten

(disolucioacuten)

Jaboacuten

adsorbido

(en la

superficie)

Jaboacuten

adsorbido

(en el

interior de

ldquoporosrdquo)

distinguen

524 Tesis Doctoral

aludido

minus=minus (822)

0 tkCC

minusminusminus

==θ (824)

0 tkCC

sms minusminus

minus= (825)

mVCCn es

m middot10000 minus

= (826)

526 Tesis Doctoral

middot 0 tkAtkm

CVn aa

tkAn iai

s minusminus= sum=

tkAn idi

s minusminus= sum=

middot1middot

+==θ (829)

+= (830)

528 Tesis Doctoral

n (83 3)

ims CBCKCKn

)()( ++

= sum=

(83 4)

que intervengan

530 Tesis Doctoral

532 Tesis Doctoral

nsm(1) (mgmiddotkg-1) 53838 1190 92480 149802 80436

nsm(2) (mgmiddotkg-1) 50018 68377 55126 5101 67968

nsm (mgmiddotkg-1) 103857 149567 147607 154903 148404

kads(1) 0940 1023 1359 2471 1056

kads(2) 0028 0036 0058 0045 0042

10 11 12 13 14 15 16 17 18 19

ns m (m

nsm(1)nsm(2)nsm

significativa

534 Tesis Doctoral

del jaboacuten

536 Tesis Doctoral

nsm(1) (mgmiddotkg-1) 26276 3203 2782 4221 18141

nsm(2) (mgmiddotkg-1) 3790 23470 17460 0233 0532

nsm (mgmiddotkg-1) 30066 26673 20242 4454 18673

kdes(1) 2588 216300 0106 0060 0102

kdes(2) 0068 0108 0106 0001 0102

540 Tesis Doctoral

nsm (mgmiddotkg-1) 26569 20242 4303 18642

kdes 0125 0106 0057 0102

equilibrio

542 Tesis Doctoral

544 Tesis Doctoral

HOMOacuteLOGOS

C12-Na 4793

C14-Na 1939

C16-Na 1067

C181-Na 1869

C18-Na 332

548 Tesis Doctoral

Diaacutemetro 12 mm

Longitud 20 mm

550 Tesis Doctoral

programa en un PC

A) Verano 2008

agua de pozo

13175 Lmiddotm-2

558 Tesis Doctoral

214 335 246 153

75 217

73 220

Verano 2008

0 200 400 600 800 1000 1200

Concen

tracioacuten (m

g Jaboacute

‐1suelo)

Tiempo (h)

C12‐Ca Sup

C12‐Ca 10 cm

0 200 400 600 800 1000 1200

Concen

tracioacuten (m

g Jaboacute

‐1suelo)

Tiempo (h)

C14‐Ca Sup

C14‐Ca 10 cm

0 200 400 600 800 1000 1200

Concen

tracioacuten (m

g Jaboacute

‐1suelo)

Tiempo (h)

C16‐Ca Sup

C16‐Ca 10 cm

0 200 400 600 800 1000 1200

Concen

tracioacuten (m

g Jaboacute

‐1suelo)

Tiempo (h)

C181‐Ca Sup

C181‐Ca 10 cm

0 200 400 600 800 1000 1200

Concen

tracioacuten (m

g Jaboacute

‐1suelo)

Tiempo (h)

C18‐Ca Sup

C18‐Ca 10 cm

0 200 400 600 800 1000 1200

Concentracioacuten

(mg Jaboacute

‐1suelo)

Tiempo (h)

560 Tesis Doctoral

Sup 10 cm Sup 10 cm

k (h-1) 00374 00223 k (h-1) 00275 00136

t12 (h) 1853 3108 t12 (h) 2501 5097

R2 () 972 964 R2 () 957 83

Sup 10 cm Sup 10 cm

k (h-1) 00167 00056 k (h-1) 00406 00106

t12 (h) 4151 12378 t12 (h) 1707 6539

R2 () 969 95 R2 () 941 918

Sup 10 cm Sup 10 cm

k (h-1) 00071 0004 k (h-1) 00258 00221

t12 (h) 9763 17329 t12 (h) 2687 3136

R2 () 948 967 R2 () 987 954

562 Tesis Doctoral

B) Otontildeo 2008

73 114 57 08

823 83

564 Tesis Doctoral

la Figura 851

Otontildeo 2008

0 100 200 300 400 500

Concen

tracioacuten (m

g Jaboacute

‐1suelo)

Tiempo (h)

C12‐Ca Sup

C12‐Ca 10 cm

0 100 200 300 400 500

Concen

tracioacuten (m

g Jaboacute

‐1suelo)

Tiempo (h)

C14‐Ca Sup

C14‐Ca 10 cm

0 100 200 300 400 500

Concen

tracioacuten (m

g Jaboacute

‐1suelo)

Tiempo (h)

C16‐Ca Sup

C16‐Ca 10 cm

0 100 200 300 400 500

Concen

tracioacuten (m

g Jaboacute

‐1suelo)

Tiempo (h)

C181‐Ca Sup

C181‐Ca 10 cm

0 100 200 300 400 500

Concen

tracioacuten (m

g Jaboacute

‐1suelo)

Tiempo (h)

C18‐Ca Sup

C18‐Ca 10 cm

0 100 200 300 400 500

Concentracioacuten

(mg Jaboacute

‐1suelo)

Tiempo (h)

Sup 10 cm Sup 10 cm

k (h-1) 00512 00448 k (h-1) 00432 00368

t12 (h) 1354 1547 t12 (h) 1605 1884

R2 () 99 955 R2 () 98 953

Sup 10 cm Sup 10 cm

k (h-1) 00375 00292 k (h-1) 00402 00358

t12 (h) 1848 2374 t12 (h) 1724 1936

R2 () 851 976 R2 () 907 889

Sup 10 cm Sup 10 cm

k (h-1) 00314 00268 k (h-1) 00424 00356

t12 (h) 2207 2586 t12 (h) 1635 1947

R2 () 994 994 R2 () 925 931

estudiadas

566 Tesis Doctoral

C) Invierno 2009

568 Tesis Doctoral

101 162 101 44

520 109

71 114

la Figura 856

Invierno 2009

0 200 400 600 800

Concen

tracioacuten (m

g Jaboacute

‐1suelo)

Tiempo (h)

C12‐Ca Sup

C12‐Ca 10 cm

0 200 400 600 800

Concen

tracioacuten (m

g Jaboacute

‐1suelo)

Tiempo (h)

C14‐Ca Sup

C14‐Ca 10 cm

0 200 400 600 800

Concen

tracioacuten (m

g Jaboacute

‐1suelo)

Tiempo (h)

C16‐Ca Sup

C16‐Ca 10 cm

0 200 400 600 800

Concen

tracioacuten (m

g Jaboacute

‐1suelo)

Tiempo (h)

C181‐Ca Sup

C181‐Ca 10 cm

0 200 400 600 800

Concen

tracioacuten (m

g Jaboacute

‐1suelo)

Tiempo (h)

C18‐Ca Sup

C18‐Ca 10 cm

0 200 400 600 800

Concentracioacuten

(mg Jaboacute

‐1suelo)

Tiempo (h)

Sup 10 cm Sup 10 cm

k (h-1) 00461 00266 k (h-1) 00388 00246

t12 (h) 1504 2606 t12 (h) 1786 2818

R2 () 999 988 R2 () 995 994

Sup 10 cm Sup 10 cm

k (h-1) 00299 00180 k (h-1) 00350 00203

t12 (h) 2218 3851 t12 (h) 1980 3415

R2 () 966 998 R2 () 922 95

Sup 10 cm Sup 10 cm

k (h-1) 00238 00153 k (h-1) 00370 00213

t12 (h) 2912 4530 t12 (h) 1873 3254

R2 () 904 968 R2 () 966 992

estudiadas

D) Primavera 2009

207 294 209 118

192 212

81 216

574 Tesis Doctoral

la Figura 861

Primavera 2009

0 100 200 300 400 500

Concen

tracioacuten (m

g Jaboacute

‐1suelo)

Tiempo (h)

C12‐Ca Sup

C12‐Ca 10 cm

0 100 200 300 400 500

Concen

tracioacuten (m

g Jaboacute

‐1suelo)

Tiempo (h)

C14‐Ca Sup

C14‐Ca 10 cm

0 100 200 300 400 500

Concen

tracioacuten (m

g Jaboacute

‐1suelo)

Tiempo (h)

C16‐Ca Sup

C16‐Ca 10 cm

0 100 200 300 400 500

Concen

tracioacuten (m

g Jaboacute

‐1suelo)

Tiempo (h)

C181‐Ca Sup

C181‐Ca 10 cm

0 100 200 300 400 500

Concen

tracioacuten (m

g Jaboacute

‐1suelo)

Tiempo (h)

C18‐Ca Sup

C18‐Ca 10 cm

0 100 200 300 400 500

Concentracioacuten

(mg Jaboacute

‐1suelo)

Tiempo (h)

Sup 10 cm Sup 10 cm

k (h-1) 00334 00197 k (h-1) 00215 00153

t12 (h) 2075 3519 t12 (h) 3224 4530

R2 () 989 901 R2 () 992 966

Sup 10 cm Sup 10 cm

k (h-1) 00207 00118 k (h-1) 00225 00133

t12 (h) 3349 5874 t12 (h) 3081 5212

R2 () 953 972 R2 () 968 918

Sup 10 cm Sup 10 cm

k (h-1) 00187 00105 k (h-1) 00253 00157

t12 (h) 3707 6601 t12 (h) 2740 4415

R2 () 931 918 R2 () 903 949

estudiadas

576 Tesis Doctoral

degradacioacuten

del Jaboacute

Homoacutelogos

po de vida

ia del Jaboacute

Homoacutelogos

constatar

medioambiental

582 Tesis Doctoral

biodegradacioacuten

584 Tesis Doctoral

CONCLUSIONS

Conclusions 587

588 Tesis Doctoral

Conclusions 589

matrices

sediments)

590 Tesis Doctoral

Conclusions 591

reaction

592 Tesis Doctoral

found to LAS

results

in marine sediments

Conclusions 593

observed behavior

594 Tesis Doctoral

calcareoussoil

adsorbed

Conclusions 595

596 Tesis Doctoral

availability

asymp spring 2009

SUMMARY

Summary 599

matrices

600 Tesis Doctoral

the area

Summary 601

602 Tesis Doctoral

are developed

Summary 603

604 Tesis Doctoral

Summary 605

samples

606 Tesis Doctoral

Almeria coast

Summary 607

frequency

detection limit

608 Tesis Doctoral

Summary 609

610 Tesis Doctoral

Tesis-1pdf

Agradecimientospdf
Portada Indicepdf
Indicepdf
Acronimospdf
Capitulo 1pdf
Capitulo 2pdf
Capitulo 3pdf
Tesis-2pdf
Capitulo 4pdf
Capitulo 5pdf
Capitulo 6pdf
Capitulo 7pdf
Capitulo 8pdf
Conclusionspdf
Portada Summarypdf
Summarypdf

Granada

de 2010

de Granada

AGRADECIMIENTOS

Agradecimientos

presente Memoria

Agradecimientos

gracias

IacuteNDICE

Iacutendice i

ACROacuteNIMOS 7

LINEAL (LAS) 46

ii Iacutendice

22 - Reactivos 146

23 - Gases 147

Iacutendice iii

VARIABLES 194

iv Iacutendice

VARIABLES 271

Iacutendice v

221 - Soxhlet 287

241 - Soxhlet 310

311 - Soxhlet 325

221 - Soxhlet 342

vi Iacutendice

321 - Soxhlet 372

Iacutendice vii

24 - Resultados 414

34 - Resultados 432

MARINOS 443

24 - Resultados 451

viii Iacutendice

34 - Resultados 462

54 - Resultados 471

ESTUDIO 478

LABORATORIO 500

Iacutendice ix

CONCLUSIONS 585

SUMMARY 597

x Iacutendice

OBJETO DE LA TESIS

precursor del LAS

4 Tesis Doctoral

operativos

tensioactivos

6 Tesis Doctoral

ACROacuteNIMOS

Acroacutenimos 9

ACN Acetonitrilo

10 Tesis Doctoral

LIN Linealidad

Acroacutenimos 11

MeOH Metanol

RP Fase inversa

Rs Resolucioacuten

12 Tesis Doctoral

origen

TEA Trietilamina

TK Punto de Kraft

UV Ultravioleta

Vis Visible

λ Longitud de onda

θ Porosidad

CAPIacuteTULO 1

INTRODUCCIOacuteN

limpiadora del agua

16 Tesis Doctoral

contra el contagio3

detersivas

18 Tesis Doctoral

semejantes

ERA ANTES DE CRISTO

ERA CRISTIANA

20 Tesis Doctoral

comprende10

22 Tesis Doctoral

las siguientes

24 Tesis Doctoral

micelar

26 Tesis Doctoral

N + B r -N + B r -

28 Tesis Doctoral

N+ H2C

(CH2)3N

HC N C

N+ H2C

(CH2)3N

Alcohol etoxilado

30 Tesis Doctoral

14 - Consumo y usos

cantidad11

32 Tesis Doctoral

01 en peso

34 Tesis Doctoral

superficial

36 Tesis Doctoral

laboratorio

162 - Ecosistemas

38 Tesis Doctoral

el 100 del LAS

Detg 15 103-121 1984

40 Tesis Doctoral

anaerobio EDAR

Resources 2000

carcinoacutegeno

e industrial

Vertido directo

Aguas residuales

depuradas

Lodos tratados

42 Tesis Doctoral

depuradores

44 Tesis Doctoral

46 Tesis Doctoral

48 Tesis Doctoral

comercial (C116)30

[log10]

Experimental 065

Experimental 250

Experimental 7-9

50 Tesis Doctoral

estos compuestos

223 2504 2784 3064 3045

508 532 555 578 582

20E-8 39E-9 73E-10 13E-10 17E-10

Octanolagua [log10]

12 22 32 41 39

CMC [gmiddotmol-1] 58 26 11 056 -

52 Tesis Doctoral

2404 2685 2965 3246 3226

aplicacioacuten

C12-Na 22000

C14-Na -

C16-Na 2000

C18-Na 50000

C181-Na 100000 (12ordmC)

Press NewYork 1963

54 Tesis Doctoral

maacutes corto

maacutes intuitivo

C12-Ca 87

C14-Ca 057

C16-Ca 0037

C18-Ca 00023

C181-Ca 40 (25 ordmC)

C181-Mg 240 (25 ordmC)

56 Tesis Doctoral

26 75-79 1989

58 Tesis Doctoral

22 - Siacutentesis

60 Tesis Doctoral

del LAB

Queroseno

Tamices

Moleculares

98 n-parafinas

Aromaacuteticos

1 Proceso AlCl3

2 Proceso HF

3 Proceso DETAL

62 Tesis Doctoral

de cascadardquo

64 Tesis Doctoral

siguientes

66 Tesis Doctoral

marinos

soacutedico

utilizadas

comestible

68 Tesis Doctoral

primas utilizadas

Coco 15 48 18 8 2 6 2 -

Maiacutez - - - 12 2 28 57 1

Oliva - - 8 2 83 6 - -

Almendra

6 50 18 9 2 13 1 -

Soja - - 11 3 23 53 8 -

Sebo (vaca)

- - 6 29 19 44 2 -

Sebo (carnero)

- - 5 25 30 36 4 -

70 Tesis Doctoral

Proceso de Refinado

aacutecidos grasos

Blanqueo

suministro

Hidrogenacioacuten

la materia grasa

especializados

72 Tesis Doctoral

para las unidades

limpio

del aceite neutro

74 Tesis Doctoral

recuperada

76 Tesis Doctoral

78 Tesis Doctoral

detergentes

toxicidad

formulaciones

28042 Madrid 2001

80 Tesis Doctoral

kton32

400600

14001600

Jaboacuten Total

82 Tesis Doctoral

84 Tesis Doctoral

anioacutenicos

plantas

86 Tesis Doctoral

6 C11-LAS)

C11-LAS51

88 Tesis Doctoral

test OECD 302

laboratorio

90 Tesis Doctoral

Brussels 2007

92 Tesis Doctoral

del LAS

Health 40 1731-1739 2005

94 Tesis Doctoral

ISO 14931999

lodos activados

de riacuteo

ECETOC Estudio de

investigacioacuten

150- 200ordmC

96 Tesis Doctoral

agua87 (Figura 127)

98 Tesis Doctoral

bull Lodos de EDAR

aguas duras

100 Tesis Doctoral

bull Suelos

bull Sedimentos

102 Tesis Doctoral

lechugas y otros23

027 35 008

104 Tesis Doctoral

106 Tesis Doctoral

de 453000

recogen

0003 gt 107

006 110middot106

108 Tesis Doctoral

01 68middot105

15 450middot104

WPCF 11 Part2 385-403 1967

110 Tesis Doctoral

adsorcioacuten

biodegradacioacuten

C12-Na 58 BOD5

C181-Na 48 BOD5

C18-Na 46 BOD5

Sebo (C1618-Na) 89 OECD 301D121

C1218-K 95 OECD 301D

112 Tesis Doctoral

Sturm 24 91

Sturm 24 99

Sturm 24 82

Sturm 20 82

Sturm 20 84

Sturm 24 88

MITI 32 91

MITI 32 93

C8 15 25

C10 24 19

C12 13 18

C14 33 47

C16 59 70

C18 62 70

C181 57 54

C182 33 42

ecosistemas reales

114 Tesis Doctoral

(Diacuteas)

jaboacuten

36 00191

116 Tesis Doctoral

TOTAL ()

C12 63 47 70 017 997

C14 33 25 26 0062 997

C16 27 200 28 067 997

C18 (total) 63 470 62 15 997

118 Tesis Doctoral

C10 00143 2083middot10-3 00163 566middot10-4

C12 119 159 134 00192

C14 0426 0433 0481 609middot10-3

C16 0543 0173 0612 893middot10-3

C18 0707 00330 0797 00164

120 Tesis Doctoral

122 Tesis Doctoral

124 Tesis Doctoral

Sedimentos 50

126 Tesis Doctoral

suelos127

10 mgmiddotL-1

lodos141

Identificacioacuten

45 microgmiddotL-1

100 microgmiddotL-1

Absorbancia (UV)

100 microgmiddotL-1

Absorbancia (UV)

254 microgmiddotL-1

Absorbancia (UV)

Identificacioacuten

128 Tesis Doctoral

1 microgmiddotL-1

Identificacioacuten

130 Tesis Doctoral

producto

132 Tesis Doctoral

(detector FID)172

grasos

134 Tesis Doctoral

la ganaderiacutea

136 Tesis Doctoral

Granada

respectivamente185

extensioacuten

138 Tesis Doctoral

140 Tesis Doctoral

CAPIacuteTULO 2

EMPLEADOS

21 - Disoluciones

144 Tesis Doctoral

C8-C181 97-99 Merck 100

C10 5OslashC10 491

4OslashC10 363

3OslashC10 294

2OslashC10 266

C11 5+6OslashC11 1478

4OslashC11 723

3OslashC11 567

2OslashC11 504

C12 5OslashC10 1538

4OslashC10 579

3OslashC10 465

2OslashC10 392

C13 5+6OslashC11 1338

4OslashC11 406

3OslashC11 319

2OslashC11 277

146 Tesis Doctoral

22 - Reactivos

Madrid Espantildea)

medioambientales

23 - Gases

24 - Disolventes

148 Tesis Doctoral

material

cromatograacutefica

1000-10000 μL

de 80 mL

150 Tesis Doctoral

utilizacioacuten

experimental fueron

Series equipado con

- 100 microL)

- Rendijas

Emisioacuten 20 nm

152 Tesis Doctoral

CEM) equipado con

AE 163

frascos

154 Tesis Doctoral

156 Tesis Doctoral

experimentales

158 Tesis Doctoral

160 Tesis Doctoral

optimizacioacuten

162 Tesis Doctoral

cuenta

respuesta

al 1978)

164 Tesis Doctoral

- Estimar el error

MEacuteTODO

muestras problema

Y = a + b X (22)

166 Tesis Doctoral

siguiente manera

Chem 23 636-638 1951

168 Tesis Doctoral

170 Tesis Doctoral

siguientes

- Precisioacuten

172 Tesis Doctoral

fallo de ajuste

LIN () = [1 - DER(b)] middot 100 (23)

calibrado

⎞⎜⎜⎝

⎛= (24)

174 Tesis Doctoral

ecuacioacuten 25

⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

S xyanalitica (25)

2iixy )yy(

2n1S minusΣminus

= (26)

metodologiacuteas

blanco17

expresioacuten 28

minus= (28)

176 Tesis Doctoral

sdot= (29)

ecuacioacuten 210

sdot= (211)

xya )cc(nc

SSminusΣ

Σ= (212)

xyb )cc(1SSminusΣ

= (213)

178 Tesis Doctoral

c )cc(b)yy(

SminusΣ

minus++= (214)

o )cc(b)yy(

SminusΣ

minus++= (215)

xyo d)middotb(RED

S +⎟⎠⎞

⎜⎝⎛ += (216)

⎟⎠⎞

⎜⎝⎛

minusminus

S xyo (217)

oL S3X sdot= (218)

oQ S10X sdot= (219)

180 Tesis Doctoral

determinada

Anal Chem 55 712-724 1983

)tt( R

ehminusminus

del pico

Engin Sci 5 258-270 1956

182 Tesis Doctoral

= (221)

pico Gaussianno

Cambridge UK 1990

Wb= 6s = 25476

cromatograma

C2 C3 C4 C5 C6

Concentracioacuten

C2 C3 C4 C5 C6

Concentracioacuten

C2 C3 C4 C5 C6

Concentracioacuten

C2 C3 C4 C5 C6

Concentracioacuten

184 Tesis Doctoral

CC()cRe

adicionada

= (223)

analiacutetica

186 Tesis Doctoral

cal SS

F = (s1 gt s2) (224)

donde 21S y 2

mayor del 5

sum minus+

sum minus

minus=

expresioacuten 226

( ) ( )

( ) ( )2ncc

minussum minus

+minus

sum minus

sum minus+

sum minus= (226)

( ) ( )

4nnS2nS2n

p minus+minus+minus

= (227)

calibrados

188 Tesis Doctoral

sum minus+

sum minus

minus=

)cc(1S

bbt (228)

pendiente promedio

sumsum

sum summinus+minus

iiiip (229)

minusplusmnisin

pacuteCPCY )cc(n

cStaa α (231)

190 Tesis Doctoral

[ ]sum minus+minus

minusminus+

minus=

)cc()cc(b)yy(

cc)c(t (233)

CAPIacuteTULO 3

ambientales

194 Tesis Doctoral

DE LAS VARIABLES

de agua

de celulosa

quedar

a lavar

grasos

196 Tesis Doctoral

C8 987

C10 991

C12 977

C13 993

C14 984

C16 991

C17 971

C18 979

C181 993

C182 997

agua caliente

de celulosa

constante

C8 965

C10 976

C12 964

C13 961

C14 973

C16 971

C17 974

C18 946

C181 973

C182 987

198 Tesis Doctoral

metanol y BF32

mgmiddotL-1)

COMPOSICIOacuteN ()

C12 516

C14 164

C16 106

C181 183

C18 31

Total 100

Tiempo (min)

Abundancia

C13 (PI)

C14 C18C16C181

200 Tesis Doctoral

C12 512

C14 166

C16 108

C181 185

C18 29

Total 100

cromatograacutefico

202 Tesis Doctoral

T25= 100B

Ganancia 12 eV

normal

204 Tesis Doctoral

carbonos (C18)

t (min)

0 10 15 20 25

Gradiente 1 70 80 85 85 100

Gradiente 2 60 70 75 75 90

Gradiente 3 65 75 80 80 95

Gradiente 4 75 85 90 90 100

Gradiente 2

6 710 9

Gradiente 3

min 5 10 15 20

Gradiente 4

Gradiente 1

206 Tesis Doctoral

t (min)

0 10 15 20 25 30

Gradiente 1 70 80 85 85 100 -

Gradiente 2 50 - - 65 85 100

Gradiente 3 65 - 70 85 100 -

Gradiente 4 65 - 80 90 100 -

Gradiente 1 LU

4 5 6 7 89+10

6 7+8 9 10

Gradiente 2

Gradiente 3

min 5 10 15 20

2 3 4 5

6 7 8 10 9

Gradiente 4

t (min)

0 10 15 20 25 30

Gradiente 1 70 80 85 85 100 -

Gradiente 2 75 80 - 100 - -

Gradiente 3 65 - 75 80 - 100

Gradiente 1 LU

4 5 7+8 6 10 9

2 34 5

67+8 9 10

Gradiente 2

min 5 10 15 20 25 30

2 3 4 5 6 7+8 9 10

Gradiente 3

208 Tesis Doctoral

t (min)

0 10 15 20 25 30

Gradiente 1 70 80 85 85 100 -

Gradiente 2 80 - 85 85 - 100

Gradiente 3 85 - 85 85 - 95

Gradiente 4 60 - - - 100 -

Gradiente 1 LU

4 5 6 7+89 10

2 34 5 6 7+8

Gradiente 2

4 5 6 7+8

Gradiente 3

5 10 15 20 25 30

4 5 6 10 97+8

Gradiente 4

Discusioacuten

constantes

210 Tesis Doctoral

t (min)

0 10 15 20 25

Gradiente 1 70 80 85 85 100

Gradiente 2 80 90 95 95 100

Gradiente 3 75 85 90 90 95

Gradiente 1 LU

Gradiente 2 LU

4 5 6 7

Gradiente 3 LU

4 56 7 10 9

5 10 15 20 min

t (min)

0 10 15 20 25

Gradiente 1 70 80 85 85 100

Gradiente 2 60 70 75 75 90

Gradiente 3 65 75 80 80 95

Gradiente 4 75 85 90 90 100

Gradiente 2

6 710 9

Gradiente 3

min 5 10 15 20

Gradiente 4

Gradiente 1

212 Tesis Doctoral

t (min)

0 10 15 20 25

Gradiente 1 70 80 85 85 100

Gradiente 2 65 75 80 80 100

Gradiente 3 75 85 90 90 100

Discusioacuten

Gradiente 1 LU

4 56 7

4 56 7 8

Gradiente 2

min5 10 15 20

Gradiente 3

214 Tesis Doctoral

Porcentaje 1 10

Porcentaje 2 20

Porcentaje 3 30

Porcentaje 4 50

Porcentaje 5 70

Porcentaje 6 100

4 5 6 10 9 87

4 9 876

4 5 10 9876

5 10 15 20 min

4 5 10 9

216 Tesis Doctoral

Discusioacuten

4 5 1098 7 6

5 10 15 20 min

ENSAYOS pH

Ac foacutermico 24

TFA 25

Reguladora 1 4

Reguladora 2 5

Reguladora 3 7

Reguladora 4 8

218 Tesis Doctoral

min 5 10 15 20

4 5 10 9 87 6

Foacutermico

4 5 10 9 87 6

Reguladora 1

4 5 10 9 87 6

Reguladora 2

4 5 10 9 87 6

Reguladora 3

Reguladora 4

Discusioacuten

equilibrio

(A) (S) + SDS (A) (SDS) + S

220 Tesis Doctoral

SDS 1 500

SDS 2 750

SDS 3 1500

SDS 4 2000

SDS 5 5000

4 5 10 9 87 6

min 5 10 15 20

4 5 10 9 87 6

Discusioacuten

fotomultiplicador

4 5 10 9 87 6

min 5 10 15 20

4 5 10 9 87 6

222 Tesis Doctoral

Temperatura 1 20

Temperatura 2 30

Temperatura 3 40

4 10 9 87 65

20 ordmC

4 5 6 810 9

30 ordmC

min 5 10 15 20

4 5 109876

40 ordmC

Discusioacuten

Ganancia 1 10

Ganancia 2 12

Ganancia 3 14

224 Tesis Doctoral

Discusioacuten

ganancia de trabajo

3 4 5 109876

min5 10 15 20

4 5 109876

emisioacuten

226 Tesis Doctoral

Discusioacuten

fueron

inyeccioacuten

228 Tesis Doctoral

min 5 10 15 20

4 5 6 10 987

1 2 3 4 5 6 10987

Ensayo 4

5Ensayo 1

2 34 5 6 7 8 9 10

Ensayo 2

Ensayo 3

Ensayo 5

min 5 10 15 20

LU 800

4 5 6 7 1098

Ensayo 6

4 5 6 7 10 9 8

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

Ensayo 8

min 5 10 15 20

Ensayo 9

1 2 3 4 5 6 10987

Ensayo 10

1 2 34 5 6 7 8 109

Ensayo 11

min 5 10 15 20

1200 1

Ensayo 12

Ensayo 7

230 Tesis Doctoral

Discusioacuten

condiciones

T25= 100B

Ganancia 12 eV

min 5 10 15 20

1200 1

232 Tesis Doctoral

econoacutemicas

234 Tesis Doctoral

236 Tesis Doctoral

motivos

reaccioacuten

min 5 10 15 20

1 2 3 4 5 6 10987

Acetona

238 Tesis Doctoral

siguiente tabla

75 475

125 90

75 475

125 90

75 475

125 90

jaboacuten C13

240 Tesis Doctoral

Standardized effect

0 1 2 3 4

ATemperatura

Standardized effect

0 1 2 3 4

ATemperatura

Standardized effect

0 1 2 3 4

ATemperatura

Standardized effect

0 1 2 3 4

ATemperatura

Standardized effect

0 1 2 3 4 5

ATemperatura

Standardized effect

0 05 1 15 2 25 3

ATemperatura

Standardized effect

0 1 2 3 4 5 6

ATemperatura

JABOacuteN R2()

C8K 82

C10K 82

C12K 80

C14K 81

C16K 85

C181K 81

C18K 90

242 Tesis Doctoral

TemperaturaTiempo

0 30 60 90 120 150 0 30609012015023273135394347

TemperaturaTiempo

0 30 60 90 120 150 0 3060901201502

TemperaturaTiempo

0 30 60 90 120 150 0 306090120150212427

TemperaturaTiempo

0 30 60 90 120 150 0 30609012015013141516171819

TemperaturaTiempo

0 30 60 90 120 150 0 30609012015011

TemperaturaTiempo

0 30 60 90 120 150 0 30609012015002803103403704

TemperaturaTiempo

0 30 60 90 120 150 0 306090120150121314151617

C8K 93

C10K 97

C12K 100

C14K 125

C16K 125

C181K 121

C18K 125

326 y Tabla 322)

244 Tesis Doctoral

Oacuteptimo 5 103

reactivos

TemperaturaTiempo

cioacuten

0 30 60 90 120 150 0 30609012015011

Standardized effect

0 1 2 3 4

ATemperatura

C8K 065

C10K 068

C12K 064

C14K 075

C16K 071

C181K 062

C18K 073

246 Tesis Doctoral

5 6 7 8 9 10

Ensayo 1

min 5 10 15 20

56 7 8 109

Ensayo 2

066 10

079 20

084 40

089 80

093 90

099 95

099 99

248 Tesis Doctoral

derivante en agua

Cantidad de

BrMMC ( mm)

01 02 089

01 05 091

01 075 090

02 02 095

02 05 099

02 075 097

03 02 096

03 05 094

03 075 098

250 Tesis Doctoral

Aacuterea C16K

05 1235

1 1248

2 1256

4 1032

10 715

252 Tesis Doctoral

reaccioacuten

(C13K) en metanol

acetonitrilo)

254 Tesis Doctoral

min 5 10 15 20

1 2 3 5 6

fluorescencia

etapas

256 Tesis Doctoral

absorcioacuten

acetona

min5 10 15 20 25

258 Tesis Doctoral

patroacuten interno

(Figura 333)

min 5 10 15 20 25

1 Ensayo 1

min 5 10 15 20 25

Ensayo 2

260 Tesis Doctoral

jaboacuten C13

significativa

Standardized effect

0 2 4 6 8

ATemperatura

Standardized effect

0 2 4 6 8

ATemperatura

Standardized effect

0 2 4 6 8

ATemperatura

Standardized effect

0 2 4 6 8

ATemperatura

Standardized effect

0 1 2 3 4 5 6

ATemperatura

Standardized effect

0 1 2 3 4

ATemperatura

Standardized effect

0 1 2 3 4 5 6

ATemperatura

262 Tesis Doctoral

JABOacuteN R2()

C8K 92

C10K 94

C12K 92

C14K 91

C16K 88

C181K 85

C18K 90

TemperaturaTiempo

0 30 60 90 120 150 0 306090120150-1700-700300

130023003300

TemperaturaTiempo

0 30 60 90 120 150 0 306090120150-1400

TemperaturaTiempo

0 30 60 90 120 150 0 306090120150-1700-700300

130023003300

TemperaturaTiempo

0 30 60 90 120 150 0 306090120150-900-500-100300700

11001500

C8K 119

C10K 119

C12K 114

C14K 116

C16K 117

C181K 120

C18K 120

TemperaturaTiempo

0 30 60 90 120 150 0 306090120150-1600-600400

140024003400

0 30 60 90 120 150Temperatura

0 306090120150

Tiempo-300-100100300500700

TemperaturaTiempo

0 30 60 90 120 150 0 306090120150-1200

264 Tesis Doctoral

Oacuteptimo 5 118

Standardized effect

0 1 2 3 4

ATemperatura

TemperaturaTiempo

cioacuten

0 30 60 90 120 150 0 30609012015011

reactivos

099 10

099 20

098 40

099 80

098 90

099 95

099 99

266 Tesis Doctoral

025 432

05 478

eacuteter corona

C8K 3180 3162

C10K 2119 2135

C12K 1735 1745

C14K 1292 1278

C16K 1040 1057

C182K 1679 1655

C181K 1029 1025

C18K 1375 1345

cantidad de analito

268 Tesis Doctoral

005 568

010 785

020 1040

05 1044

1 1058

(87 horas)

270 Tesis Doctoral

(C13K) en metanol

DE LAS VARIABLES

min 5 10 15 20 25

mAU175

272 Tesis Doctoral

investigacioacuten

Canal B = ACN HPLC

Tiempo final 25 min

Ganancia 13 ev

5 1 15 2

LU 120

OslashC10

2OslashC11

2OslashC13

OslashC13

OslashC11

OslashC12

274 Tesis Doctoral

ambientales

min 5 1 1 2

LU 800

OslashC10

OslashC12

OslashC13

OslashC11

analiacutetica

276 Tesis Doctoral

de reaccioacuten

10 332

20 358

40 379

60 751

80 752

90 750

Memoria

278 Tesis Doctoral

min 5 1 1 20

OslashC10

2OslashC8 LU

CAPIacuteTULO 4

282 Tesis Doctoral

extraccioacuten

durante 24 horas

facilidad

284 Tesis Doctoral

etapas

jaboacuten

gasto de disolvente

premisas

286 Tesis Doctoral

Hexano 65

Ciclohexano 71

Acetato de etilo 99

Metanol 98

Hexano 0

Ciclohexano 0

Acetato de etilo 7

Metanol 12

211 - Soxhlet

288 Tesis Doctoral

fue de 250 mL1

290 Tesis Doctoral

matriz

6 75 52 78

12 98 98 99

24 98 97 95

48 99 98 97

72 97 95 99

212 - Ultrasonidos

292 Tesis Doctoral

matriz fue de 50 mL

AMPLITUD ()

125 50

200 75

125 50

Tierra

sistema

294 Tesis Doctoral

94 20 75

Lodos de EDAR

sistema

5 8 11 14 17 20 25354555657568

Standardized effect

0 2 4 6 8

BAmplitud

91 20 75

Sedimentos

sistema

5 8 11 14 17 20 25354555657568

Standardized effect

0 2 4 6 8

BAmplitud

296 Tesis Doctoral

90 20 75

213 - Microondas

de extraccioacuten

5 8 11 14 17 20 25354555657568

Standardized effect

0 2 4 6 8

BAmplitud

298 Tesis Doctoral

de 10 minutos

matriz

5 55 50 57

10 73 69 76

15 97 96 99

20 97 99 98

25 99 98 97

214 - Conclusiones

300 Tesis Doctoral

Soxhlet

Ultrasonidos

Amplitud () 75

Microondas

Potencia (W) 1600

302 Tesis Doctoral

apropiado

(aprox 30min)

304 Tesis Doctoral

experimental

Tierra

Standardized effect

0 2 4 6 8

AEDTA-3K

BCarbonato

EDTA3KCarbonato

25 35 45 55 65 75 25354555657580828486889092

306 Tesis Doctoral

CANTIDAD DE

CARBONATO (mg)

90 50 25

Lodos de EDAR

CANTIDAD DE

CARBONATO (mg)

93 50 25

Standardized effect

0 2 4 6 8

AEDTA-3K

BCarbonato

EDTA3KCarbonato

25 35 45 55 65 75 25354555657580828486889092

Sedimentos

CANTIDAD DE

CARBONATO (mg)

96 50 25

Standardized effect

0 2 4 6 8

AEDTA-3K

BCarbonato

EDTA3KCarbonato

25 35 45 55 65 75 25354555657580828486889092

308 Tesis Doctoral

apartado 212)

Agua 90

Acetona 85

Acetato de etilo 87

Metanol 92

310 Tesis Doctoral

241 - Soxhlet

posible

sedimentos)

matriz

4 80 62 68

6 95 89 89

12 90 90 85

24 93 91 91

48 92 87 90

242 - Ultrasonidos

312 Tesis Doctoral

Tierra

sistema

5 8 11 14 17 20 25354555657568

Standardized effect

0 2 4 6 8

BAmplitud

89 20 75

Lodos de EDAR

sistema

87 20 75

5 8 11 14 17 20 25354555657568

Standardized effect

0 2 4 6 8

BAmplitud

314 Tesis Doctoral

Sedimentos

sistema

93 20 75

243 - Microondas

5 8 11 14 17 20 25354555657568

Standardized effect

0 2 4 6 8

BAmplitud

extraccioacuten

matriz

5 67 52 66

10 92 88 92

15 88 91 91

20 89 87 89

25 91 89 85

316 Tesis Doctoral

244 - Conclusiones

Soxhlet

Ultrasonidos

Amplitud () 75

Microondas(MAE)

Potencia (W) 1600

318 Tesis Doctoral

manera general

Soxhlet

Tiempo (h) 12

Tiempo (h) 4

320 Tesis Doctoral

Ultrasonidos

Amplitud () 75

Tiempo (min) 20

Tiempo (h) 4

Amplitud () 75

Microondas

Potencia (W) 1600

Tiempo (h) 4

Potencia (W) 1600

322 Tesis Doctoral

extraccioacuten

y metanol

324 Tesis Doctoral

Agua 70

Acetona 45

Acetato de etilo 57

Metanol 98

321 - Soxhlet

sedimentos)

matriz

326 Tesis Doctoral

4 66 52 59

6 86 79 79

12 93 95 95

24 95 91 98

48 92 97 90

322 - Ultrasonidos

Tiempo (min) 10

Amplitud () 75

Potencia (rpm) 4000

matrices estudiados

Tierra 97

Lodos EDAR 86

Sedimentos 94

323 - Microondas

extraccioacuten

328 Tesis Doctoral

matriz

5 61 47 56

10 82 63 72

15 91 91 95

20 89 88 92

25 95 89 87

324 - Conclusiones

Soxhlet

Ultrasonidos

Amplitud () 75

Potencia (rpm) 4000

330 Tesis Doctoral

Microondas(MAE)

Potencia (W) 1600

parecido

332 Tesis Doctoral

aplicando SPE

OslashC10

OslashC11

min 5 10 15 20

OslashC10

OslashC11 LU

OslashC12 OslashC13

CAPIacuteTULO 5

336 Tesis Doctoral

seleccionados

338 Tesis Doctoral

estudio

estudiado

340 Tesis Doctoral

continuacioacuten

fluorescencia

extraccioacuten

fluorescencia

puntos

342 Tesis Doctoral

221 - Soxhlet

Tierra

a 412 120 559 255 201 112

sa 91 56 158 58 87 47

b (Kgmiddotmg-1) 949 399 941 395 892 372

sb 25 21 23 18 23 16

R2 () 999 999 999 999 998 998

Syx 103 41 392 192 180 155

calculado

C13-Ca C17-Ca

Fcal1 145 219

tcal b2 02 01

tcal a2 08 17

de extraccioacuten

344 Tesis Doctoral

PARAacuteMETROS

C13-Ca C17-Ca

b2 892 372

b3 941 395

R () 95 94

Lodos de EDAR

a 412 120 576 232 443 272

sa 91 56 185 52 113 107

b (Kgmiddotmg-1) 949 399 935 387 882 362

sb 25 21 20 28 29 25

R2 () 999 999 999 998 997 995

Syx 103 41 492 292 280 415

Student

C13-Ca C17-Ca

Fcal1 228 507

tcal b2 04 03

tcal a2 07 15

de extraccioacuten

PARAacuteMETROS

C13-Ca C17-Ca

b2 882 362

b3 935 387

R () 94 93

346 Tesis Doctoral

Sedimentos

a 412 120 456 205 346 172

sa 91 56 145 48 93 37

b (Kgmiddotmg-1) 949 399 941 395 906 369

sb 25 21 22 26 23 18

R2 () 999 999 999 999 999 999

Syx 103 41 456 252 484 97

Student

C13-Ca C17-Ca

Fcal1 196 378

tcal b2 02 01

tcal a2 02 12

de extraccioacuten

PARAacuteMETROS

C13-Ca C17-Ca

b2 906 369

b3 941 395

R () 96 93

348 Tesis Doctoral

TIERRA vs LODO

LODO vs SEDIMENTOS

Fcal1 24 71 72 26 30 72

tcal b2 03 03 04 01 06 02

tcal a2 17 14 11 10 07 09

222 - Ultrasonidos

Tierra

a 671 275 353 143 446 172

sa 141 84 121 51 77 37

b (Kgmiddotmg-1) 921 385 915 381 872 359

sb 45 49 38 26 19 26

R2 () 998 997 998 997 996 994

Syx 803 298 413 152 54 70

C13-Ca C17-Ca

Fcal1 38 38

tcal b2 01 01

tcal a2 17 13

350 Tesis Doctoral

de extraccioacuten

PARAacuteMETROS

C13-Ca C17-Ca

b2 872 359

b3 915 381

R () 95 94

Lodos de EDAR

a 671 275 253 175 336 121

sa 141 84 156 64 87 41

b (Kgmiddotmg-1) 921 385 905 378 847 357

sb 45 49 21 37 21 33

R2 () 998 997 999 997 995 994

Syx 803 298 215 478 115 92

C13-Ca C17-Ca

Fcal1 139 26

tcal b2 03 01

tcal a2 20 09

de extraccioacuten

PARAacuteMETROS

C13-Ca C17-Ca

b2 847 357

b3 905 378

R () 94 94

352 Tesis Doctoral

Sedimentos

a 671 275 453 311 557 254

sa 141 84 121 31 77 61

b (Kgmiddotmg-1) 921 385 919 384 861 362

sb 45 49 31 41 33 31

R2 () 998 997 998 999 996 994

Syx 803 298 317 141 179 101

C13-Ca C17-Ca

Fcal1 64 45

tcal b2 01 01

tcal a2 12 04

de extraccioacuten

PARAacuteMETROS

C13-Ca C17-Ca

b2 861 362

b3 919 384

R () 94 94

TIERRA vs LODO

LODO vs SEDIMENTOS

Fcal1 54 34 110 117 24 35

tcal b2 09 01 03 01 04 01

tcal a2 09 09 10 11 19 18

354 Tesis Doctoral

223 - Microondas

Tierra

a 471 115 610 113 331 95

sa 81 51 117 36 78 11

b (Kgmiddotmg-1) 938 392 931 387 895 363

sb 31 25 22 20 13 21

R2 () 999 999 999 999 998 998

Syx 303 107 183 215 114 45

C13-Ca C17-Ca

Fcal1 27 40

tcal b2 02 02

tcal a2 10 01

de extraccioacuten

PARAacuteMETROS

C13-Ca C17-Ca

b2 895 363

b3 931 387

R () 96 94

356 Tesis Doctoral

Lodos de EDAR

a 471 115 510 217 336 105

sa 81 51 175 39 121 21

b (Kgmiddotmg-1) 938 392 925 383 881 351

sb 31 25 28 24 17 21

R2 () 999 999 997 997 996 996

Syx 303 107 156 271 254 191

C13-Ca C17-Ca

Fcal1 38 64

tcal b2 03 03

tcal a2 02 16

de extraccioacuten

PARAacuteMETROS

C13-Ca C17-Ca

b2 881 351

b3 925 383

R () 95 92

Sedimentos

358 Tesis Doctoral

a 471 115 413 207 301 91

sa 81 51 154 21 125 19

b (Kgmiddotmg-1) 938 392 931 389 894 359

sb 31 25 24 21 19 25

R2 () 999 999 999 999 998 997

Syx 303 107 91 190 51 88

C13-Ca C17-Ca

Fcal1 111 32

tcal b2 02 09

tcal a2 03 17

de extraccioacuten

PARAacuteMETROS

C13-Ca C17-Ca

b2 894 359

b3 931 389

R () 96 92

TIERRA vs LODO

LODO vs SEDIMENTOS

Fcal1 50 180 50 47 248 38

tcal b2 07 04 01 01 05 02

tcal a2 01 04 02 02 02 05

360 Tesis Doctoral

extraccioacuten

a 201 112 446 172 331 95

sa 87 47 77 37 78 11

b (Kgmiddotmg-1) 892 372 872 359 895 363

sb 23 16 19 26 13 21

Syx 180 115 54 70 114 45

Fcal1 111 27 25 65 45 24

tcal b2 07 04 01 03 10 01

tcal a2 20 10 11 03 10 20

362 Tesis Doctoral

225 - Conclusiones

conclusiones

el 92 y el 96

364 Tesis Doctoral

C8 131 233 010 112 9987 278 345

C10 182 278 033 189 9991 432 458

C12 178 356 043 044 9993 336 674

C14 109 154 004 243 9988 378 397

C16 122 234 043 467 9995 367 868

C181 041 567 013 589 9996 076 574

C18 129 286 021 134 9985 324 237

C8 0023 138 0024 237 9977 0056 445

C10 0019 167 0034 276 9981 0045 333

C12 0021 267 0049 167 9985 0067 459

C14 0014 218 0027 476 9998 0028 592

C16 0012 254 0037 328 9992 0028 713

C181 0006 134 0025 198 9984 0003 811

C18 0012 167 0022 156 9993 0043 515

homocedaacutesticos

Meacutetodos

366 Tesis Doctoral

C8 084 214 45 plusmn 042

C10 078 199 62 plusmn 039

C12 067 171 87 plusmn 034

C14 054 138 121 plusmn 027

C16 081 206 152 plusmn 041

C181 077 196 157 plusmn 039

C18 045 115 193 plusmn 023

C8 014 036 59 plusmn 007

C10 023 059 71 plusmn 012

C12 014 036 83 plusmn 007

C14 017 043 151 plusmn 009

C16 011 028 192 plusmn 006

C181 009 023 201 plusmn 005

C18 008 020 263 plusmn 004

C8 0051 015 051

C10 0044 013 044

C12 0038 011 038

C14 0054 016 054

C16 0058 017 058

C181 0044 013 044

C18 0040 012 040

C8 0067 020 067

C10 0054 016 054

C12 0076 023 076

C14 0057 017 057

C16 0044 013 044

C181 0062 019 062

C18 0066 020 066

368 Tesis Doctoral

(mgmiddotKg-1)

C8 05 - 1500 987 47 21

C10 04 - 1500 988 2 8 24

C12 04 - 1500 985 28 1 9

C14 05 - 1500 988 26 35

C16 06 - 1500 986 08 30

C181 04 - 1500 986 14 18

C18 04 - 1500 985 30 25

(mgmiddotKg-1)

C8 07 - 500 983 43 24

C10 05 - 500 986 24 24

C12 08 - 500 987 26 35

C14 06 - 500 983 23 20

C16 04 - 500 985 11 23

C181 06 - 500 986 15 20

C18 07 - 500 986 26 36

propuesto

539 y 540

370 Tesis Doctoral

CIOacuteN DEL LAS

estudio

372 Tesis Doctoral

jaboacuten

321 - Soxhlet

Tierra

CON MUESTRA

a 1180 1101 559 1180 1101 559

sa 502 485 348 502 485 348

b (Kgmiddotmg-1) 3682 3569 3668 3682 3569 3668

sb 85 193 56 85 193 56

R2 () 998 999 999 998 999 999

Syx 2253 1284 1283 2253 1284 1283

Fcal1 31 48

tcal b2 01 01

tcal a2 10 14

374 Tesis Doctoral

de extraccioacuten

PARAacuteMETROS

b2 3502 3262

b3 3668 3549

R () 95 92

Lodos de EDAR

CON MUESTRA

a 1180 1101 1269 475 752 362

sa 502 485 483 561 105 212

b (Kgmiddotmg-1) 3682 3569 3643 3532 3442 3202

sb 85 193 76 188 103 166

R2 () 998 999 998 998 997 997

Syx 2253 1284 1343 762 625 423

Fcal1 28 28

tcal b2 03 01

tcal a2 01 08

de extraccioacuten

PARAacuteMETROS

b2 3442 3202

b3 3643 3532

R () 94 91

376 Tesis Doctoral

Sedimentos

CON MUESTRA

a 1180 1101 1771 613 431 815

sa 502 485 983 335 171 113

b (Kgmiddotmg-1) 3682 3569 3675 3563 3472 3236

sb 85 193 89 153 109 191

R2 () 998 999 999 999 998 998

Syx 2253 1284 2141 915 2111 211

Fcal1 39 44

tcal b2 01 01

tcal a2 05 08

de extraccioacuten

PARAacuteMETROS

b2 3472 3236

b3 3675 3563

R () 94 91

TIERRA vs LODO

LODO vs SEDIMENTOS

Fcal1 42 77 27 378 114 49

tcal b2 05 02 02 01 02 01

tcal a2 04 04 07 02 14 02

378 Tesis Doctoral

322 - Ultrasonidos

Tierra

CON MUESTRA

a 1321 821 711 441 413 599

sa 771 171 121 81 41 281

b (Kgmiddotmg-1) 3641 3539 3611 3527 3361 3181

sb 121 151 31 115 81 153

R2 () 999 999 999 999 997 999

Syx 563 321 1221 679 172 51

Fcal1 47 45

tcal b2 02 01

tcal a2 02 20

de extraccioacuten

PARAacuteMETROS

b2 3361 3181

b3 3611 3527

R () 93 90

380 Tesis Doctoral

Lodos de EDAR

CON MUESTRA

a 1321 821 456 439 478 679

sa 771 171 195 116 147 214

b (Kgmiddotmg-1) 3641 3539 3600 3501 3301 3151

sb 121 151 58 147 115 161

R2 () 999 999 998 998 996 996

Syx 563 321 1563 157 1368 814

Fcal1 71 42

tcal b2 03 01

tcal a2 11 18

de extraccioacuten

PARAacuteMETROS

b2 3301 3151

b3 3600 3501

R () 92 90

Sedimentos

382 Tesis Doctoral

CON MUESTRA

a 1321 821 331 539 451 518

sa 771 171 121 91 111 110

b (Kgmiddotmg-1) 3641 3539 3635 3529 3359 3198

sb 121 151 79 119 131 165

R2 () 999 999 999 999 998 998

Syx 563 321 1211 712 591 71

Fcal1 46 49

tcal b2 01 01

tcal a2 13 15

de extraccioacuten

PARAacuteMETROS

b2 3359 3198

b3 3635 3529

R () 92 91

TIERRA vs LODO

LODO vs SEDIMENTOS

Fcal1 24 71 72 26 30 72

tcal b2 03 03 04 01 06 02

tcal a2 10 02 12 02 12 07

384 Tesis Doctoral

323 - Microondas

Tierra

CON MUESTRA

a 875 759 796 544 679 627

sa 186 95 237 57 129 185

b (Kgmiddotmg-1) 3665 3559 3658 3547 3398 3226

sb 156 171 79 109 107 139

R2 () 999 999 999 999 998 999

Syx 1250 611 697 231 789 251

Fcal1 32 70

tcal b2 01 01

tcal a2 03 19

de extraccioacuten

PARAacuteMETROS

b2 3398 3226

b3 3658 3547

R () 93 91

386 Tesis Doctoral

Lodos de EDAR

CON MUESTRA

a 875 759 899 511 891 831

sa 186 95 139 79 112 212

b (Kgmiddotmg-1) 3665 3559 3631 3531 3371 3201

sb 156 171 81 113 111 151

R2 () 999 999 998 998 996 997

Syx 1250 611 615 335 1371 1289

Fcal1 41 33

tcal b2 01 01

tcal a2 01 20

de extraccioacuten

PARAacuteMETROS

b2 3371 3201

b3 3631 3531

R () 93 90

Sedimentos

388 Tesis Doctoral

CON MUESTRA

a 875 759 613 618 667 895

sa 186 95 151 37 71 218

b (Kgmiddotmg-1) 3665 3559 3654 3547 3418 3257

sb 156 171 103 91 95 120

R2 () 999 999 999 999 999 999

Syx 1250 611 685 249 216 552

Fcal1 33 60

tcal b2 01 01

tcal a2 10 14

de extraccioacuten

PARAacuteMETROS

b2 3418 3257

b3 3654 3547

R () 94 92

TIERRA vs LODO

LODO vs SEDIMENTOS

Fcal1 30 264 133 48 403 264

tcal b2 02 01 01 02 03 03

tcal a2 12 07 01 09 17 02

390 Tesis Doctoral

extraccioacuten

a 1180 1101 1321 821 875 759

sa 502 485 771 171 186 95

b (Kgmiddotmg-1) 3682 3569 3641 3539 3665 3559

sb 85 193 121 151 156 171

Syx 2253 1284 563 321 1250 611

Fcal1 552 5308 26 219 210 242

tcal b2 14 03 08 02 03 02

tcal a2 01 01 17 01 19 01

325 - Conclusiones

el 90 y el 94

392 Tesis Doctoral

entre el 92 y el 96

determinar

394 Tesis Doctoral

OslashC10 0141 335 011 082 9997 028 891

OslashC11 0139 219 009 111 9995 025 632

OslashC12 0133 132 007 074 9993 026 541

OslashC13 0124 189 005 183 9988 028 725

lineal

homocedaacutesticos

OslashC10 11 33 110

OslashC11 14 42 140

OslashC12 18 54 180

OslashC13 14 42 140

ldquoon-linerdquo

396 Tesis Doctoral

(mgmiddotKg-1)

OslashC10 0011 - 100 985 32 20

OslashC11 0014 - 100 989 13 18

OslashC12 0018 - 100 985 32 20

OslashC13 0014 - 100 986 28 23

propuesto

EXTRACCIOacuteN

398 Tesis Doctoral

de estudio

capiacutetulos

similares

400 Tesis Doctoral

Aragoacuten1 8380 8363 8371 038

Asturias2 4895 4886 4991 045

Baleares1 2T 914 907 911 066

Baleares3 3T 1346 1338 1343 041

Canarias1 611 608 613 045

Leoacuten3 2009 2001 2011 021

Leoacuten3 ST 1425 1415 1421 039

Mancha2 747 742 745 039

Valencia4 1133 1127 1129 041

Madrid7 947 939 942 047

Paiacutes Vaco1 7480 7400 7520 089

Asturias2 4991 4986 065

Baleares1 2T 911 903 036

Baleares3 3T 1343 1335 052

Canarias1 613 618 015

Leoacuten3 2011 2017 031

Mancha2 745 739 011

Valencia4 1129 1121 024

Madrid7 942 933 021

402 Tesis Doctoral

Aragoacuten1 227 223 224 063

Asturias2 085 082 082 021

Baleares1 2T 641 635 638 036

Baleares3 3T 1028 1019 1024 021

Canarias1 623 618 621 018

Leoacuten3 131 126 128 023

Leoacuten3 ST 249 241 245 034

Mancha2 381 371 375 010

Valencia4 1345 1332 1339 023

Madrid7 502 495 499 033

404 Tesis Doctoral

45 - Conclusiones

conclusiones

como del LAS

CAPIacuteTULO 6

DE EDAR

408 Tesis Doctoral

410 Tesis Doctoral

ASTURIAS

BALEARES

CATALUNtildeA

ISLAS CANARIAS

412 Tesis Doctoral

EXTREMADURA

GALICIA

LA RIOJA

MURCIA

PAIacuteS VASCO

muestreadas

414 Tesis Doctoral

(10 mgmiddotL-1)

aguametanol (6040)

24 - Resultados

ARAGOacuteN

BALEARES

BA1 Palma 1570 278 BA2 Palma 006 192

CATALUNtildeA

ISLAS CANARIAS

416 Tesis Doctoral

EXTREMADURA

GALICIA

LA RIOJA

MURCIA

MU1 Murcia 878 245

PAIacuteS VASCO

[LAS] (gmiddotkg-1)

1T DER

() 2T-3T

AN1 115 135 850 167

AN5COM 180 169 140 223

CA3 203 145 1680 217

CL1 370 235 220 143

CL2 400 178 450 178

CL3 300 140 250 134

CV4 2630 187 135 129

MA2 400 189 340 135 310 245

de lodo de EDAR

418 Tesis Doctoral

OslashC10 48

OslashC11 249

OslashC12 364

OslashC13 339

OslashC10

OslashC11

OslashC12 OslashC13

OslashC10 141

OslashC11 313

OslashC12 308

OslashC13 238

presencia de sales

420 Tesis Doctoral

Principales (PCA)

OslashC10 0499 0845

OslashC11 0501 -0101

OslashC12 0500 -0361

OslashC13 0500 -0380

422 Tesis Doctoral

significativos

LAS obtenidos

a habitantes)

424 Tesis Doctoral

426 Tesis Doctoral

300 gmiddotKg-1)

gmiddotKg-1)

planta

representativas

428 Tesis Doctoral

medioambiental

ASTURIAS

BALEARES

CATALUNtildeA

ISLAS CANARIAS

CASTILLA-LA MANCHA

430 Tesis Doctoral

LA RIOJA

PAIacuteS VASCO

mm en acetonitrilo)

fluorescente

432 Tesis Doctoral

34 - Resultados

ARAGOacuteN

BALEARES

CATALUNtildeA

ISLAS CANARIAS

EXTREMADURA

GALICIA

MADRID

PAIacuteS VASCO

434 Tesis Doctoral

[LAS] (gmiddotkg-1)

1T DER

() 2T-3T

CV4 2657 387 1150 354

LU C16K

C12 102

C14 68

C16 477

C181 42

C18 311

436 Tesis Doctoral

JABOacuteN PC1 PC2

C12 0418 -0501

C14 0493 0113

C16 0494 -0076

C18 0489 -0149

C181 0314 0842

36 - Discusioacuten

conclusiones

438 Tesis Doctoral

20 ordmC

4655 gmiddotKg-1)

gmiddotKg-1)

440 Tesis Doctoral

la comparacioacuten

precipitar

resultados finales

442 Tesis Doctoral

CAPIacuteTULO 7

SEDIMENTOS Y TIERRA

446 Tesis Doctoral

sedimentos marinos

un emisario marino

448 Tesis Doctoral

(E1B)2 (E2B)2

(E1E)2 (E2E)2

(E1S)2 (E2S)2

(E1O)2 (E2O)2

(E1B)3 (E2B)3

(E1E)3 (E2E)3

(E1S)3 (E2S)3

(E1O)3 (E2O)3

(E1B)4 (E2B)4

(E1E)4 (E2E)4

(E1S)4 (E2S)4

(E1O)4 (E2O)4

(E1B)5 (E2B)5

(E1E)5 (E2E)5

(E1S)5 (E2S)5

(E1O)5 (E2O)5

450 Tesis Doctoral

(E1B)6 (E2B)6

(E1E)6 (E2E)6

(E1S)6 (E2S)6

(E1O)6 (E2O)6

(E1B)7 (E2B)7

(E1E)7 (E2E)7

(E1S)7 (E2S)7

(E1O)7 (E2O)7

sedimentos marinos

(10 mgmiddotL-1)

aguametanol (6040)

24 - Resultados

452 Tesis Doctoral

DER ()

(E1B)2 118 135 (E2B)2 089 178

(E1E)2 004 218 (E2E)2 lt LC -

(E1S)2 014 163 (E2S)2 023 124

(E1O)2 009 124 (E2O)2 012 143

DER ()

(E1B)3 7090 207 (E2B)3 12360 234

(E1E)3 061 189 (E2E)3 008 198

(E1S)3 003 167 (E2S)3 012 201

(E1O)3 023 132 (E2O)3 006 223

DER ()

(E1B)4 091 131 (E2B)4 125 223

(E1E)4 024 112 (E2E)4 034 267

(E1S)4 119 146 (E2S)4 125 189

(E1O)4 012 151 (E2O)4 lt LC -

DER ()

(E1B)5 588 267 (E2B)5 345 178

(E1E)5 014 201 (E2E)5 007 131

(E1S)5 033 234 (E2S)5 045 152

(E1O)5 025 211 (E2O)5 030 301

DER ()

(E1B)6 4010 207 (E2B)6 3070 297

(E1E)6 102 176 (E2E)6 087 195

(E1S)6 935 182 (E2S)6 1181 213

(E1O)6 199 191 (E2O)6 165 256

DER ()

(E1B)7 148 213 (E2B)7 170 312

(E1E)7 035 278 (E2E)7 040 267

(E1S)7 022 178 (E2S)7 022 097

(E1O)7 021 199 (E2O)7 020 123

454 Tesis Doctoral

OslashC10 25

OslashC11 223

OslashC12 359

OslashC13 393

OslashC10

OslashC11

OslashC12

OslashC13

OslashC10 141

OslashC11 313

OslashC12 300

OslashC13 238

emisario 2

456 Tesis Doctoral

OslashC10 0478 -0868

OslashC11 0505 0347

OslashC12 0509 0151

OslashC13 0506 0322

26 - Discusioacuten

concluyoacute que

458 Tesis Doctoral

invierno)

460 Tesis Doctoral

sedimentos marinos

mm en acetonitrilo)

fluorescente

462 Tesis Doctoral

34 - Resultados

(E1E)2 9501 234

(E1O)2 1437 212

(E1B)3 72618 318

(E1S)3 27355 332

(E1B)4 24876 197

(E1S)4 7538 267

(E1B)5 14008 217

(E1S)5 5357 363

(E1O)5 4732 153

(E1B)6 358054 097

(E1S)6 122502 145

(E1O)6 132412 167

(E1B)7 294061 267

(E1S)7 101808 289

(E1O)7 96745 203

464 Tesis Doctoral

C12 72

C14 68

C16 502

C181 37

C18 321

466 Tesis Doctoral

JABOacuteN PC1 PC2

C14 0537 0225

C16 0549 -0102

C18 0511 -0804

C181 0491 0540

36 - Discusioacuten

concluyoacute que

468 Tesis Doctoral

Vega de Granada

sedimentos)

470 Tesis Doctoral

colecta

54 - Resultados

472 Tesis Doctoral

total de seis datos

DER ()

T1 1883 053

T2 lt LD -

T3 3038 065

T4 2165 043

T5 2542 049

T6 3606 074

T7 3591 071

T8 2764 039

T9 1622 069

T10 1832 033

T11 lt LD -

T12 lt LD -

T13 lt LD -

T14 3617 081

T15 972 062

T16 918 022

C12 42

C14 38

C16 493

C181 67

C18 360

55 - Discusioacuten

concluyoacute que

474 Tesis Doctoral

CAPIacuteTULO 8

ESTUDIO DE CAMPO

478 Tesis Doctoral

EN EL ESTUDIO

EN LABORATORIO

ESTUDIO DE

de Lixiviacioacuten

Biodegradacioacuten

A) Textura

Agr Ac 12 306-321 1922

tareas

482 Tesis Doctoral

LG = [(F1 - Ph) 50] m - [(F2 - Ph) 50] m 100 (82)

LF = [(F2 - Ph) 50] m - [(F3 - Ph) 50] m 100 (83)

AR = [(F3 - Ph) 50] m 100 (84)

A = (F4 m) 100 (85)

ρ = m V (86)

C) Densidad real

ρr = (P1 - P) ρt [(P1 - P) - (P3 - P2)] (87)

D) Porosidad

θ = [(ρr - ρ) ρr] 100 (88)

E) Humedad

expresioacuten

H = [(PH - PS) PS] 100 (89)

486 Tesis Doctoral

K = 23 [(a l) (A t)] log (h0h) (810)

G) Resultados

MO () = [(Vb - V) F 03] m F1 F2 (811)

con H2SO4 a 0005 N

expresioacuten

NT = (V N F 14) (10 m) (812)

492 Tesis Doctoral

del mismo

F) Carbonatos

carbonatos

G) Resultados

pH (agua) 790 Ca+2 4450

Ca+2 2978 MnO () 008

Mg+2 256 MgO () 401

Na+ 034 Na2O () 176

K+ 049 K2O () 215

SO4-2 24100 P2O5 () 024

Cl- 9150 CaO () 1052

cromatografiacutea

Cl- [30 200]

NO2- [10 50]

NO3- [10 100]

PO3-4 [10 50]

SO4-2 [30 200]

Na+ [50 200]

NH4+ [10 50]

K+ [20 50]

Ca+2 [50 200]

Mg+2 [50 200]

ad (μ

0 2 4 6 8 10 12 14t (min)

ad (μ

0 2 4 6 8 10 12 14t (min)

ad (μ

0 2 4 6 8 10 12 14t (min)

ad (μ

0 2 4 6 8 10 12 14t (min)

Cl - NO3

Cl- (mgL-1) 2360 Na+ (mgL-1) 2625

NO2- (mgL-1) 2340 K+

(mgL-1) 600

NO3- (mgL-1) 6060 Ca+2

(mgL-1) 4500

PO4 -3 (mgL-1) 4360 Mg+2 (mgL-1) 442

SO4-2 (mgL-1) 9500 Al+3

(mgL-1) 002

SiO2 (mgL-1) 1222 Fe+3 (mgL-1) 013

isotermas y el pH

sustancias

0 005 01 015 02 025 03

boacuten

C12-Na

C14-Na

C16-Na

C181-Na

C18-Na

504 Tesis Doctoral

0 005 01 015 02 025 03

oacutenK

preferentemente

506 Tesis Doctoral

240 300

20 ordmC

C12-Na

0 50 100 150 200 250 300

tiempo (min)

jaboacute

C14-Na

0 50 100 150 200 250 300tiempo (min)

boacuten

C16-Na

0 50 100 150 200 250 300

tiempo (min)

jaboacute

C181-Na

0 50 100 150 200 250 300

tiempo (min)

jaboacute

C18-Na

0 50 100 150 200 250 300

tiempo (min)

jaboacute

minutos

0 50 100 150 200 250 300

jaboacute

tiempo (min)

C12-Na

C14-Na

C16-Na

C181-Na

C18-Na

100 adsorbido

sdot= max (813)

= (814)

C12-Na 10589 6618

C14-Na 15242 9526

C16-Na 15066 9416

C181-Na 15234 9521

C18-Na 15511 9694

en este estudio

C12-Na

0 50 100 150 200 250 300

tiempo (min)

jaboacute

C14-Na

0 50 100 150 200 250 300tiempo (min)

jaboacute

C16-Na

0 50 100 150 200 250 300

tiempo (min)

jaboacute

C181-Na

101214161820

0 50 100 150 200 250 300

tiempo (min)

jaboacute

C18-Na

0 50 100 150 200 250 300

tiempo (min)

jaboacute

0 50 100 150 200 250 300

boacuten

tiempo (min)

C12‐Na

C14‐Na

C16‐Na

C181‐Na

C18‐Na

C12-Na 3016 2848

C14-Na 2811 1844

C16-Na 2173 1442

C181-Na 2003 1315

C18-Na 468 301

C12-Ca 87

C14-Ca 057

C16-Ca 0037

C18-Ca 00023

512 Tesis Doctoral

Agua milli-Q 709

KLogXLog 1+= (816)

Modelo de Langmuir

Xmiddot1

middot+

= (817)

111+= (818)

este estudio

Modelo Freundlich

2396 1366 8240 0135 0916

2396 1600 6368 0204 0804

3355 2101 10032 0322 1001

3355 2403 7616 0381 0882

4793 3658 9080 0563 0958

4793 3201 12736 0505 1105

7190 5225 15720 0718 1196

7190 5310 15040 0725 1177

9586 7348 17904 0866 1253

9586 6984 20816 0844 1318

11982 8301 29448 0919 1469

11982 8154 30624 0911 1486

14379 9761 36944 0989 1568

14379 9405 39792 0973 1600

21568 11470 80784 1060 1907

21568 11306 82096 1053 1914

516 Tesis Doctoral

0 5 10 15

g∙Kg

‐1 sue

C12‐Na

y = 102400x + 056977Rsup2 = 082371

0000 0200 0400 0600 0800 1000 1200

Log Ce

C12‐Na

Modelo Langmuir

2396 0121 0732

2396 0157 0625

3355 0100 0476

3355 0131 0416

4793 0110 0273

4793 0079 0312

7190 0064 0191

7190 0066 0188

9586 0056 0136

9586 0048 0143

11982 0034 0120

11982 0033 0123

14379 0027 0102

14379 0025 0106

21568 0012 0087

21568 0012 0088

518 Tesis Doctoral

y = 019773x + 001628Rsup2 = 079181

0000 0200 0400 0600 0800

C12‐Na

2396 0101 5520

2396 0105 5212

3355 0121 9064

3355 0114 6704

4793 0345 6320

4793 0131 7023

7190 0665 7525

7190 0602 8121

9586 1122 8928

9586 1014 12704

11982 1491 17520

11982 1611 17736

14379 2161 19656

14379 2090 23072

21568 3694 51232

21568 3807 51640

0 1 2 3 4

X(mg∙Kg‐

1 suelo)

C12‐Na

522 Tesis Doctoral

desorcioacuten

Adsorbible

jaboacuten

(disolucioacuten)

Jaboacuten

adsorbido

(en la

superficie)

Jaboacuten

adsorbido

(en el

interior de

ldquoporosrdquo)

distinguen

524 Tesis Doctoral

aludido

minus=minus (822)

0 tkCC

minusminusminus

==θ (824)

0 tkCC

sms minusminus

minus= (825)

mVCCn es

m middot10000 minus

= (826)

526 Tesis Doctoral

middot 0 tkAtkm

CVn aa

tkAn iai

s minusminus= sum=

tkAn idi

s minusminus= sum=

middot1middot

+==θ (829)

+= (830)

528 Tesis Doctoral

n (83 3)

ims CBCKCKn

)()( ++

= sum=

(83 4)

que intervengan

530 Tesis Doctoral

532 Tesis Doctoral

nsm(1) (mgmiddotkg-1) 53838 1190 92480 149802 80436

nsm(2) (mgmiddotkg-1) 50018 68377 55126 5101 67968

nsm (mgmiddotkg-1) 103857 149567 147607 154903 148404

kads(1) 0940 1023 1359 2471 1056

kads(2) 0028 0036 0058 0045 0042

10 11 12 13 14 15 16 17 18 19

ns m (m

nsm(1)nsm(2)nsm

significativa

534 Tesis Doctoral

del jaboacuten

536 Tesis Doctoral

nsm(1) (mgmiddotkg-1) 26276 3203 2782 4221 18141

nsm(2) (mgmiddotkg-1) 3790 23470 17460 0233 0532

nsm (mgmiddotkg-1) 30066 26673 20242 4454 18673

kdes(1) 2588 216300 0106 0060 0102

kdes(2) 0068 0108 0106 0001 0102

540 Tesis Doctoral

nsm (mgmiddotkg-1) 26569 20242 4303 18642

kdes 0125 0106 0057 0102

equilibrio

542 Tesis Doctoral

544 Tesis Doctoral

HOMOacuteLOGOS

C12-Na 4793

C14-Na 1939

C16-Na 1067

C181-Na 1869

C18-Na 332

548 Tesis Doctoral

Diaacutemetro 12 mm

Longitud 20 mm

550 Tesis Doctoral

programa en un PC

A) Verano 2008

agua de pozo

13175 Lmiddotm-2

558 Tesis Doctoral

214 335 246 153

75 217

73 220

Verano 2008

0 200 400 600 800 1000 1200

Concen

tracioacuten (m

g Jaboacute

‐1suelo)

Tiempo (h)

C12‐Ca Sup

C12‐Ca 10 cm

0 200 400 600 800 1000 1200

Concen

tracioacuten (m

g Jaboacute

‐1suelo)

Tiempo (h)

C14‐Ca Sup

C14‐Ca 10 cm

0 200 400 600 800 1000 1200

Concen

tracioacuten (m

g Jaboacute

‐1suelo)

Tiempo (h)

C16‐Ca Sup

C16‐Ca 10 cm

0 200 400 600 800 1000 1200

Concen

tracioacuten (m

g Jaboacute

‐1suelo)

Tiempo (h)

C181‐Ca Sup

C181‐Ca 10 cm

0 200 400 600 800 1000 1200

Concen

tracioacuten (m

g Jaboacute

‐1suelo)

Tiempo (h)

C18‐Ca Sup

C18‐Ca 10 cm

0 200 400 600 800 1000 1200

Concentracioacuten

(mg Jaboacute

‐1suelo)

Tiempo (h)

560 Tesis Doctoral

Sup 10 cm Sup 10 cm

k (h-1) 00374 00223 k (h-1) 00275 00136

t12 (h) 1853 3108 t12 (h) 2501 5097

R2 () 972 964 R2 () 957 83

Sup 10 cm Sup 10 cm

k (h-1) 00167 00056 k (h-1) 00406 00106

t12 (h) 4151 12378 t12 (h) 1707 6539

R2 () 969 95 R2 () 941 918

Sup 10 cm Sup 10 cm

k (h-1) 00071 0004 k (h-1) 00258 00221

t12 (h) 9763 17329 t12 (h) 2687 3136

R2 () 948 967 R2 () 987 954

562 Tesis Doctoral

B) Otontildeo 2008

73 114 57 08

823 83

564 Tesis Doctoral

la Figura 851

Otontildeo 2008

0 100 200 300 400 500

Concen

tracioacuten (m

g Jaboacute

‐1suelo)

Tiempo (h)

C12‐Ca Sup

C12‐Ca 10 cm

0 100 200 300 400 500

Concen

tracioacuten (m

g Jaboacute

‐1suelo)

Tiempo (h)

C14‐Ca Sup

C14‐Ca 10 cm

0 100 200 300 400 500

Concen

tracioacuten (m

g Jaboacute

‐1suelo)

Tiempo (h)

C16‐Ca Sup

C16‐Ca 10 cm

0 100 200 300 400 500

Concen

tracioacuten (m

g Jaboacute

‐1suelo)

Tiempo (h)

C181‐Ca Sup

C181‐Ca 10 cm

0 100 200 300 400 500

Concen

tracioacuten (m

g Jaboacute

‐1suelo)

Tiempo (h)

C18‐Ca Sup

C18‐Ca 10 cm

0 100 200 300 400 500

Concentracioacuten

(mg Jaboacute

‐1suelo)

Tiempo (h)

Sup 10 cm Sup 10 cm

k (h-1) 00512 00448 k (h-1) 00432 00368

t12 (h) 1354 1547 t12 (h) 1605 1884

R2 () 99 955 R2 () 98 953

Sup 10 cm Sup 10 cm

k (h-1) 00375 00292 k (h-1) 00402 00358

t12 (h) 1848 2374 t12 (h) 1724 1936

R2 () 851 976 R2 () 907 889

Sup 10 cm Sup 10 cm

k (h-1) 00314 00268 k (h-1) 00424 00356

t12 (h) 2207 2586 t12 (h) 1635 1947

R2 () 994 994 R2 () 925 931

estudiadas

566 Tesis Doctoral

C) Invierno 2009

568 Tesis Doctoral

101 162 101 44

520 109

71 114

la Figura 856

Invierno 2009

0 200 400 600 800

Concen

tracioacuten (m

g Jaboacute

‐1suelo)

Tiempo (h)

C12‐Ca Sup

C12‐Ca 10 cm

0 200 400 600 800

Concen

tracioacuten (m

g Jaboacute

‐1suelo)

Tiempo (h)

C14‐Ca Sup

C14‐Ca 10 cm

0 200 400 600 800

Concen

tracioacuten (m

g Jaboacute

‐1suelo)

Tiempo (h)

C16‐Ca Sup

C16‐Ca 10 cm

0 200 400 600 800

Concen

tracioacuten (m

g Jaboacute

‐1suelo)

Tiempo (h)

C181‐Ca Sup

C181‐Ca 10 cm

0 200 400 600 800

Concen

tracioacuten (m

g Jaboacute

‐1suelo)

Tiempo (h)

C18‐Ca Sup

C18‐Ca 10 cm

0 200 400 600 800

Concentracioacuten

(mg Jaboacute

‐1suelo)

Tiempo (h)

Sup 10 cm Sup 10 cm

k (h-1) 00461 00266 k (h-1) 00388 00246

t12 (h) 1504 2606 t12 (h) 1786 2818

R2 () 999 988 R2 () 995 994

Sup 10 cm Sup 10 cm

k (h-1) 00299 00180 k (h-1) 00350 00203

t12 (h) 2218 3851 t12 (h) 1980 3415

R2 () 966 998 R2 () 922 95

Sup 10 cm Sup 10 cm

k (h-1) 00238 00153 k (h-1) 00370 00213

t12 (h) 2912 4530 t12 (h) 1873 3254

R2 () 904 968 R2 () 966 992

estudiadas

D) Primavera 2009

207 294 209 118

192 212

81 216

574 Tesis Doctoral

la Figura 861

Primavera 2009

0 100 200 300 400 500

Concen

tracioacuten (m

g Jaboacute

‐1suelo)

Tiempo (h)

C12‐Ca Sup

C12‐Ca 10 cm

0 100 200 300 400 500

Concen

tracioacuten (m

g Jaboacute

‐1suelo)

Tiempo (h)

C14‐Ca Sup

C14‐Ca 10 cm

0 100 200 300 400 500

Concen

tracioacuten (m

g Jaboacute

‐1suelo)

Tiempo (h)

C16‐Ca Sup

C16‐Ca 10 cm

0 100 200 300 400 500

Concen

tracioacuten (m

g Jaboacute

‐1suelo)

Tiempo (h)

C181‐Ca Sup

C181‐Ca 10 cm

0 100 200 300 400 500

Concen

tracioacuten (m

g Jaboacute

‐1suelo)

Tiempo (h)

C18‐Ca Sup

C18‐Ca 10 cm

0 100 200 300 400 500

Concentracioacuten

(mg Jaboacute

‐1suelo)

Tiempo (h)

Sup 10 cm Sup 10 cm

k (h-1) 00334 00197 k (h-1) 00215 00153

t12 (h) 2075 3519 t12 (h) 3224 4530

R2 () 989 901 R2 () 992 966

Sup 10 cm Sup 10 cm

k (h-1) 00207 00118 k (h-1) 00225 00133

t12 (h) 3349 5874 t12 (h) 3081 5212

R2 () 953 972 R2 () 968 918

Sup 10 cm Sup 10 cm

k (h-1) 00187 00105 k (h-1) 00253 00157

t12 (h) 3707 6601 t12 (h) 2740 4415

R2 () 931 918 R2 () 903 949

estudiadas

576 Tesis Doctoral

degradacioacuten

del Jaboacute

Homoacutelogos

po de vida

ia del Jaboacute

Homoacutelogos

constatar

medioambiental

582 Tesis Doctoral

biodegradacioacuten

584 Tesis Doctoral

CONCLUSIONS

Conclusions 587

588 Tesis Doctoral

Conclusions 589

matrices

sediments)

590 Tesis Doctoral

Conclusions 591

reaction

592 Tesis Doctoral

found to LAS

results

in marine sediments

Conclusions 593

observed behavior

594 Tesis Doctoral

calcareoussoil

adsorbed

Conclusions 595

596 Tesis Doctoral

availability

asymp spring 2009

SUMMARY

Summary 599

matrices

600 Tesis Doctoral

the area

Summary 601

602 Tesis Doctoral

are developed

Summary 603

604 Tesis Doctoral

Summary 605

samples

606 Tesis Doctoral

Almeria coast

Summary 607

frequency

detection limit

608 Tesis Doctoral

Summary 609

610 Tesis Doctoral

Tesis-1pdf

Agradecimientospdf
Portada Indicepdf
Indicepdf
Acronimospdf
Capitulo 1pdf
Capitulo 2pdf
Capitulo 3pdf
Tesis-2pdf
Capitulo 4pdf
Capitulo 5pdf
Capitulo 6pdf
Capitulo 7pdf
Capitulo 8pdf
Conclusionspdf
Portada Summarypdf
Summarypdf

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