Emerging techniques for inorganic metal speciation and bioavailability
- Autores: Federico Quattrini
- Directores de la Tesis: Carlos Rey-Castro (dir. tes.), Josep Galcerán Nogues (dir. tes.)
- Lectura: En la Universitat de Lleida ( España ) en 2018
- Idioma: español
- Tribunal Calificador de la Tesis: Jaume Puy Llorens (presid.), Francesc Mas (secret.), Giancarla Alberti (voc.)
- Programa de doctorado: Programa de Doctorado en Ingeniería y Tecnologías de la Información por la Universidad de Lleida
- Materias:
- Texto completo no disponible (Saber más ...)
- Resumen
El coneixement profund de la especiació dels metalls pesants és clau per a determinar la seva toxicitat i biodisponibilitat en el medi ambient. Per això cal complementar la informació sobre les concentracions d’ions metàl·lics (especiació en equilibri), amb la informació sobre els fluxos d’aquests ions (especiació dinàmica), on s’interrelacionen les propietats cinètiques i de transport de cada espècie. Diverses tècniques analítiques han estat desenvolupades amb aquesta fi, i algunes d’elles (com el DGT, Diffusion Gradient in Thin films i la IET, Ion Exchange Technique) aprofiten les propietats de les resines d’intercanvi iònic (o quelants) com la seva selectivitat i gran afinitat.
Les contribucions d’aquesta tesi a aquest tema són essencialment dues. D’una banda, s’investiga la velocitat d’acumulació de metall a la resina Chelex 100, sigui experimentalment o a través d’un model interpretatiu teòric. El cas més senzill d’acumulació en absència de lligand s’ha modelitzat com un cas de pura difusió, incloent-hi explícitament la contribució de la difusió interna i externa. Aquest model pot preveure la influència d’una multitud de factors mediambientals com el pH i la força iònica. Formular una interpretació amb una sòlida base física permet descriure els efectes dels lligands competidors i determinar les constants de dissociació dels complexes, contribuint també a la dilucidació d’aspectes controvertits de la teoria del DGT.
D’altra banda, dues noves tècniques analítiques han estat desenvolupades. La primera deriva de la IET, una tècnica comunament utilitzada en condicions d’equilibri, però cercant d’extreure’n informació dinàmica (i per això s’anomena DIET). En particular, permet la determinació del grau de labilitat de diversos complexos metàl·lics. La segona és una modificació del popular DGT, que s’ha emprat per a extreure informació un cop el sistema ha assolit l’equilibri (i per això s’anomena eDGT). Un model basat en un reduït nombre d’hipòtesis ha estat utilitzat per a interpretar resultats d’acumulació i efectuar estudis d’especiació sobre sistemes de diferents metalls i lligands.
El conocimiento profundo de la especiación de los metales pesados es clave para determinar su toxicidad y biodisponibilidad en el medio ambiente. Por esta razón es necesario complementar la información sobre las concentraciones de iones metálicos (especiación en equilibrio) con la información sobre los flujos de dichos iones (especiación dinámica), donde se interrelacionan las propiedades cinéticas y de transporte de cada especie. Diversas técnicas analíticas han sido recientemente desarrolladas con este fin, y varias (como el DGT, Diffusion Gradient in Thin films y la IET, Ion Exchange Technique) aprovechan propiedades de las resinas de intercambio iónico (o quelantes) como su selectividad y gran afinidad.
Las contribuciones de la presente tesis a este tema son esencialmente dos. Por un lado, se investiga la velocidad de acumulación de metal en la resina Chelex 100, tanto experimentalmente, como a través de un modelo interpretativo teórico. El caso más sencillo de acumulación en ausencia de ligando es modelizado como un caso de pura difusión, incluyendo explícitamente la contribución de la difusión interna y externa. Este modelo puede prever la influencia de una multitud de factores medioambientales, como el pH y la fuerza iónica. Formular una interpretación con una sólida base física permite, asimismo, describir los efectos de los ligandos competidores y determinar las constantes de disociación de los complejos, contribuyendo también a la dilucidación de aspectos controvertidos de la teoría del DGT.
Por otro lado, dos nuevas técnicas analíticas han sido desarrolladas. La primera deriva de la IET, una técnica comúnmente utilizada en condiciones de equilibrio, pero con el objetivo de extraer información dinámica de ella (y por ello se denomina DIET). En particular, permite la determinación del grado de labilidad de varios complejos metálicos. La segunda es una modificación del popular DGT, que se ha empleado para extraer información una vez el sistema ha alcanzado el equilibrio (y por ello se llama eDGT). Un modelo basado en un reducido número de hipótesis ha sido utilizado para interpretar los resultados de acumulación y efectuar estudios de especiación sobre sistemas de diferentes metales y ligandos.
A deep knowledge of heavy metal ions speciation is key to assessing their toxicity and bioavailability in the environment. In this regard, data about concentrations (equilibrium speciation) should be complemented with data about the supplied fluxes (dynamic speciation), where kinetics and transport properties of the metal species are intertwined. Several analytical techniques have been recently developed to this purpose, and a number of them (e.g. the DGT, Diffusion Gradient in Thin films, and the IET, Ion Exchange Technique) exploit properties of Ion-Exchange (or chelating) Resins such as their selectivity and efficacy of binding.
The contributions of the present thesis to this field of work are mainly two. On the one hand, it studies the rate of metal uptake on free beads of Chelex 100 resin, both experimentally and by providing a theoretical interpretative framework. The simpler case of accumulation in absence of ligand is modelled as a case of pure diffusion, explicitly including the contribution of both the internal and external diffusion steps. This model is able to predict the influence of a plurality of environmentally relevant factors, such as pH and ionic strength of the medium. Formulating an interpretation with a sound physical basis also allows describing the effect of competing ligands and determining the dissociation constants of the complexes, casting some light as well on debated aspects of the DGT theory.
On the other hand, two new analytical techniques are developed. The first one stems from IET, a technique commonly used at equilibrium, but it is aimed at extracting dynamic information from it (and is thus denoted as DIET). In particular, it allows the determination of the lability degree of a number of metal complexes. The second one is a modification of the well-known DGT, devised so as to provide information once the equilibrium with the solution has been attained (and is thus denoted as eDGT). A model with a small number of assumptions was used to interpret the results of the accumulation and to perform speciation studies on systems of different metal ions and ligands.
