Dissertations / Theses on the topic 'Hidrocarburos Policíclicos Aromáticos'

La presente tesis aborda el estudio de materiales derivados de hidrocarburos aromáticos policíclicos (HAP) intercalados con metales alcalinos. El piceno ([5]fenaceno) ha sido descrito recientemente como un nuevo material superconductor al ser intercalado con tres equivalentes de potasio. Por ello, se describe una nueva metodología fotoquímica desarrollada para la obtención de [n]fenacenos, entre los que se encuentra el piceno. Se describe la obtención, la caracterización y la medición de las propiedades de hidrocarburos aromáticos intercalados en fase sólida con metales alcalinos, principalmente con potasio. También se incluye el estudio de especies aniónicas, derivadas de hidrocarburos aromáticos en disolución, concretamente del sistema Li-bifenilo en DME.

El advenimiento de instrumentos comerciales de cromatografía de gasescon columnas capilares de alta resolución interfasados con espcctrómetros de masas pennite hoy en día la detección e identificación de diversos componen-tes presentes en solo partes por billón en mezclas de suma complejidad. Esteha sido el método elegido para el estudio de las sustancias orgánicasprovenientes de diversas actividades antropogénicas, que se adhieren a las partí-culas de polvo presentes en el aire que respiramos. De estas sustancias orgáni-cas, las que han atraído el mayor interés de los científicos dedicados a resguar-dar el medio ambiente son los hidrocarburos aromáticos policíclicos nitrados(HAPN), debido a que entre ellos se encuentran los más potentes carcinógenosy mutágenos
The reaction mechanism of polyciclic aromatic hydrocarbonsand nitrogen dioxide in solvents of low polarity in vol ves free radicals. The re-action products obtained under these conditions are similar to those found inambient air sarnples, suggesting a common reaction mechanism.

Los hidrocarburos policíclicos aromáticos son un grupo de contaminantes orgánicos que impiden el intercambio gaseoso de las áreas en las que se encuentran, provocando así un daño al ecosistema. Los procesos de biorremediación son la primera opción para el tratamiento de áreas contaminadas con hidrocarburos policíclicos aromáticos; así mismo, las actinobacterias halófilas son una alternativa eficaz para los ambientes salinos. El objetivo de la presente investigación fue el aislamiento y la identificación de actinobacterias halófilas y halotolerantes provenientes del territorio sódico salino perteneciente al ex lago de Texcoco; con el fin de determinar su posible capacidad de degradación de hidrocarburos policíclicos aromáticos (antraceno, fenantreno, fluoranteno y pireno). Las cepas aisladas fueron caracterizadas morfológica y fisiológicamente para su posterior selección. También se les realizó una prueba colorimétrica de biodegradación para identificar a las cepas con potencial degradador.

Los compuestos orgánicos persistentes (COPs) como los pesticidas organoclorados, bifenilos policlorados (PCBs) y los hidrocarburos policíclicos aromáticos (PAHs) son sustancias de características hidrofóbicas, es decir, poco solubles en medios acuosos. Además, presentan gran resistencia química y biológica y, cuando son liberados al medio ambiente, tienden a ingresar a la cadena trófica y, en consecuencia, se magnifican y acumulan en diversos ecosistemas. Los materiales de características lipídicas son fuentes de acumulación de estos compuestos orgánicos. Diversos estudios de estas sustancias en alimentos y seres humanos comprueban su acumulación y muy lenta eliminación. Muchas de estas sustancias demostraron ser carcinógenas y neurotóxicas. Con la finalidad de demostrar la dinámica de circulación y acumulación de algunos de estos compuestos, como los hidrocarburos policíclicos aromáticos, se realizaron estudios en este trabajo en muestras de aguas y suelos. De acuerdo a las propiedades que presentan estos compuestos, se acumulan en zonas remotas frías, como la Cordillera Central de los Andes Peruanos, por ejemplo en Ticlio. En este lugar se pudo comprobar que la presencia de algunos PAHs en aguas disminuye conforme aumenta el carácter hidrofóbico, y aumenta en suelos, debido a sus características químicas, esto también relacionado con la altitud, comprobando así la teoría del transporte translatitudinal o efecto de condensación fría. Este trabajo también implementó una metodología para el estudio de los hidrocarburos policíclicos aromáticos en muestras de aguas y suelos, basada en la extracción con solventes por separación cromatográfica (HPLC con arreglo de diodos), utilizando estándares certificados para la evaluación de algunos parámetros de calidad analítica y la calibración.
Tesis

En el presente Trabajo de Investigación se determinó la presencia de Hidrocarburos aromáticos policíclicos y del benzo(a)pireno en aceites comestibles termooxidados; para lo cual se tomaron muestras de aceites de los establecimientos donde se elaboraran una gran cantidad de frituras como son: las pollerías, churrerías, chicharronerías y chifas pertenecientes al distrito de Lima Metropolitana. Las muestras de aceites fueron tomadas en 41 puntos representativos del Cercado de Lima, elegidos por su gran afluencia comensal en forma diaria durante todo el día. El análisis de las muestras se realizó en el laboratorio de Toxicología y Química Legal de la Facultad de Farmacia y Bioquímica de la U.N.M.S.M. El estudio de estas sustancias de gran potencial carcinogénico, se realizó en base a la técnica aceptada por la AOAC. El análisis del control de calidad toxicológico de los aceites recalentados, se realizó en base a las Normas Técnicas Peruanas, los Métodos Oficiales de Análisis de la AOAC, y Técnicas establecidas por la American Oil Chemist’s Society; se realizaron los siguientes controles: Valor de carbonilo. Porcentaje de polímeros. Porcentaje de compuestos polares. Índice de yodo Índice de ácidos grasos libres. En la determinación de las sustancias cancerígenas en muestras de aceite no alterado por recalentamiento se halló al benzo(a)pireno en una concentración promedio de 22,36 ug/Kg mientras que en muestras de aceite alterado por recalentamiento dicha concentración promedio fue de 15,42 ug/Kg. Esta disminución en la concentración del benzo(a)pireno se puede deber a que durante el empleo de temperaturas elevadas durante el proceso de fritura,el benzo(a)pireno se desprende del aceite y forme parte del humo; el cual produce altos niveles de contaminación a nivel ambiental y representa un serio peligro para la salud pública
In the present study of investigation, the presence of aromatic polycyclic hydrocarbons and – 3,4 – benzopyren in thermoxidized edible oil was setermined; for which samples of oils from establishments where a great deal of fritters are elaborated were took: poultry, crullers, roast-pork stands and chifas from Metropolitan Lima. The oil samples were took in forty-one representative points from Lima (District), selected because of their great commensal affluence around the day.. The analysis of the samples was made in the Laboratory of Toxicology and Legal Chemistry from Pharmacy and Biochemistry Faculty of the UNMSM. The study of these substances of great carcinogenic potency was made on the basis of the technique described in the Official Methods of Analysis of the AOAC. The analysis of the toxicologic quality control of the reheated oils was made on base to the Peruvian Technic Standars, the Official Methods of Analysis of AOAC, and Techniques established by the American On Chemist Society; the following controls were made: Carbonyls value Polar compounds percentage Fatty acids index Polymeres percentage Iodine index In the determination of the cancerigena subtances in oil samples not altered by reheat, we fouded benzo(a)piren at a concentration of 22.36 ug/kg, while in reheated samples was 15.42 ug/kg. This disminution in benzo(a)pireno concentration maybe during in elevated temperatures in frying, let that benzo(a)pireno is loosed from oil and was part of the smoke with elevated level of contamination and represents a serious danger to public wheater

En el presente Trabajo de Investigación se determinó la presencia de Hidrocarburos aromáticos policíclicos y del benzo(a)pireno en aceites comestibles termooxidados; para lo cual se tomaron muestras de aceites de los establecimientos donde se elaboraran una gran cantidad de frituras como son: las pollerías, churrerías, chicharronerías y chifas pertenecientes al distrito de Lima Metropolitana. Las muestras de aceites fueron tomadas en 41 puntos representativos del Cercado de Lima, elegidos por su gran afluencia comensal en forma diaria durante todo el día. El análisis de las muestras se realizó en el laboratorio de Toxicología y Química Legal de la Facultad de Farmacia y Bioquímica de la U.N.M.S.M. El estudio de estas sustancias de gran potencial carcinogénico, se realizó en base a la técnica aceptada por la AOAC. El análisis del control de calidad toxicológico de los aceites recalentados, se realizó en base a las Normas Técnicas Peruanas, los Métodos Oficiales de Análisis de la AOAC, y Técnicas establecidas por la American Oil Chemist’s Society; se realizaron los siguientes controles: Valor de carbonilo. Porcentaje de polímeros. Porcentaje de compuestos polares. Índice de yodo Índice de ácidos grasos libres. En la determinación de las sustancias cancerígenas en muestras de aceite no alterado por recalentamiento se halló al benzo(a)pireno en una concentración promedio de 22,36 ug/Kg mientras que en muestras de aceite alterado por recalentamiento dicha concentración promedio fue de 15,42 ug/Kg. Esta disminución en la concentración del benzo(a)pireno se puede deber a que durante el empleo de temperaturas elevadas durante el proceso de fritura,el benzo(a)pireno se desprende del aceite y forme parte del humo; el cual produce altos niveles de contaminación a nivel ambiental y representa un serio peligro para la salud pública.
In the present study of investigation, the presence of aromatic polycyclic hydrocarbons and – 3,4 – benzopyren in thermoxidized edible oil was setermined; for which samples of oils from establishments where a great deal of fritters are elaborated were took: poultry, crullers, roast-pork stands and chifas from Metropolitan Lima. The oil samples were took in forty-one representative points from Lima (District), selected because of their great commensal affluence around the day.. The analysis of the samples was made in the Laboratory of Toxicology and Legal Chemistry from Pharmacy and Biochemistry Faculty of the UNMSM. The study of these substances of great carcinogenic potency was made on the basis of the technique described in the Official Methods of Analysis of the AOAC. The analysis of the toxicologic quality control of the reheated oils was made on base to the Peruvian Technic Standars, the Official Methods of Analysis of AOAC, and Techniques established by the American On Chemist Society; the following controls were made: Carbonyls value Polar compounds percentage Fatty acids index Polymeres percentage Iodine index In the determination of the cancerigena subtances in oil samples not altered by reheat, we fouded benzo(a)piren at a concentration of 22.36 ug/kg, while in reheated samples was 15.42 ug/kg. This disminution in benzo(a)pireno concentration maybe during in elevated temperatures in frying, let that benzo(a)pireno is loosed from oil and was part of the smoke with elevated level of contamination and represents a serious danger to public wheater.
Tesis

In this work, hydroxyapatite (HAp) thin films were fabricated using two different sputtering techniques: Radio frequency magnetron sputtering and ion beam sputtering. In the first case, the films were grown on Ti-6Al-4V substrates using a high-purity commercial HAp target, obtaining a thickness ~200 nm. For the second method, the film were grown on pure titanium substrates using a self-produced HAp target. This target was fabricated with powders (Ca/P = 1.628, sintered and crushed). Here, the thickness of the fabricated film was ~300 nm. The sintering tests for the target fabrication were carried out using two different heating regimens at a maximum temperature of 1200 °C (holding time of 2h and 4h) using various additives. As additives, water (H2O), polyvinyl alcohol (PVA) and polyethylene glycol (PEG) were used to improve the mechanical strength of the green discs. The as-deposited films were amorphous in both cases. Therefore, the films were annealed to increase the crystallinity. Annealing was performed in air for 2h at temperatures: 400, 600 and 800 °C for RF-magnetron sputter samples; 600 and 800 °C for ion beam sputter samples. The result of the films shows in both cases that the crystallinity of HAp was improved only for the annealed samples fabricated with ion beam sputtering at 800 °C. In both cases energy dispersive X-ray spectroscopy measurements show a decrease in Ca/P ratio with increasing the temperature. Hardness results revealed an increase in this with the increase in temperature possibly due to the formation of titanium oxide. The roughness for the fabricated films with the RFmagnetron sputtering increases till an annealing temperature of 600 °C and then decreases till 800 °C, while the roughness for the fabricated films with ion beam sputtering is higher in the as-deposited samples and then this is reduced by increasing the annealing temperature.
Tesis

Each year millions of people suffer from bone defects resulting from trauma, tumors or bone-related injuries. Therefore there is a need to continuously develop new materials or improve the properties of the materials currently used, for bone replacement or implant applications. Polymethyl methacrylate (PMMA) has proven to be a promising alternative as a material for implants; however, there are still some limitations inherent to this material, particularly related to its surface properties. This thesis work is focused on the fabrication of hydroxyapatite (HAp) thin films on the surface of 3D printed PMMA substrates. 3D printing, particularly the Fused Deposition Modeling (FDM) technique was used to fabricate PMMA substrates with different surface porosity levels. FDM technique exhibits the potential for fabricating customized freeform structures for several applications including craniofacial reconstruction. HAp thin films were deposited by Radio Frequency Magnetron Sputtering (RFMS) and Ion Beam Sputtering (IBS) techniques, with a commercial target and an “in house” sintered target, respectively. A structural, chemical, mechanical, and morphological characterization was conducted in the generated surfaces by means of X-ray diffraction (XRD), scanning electron microscopy (SEM), energy dispersive spectroscopy (EDS), and hardness and roughness measurements. The results of the XRD analysis revealed an amorphous structure for the films produced by both RFMS and IBS techniques on the PMMA substrates. The micrographs obtained by SEM showed a columnar morphology and a low density for the films produced by RFMS; the same technique revealed a structure of ridges of standing platelets with curved contours for the IBS deposited films. The amorphous structure and the morphology of the films, as well as the hardness and roughness can be propitious to improve surface properties and promote the osseointegration capabilities of PMMA. This work contributes to the basis for the development of a PMMA implant manufacturing process using 3D printing and HAp film deposition techniques, with improved osseointegration properties.
Cada año, millones de personas sufren defectos óseos como resultado de traumas, tumores o lesiones relacionadas con los huesos. Por lo tanto, existe la necesidad de desarrollar continuamente nuevos materiales o mejorar las propiedades de los materiales utilizados actualmente, para aplicaciones de reemplazo óseo o implantes. El polimetilmetacrilato (PMMA) ha demostrado ser una alternativa prometedora como material para implantes; sin embargo, todavía existen algunas limitaciones inherentes a este material, particularmente relacionadas con sus propiedades superficiales. Este trabajo de tesis se centra en la fabricación de películas delgadas de hidroxiapatita (HAp) en la superficie de sustratos de PMMA impresos en 3D. La impresión 3D, particularmente la técnica de modelado de deposición fundida (FDM), se utilizó para fabricar sustratos de PMMA con diferentes niveles de porosidad superficial. La técnica FDM exhibe el potencial para fabricar estructuras personalizadas de para varias aplicaciones, incluida la reconstrucción craneofacial. Las películas delgadas de HAp se depositaron mediante técnicas de deposición catódica con Magnetrón y radio frecuencia (RFMS) y deposición catódica con haz de iones (IBS), con un target comercial y un target sinterizado "in house", respectivamente. Se realizó una caracterización estructural, química, mecánica y morfológica en las superficies generadas por medio de difracción de rayos X (XRD), microscopía electrónica de barrido (SEM), espectroscopía de energía dispersiva (EDS) y medidas de dureza y rugosidad. Los resultados del análisis de XRD revelaron una estructura amorfa para las películas producidas por ambas técnicas RFMS e IBS en los sustratos de PMMA. Las micrografías obtenidas por SEM mostraron una morfología columnar y una baja densidad para las películas producidas por RFMS; la misma técnica reveló una estructura de crestas de plaquetas con contornos curvados para las películas depositadas IBS. La estructura amorfa y la morfología de las películas, así como la dureza y la rugosidad pueden ser propicias para mejorar las propiedades de la superficie y promover las capacidades de oseointegración del PMMA. Este trabajo contribuye a la base para el desarrollo de un proceso de fabricación de implantes de PMMA usando impresión 3D y técnicas de deposición de película HAp, con propiedades mejoradas de oseointegración.
Tesis

Doctora en Química
Autorizada por el autor, pero con restricción para ser publicada a texto completo en el Portal de tesis, hasta enero de 2017
Los hidrocarburos aromáticos policíclicos (HAPs) son una familia de más de 100 compuestos orgánicos; presentan al menos dos anillos aromáticos fusionados y son derivados principalmente de la combustión incompleta de biomasa y combustibles fósiles. Son ubicuos y su formación, fuentes y depositación son ampliamente estudiadas. En este contexto, es muy relevante su control en muestras ambientales. La presencia de los HAPs en diferentes matrices de Antártica y Groenlandia (suelos, sedimentos, nieve y agua de mar) ha sido detectada en niveles muy bajos de concentración. Debido a los niveles del orden de ultratrazas de estos compuestos en matrices acuosas de zonas remotas, las etapas de extracción y pre-concentración son requeridas previo a su determinación analítica. La extracción homogénea líquido-líquido (HLLE) constituye un método promisorio en cuanto a exactitud y precisión y presenta una serie de ventajas de tipo práctico (simple, tiempos cortos de extracción, bajo costo y uso de pequeños volúmenes de solvente) y entre ellas destaca la posibilidad de usar pequeños volúmenes de muestra, como los obtenidos en sistemas de fusión en continuo con muestreo discreto de testigos de hielo; dichas muestras son homogéneas y permiten obtener alta resolución temporal para el estudio de composición química en testigos de hielo. El objetivo de esta investigación fue desarrollar una metodología analítica basada en HLLE apropiada para el estudio de hidrocarburos aromáticos policíclicos en muestras acuosas prístinas obtenidas desde un testigo de hielo de Antártica. En HLLE los analitos son extraídos desde una solución homogénea en un pequeño volumen de fase sedimentada, formada por el fenómeno de separación de fases, en un sistema de componentes ternarios. La metodología de extracción se desarrolló y optimizó mediante técnicas de diseño multivariado utilizando cromatografía líquida de alta eficiencia con detección de arreglo de diodos (HPLC-DAD) para, posteriormente, validar el método de determinación de los compuestos por cromatografía líquida de alta eficiencia con detección de fluorescencia (HPLC-FLD), a fin de obtener límites de detección y cuantificación apropiados, de acuerdo a los niveles de concentración esperados en las muestras. La extracción desde muestras acuosas muy diluidas se realizó por adición de una mezcla de cloroformo y metanol y agitación manual por 30 segundos. La separación de fases fue por adición de NaCl, recuperándose el extracto (fase sedimentada) por centrifugación. Aplicando un diseño factorial a tres niveles con tres factores (33) se establecieron las condiciones óptimas de extracción y determinación simultánea para naftaleno, fenantreno, antraceno, benzo[k]fluoranteno, benzo[b]fluoranteno acenaftileno, fluoreno, fluoranteno, benzo[a]pireno (BaP), benzo[g,h,i]perileno, dibenzo[a,h]antraceno, indeno[1,2,3-c,d]pireno, (BghiP) acenafteno, pireno y criseno. Las condiciones óptimasde extracción fueron: 10% m/v de NaCl, 1,2 mL de CH3OH y 120 μL de CHCl3 (solvente extractante) para 3,5 mL de muestra. Los factores de enriquecimiento logrados fluctuaron entre 32 y 43 en el intervalo 8-50 ng mL-1 para la metodología HLLE-HPLC-DAD y desde 34 a 49 en el intervalo 0,03-0,11 ng mL-1 para HLLE-HPLC-FLD. Las recuperaciones de los HAPs bajo las condiciones óptimas a niveles de concentración de 20 ng mL-1 fluctuaron entre 67 y 92%, con desviaciones estándar relativas entre 0,7 y 5,1 %. Para la detección por fluorescencia las recuperaciones variaron entre 71 y 99 % en el intervalo de concentraciones de 0,048-0,130 ng mL-1, con desviaciones estándar relativas entre 1,1 y 9,9%. Para HLLE-HPLC-FLD la sensibilidad analítica/ límites de detección/ límites de cuantificación estuvieron entre 0,0078/ 0,0203/ 0,0676 ng mL-1 para fluoranteno y 0,0006/ 0,0015/ 0,0051 ng mL-1 para antarceno. Un comportamiento lineal para la extracción fue establecido, con valores de R2 entre 0,9654 para fluoranteno y 0,9998 para antraceno. La aplicación de HLLE-HPLC-FLD en muestras acuosas prístinas, correspondientes a secciones de un testigo de hielo, permitió la detección y cuantificación en el orden de los pg mL-1 de la mayoría de los analitos (menos BaA y coroneno) en las muestras, encontrándose diferencias a diferentes profundidades al considerar el total de HAPs estudiados.
Polycyclic aromatic hydrocarbons (PAHs) are a family of over 100 organic compounds, having at least two fused aromatic rings. They are derived mainly from the incomplete combustion of fossil fuel and biomass. PAHs are ubiquitous and their formation, sources and fate have been extensively reviewed. In this context their control on environmental samples is highly relevant. The presence of PAHs in various matrices in Antarctica and Greenland (soil, sediment, snow and sea water) has been detected at very low concentrations levels. According to the ultra-trace levels in aqueous matrices from remote areas an extraction and pre-concentration step, prior to the analytical determination is required. Homogeneous liquid–liquid extraction (HLLE) is a promising method for the determination of organic compounds in aqueous matrices because of its accuracy and precision. In addition it presents several practical advantages (simple, with short extraction times, low cost and use of small volumes of solvent). This technique allows using small sample volumes, such as those attained from continuous ice core melter system with discrete sampling for different chemical analysis. These samples are homogeneous and provide a high temporal resolution for the study of ice core chemical composition. The objective of this research was to develop an analytical methodology based on HLLE appropriate for the study of polycyclic aromatic hydrocarbons in pristine aqueous samples obtained from an ice core of Antarctic. In HLLE analytes are extracted from a homogeneous solution in a small volume of sedimented phase formed by a phase separation phenomenon in a ternary component system. The extraction methodology was developed and optimized using multivariate design by using high-performance liquid chromatography with diode array detection (HPLC-DAD) for the analytical determination of PAHs. In a second stage the method was validated for the determination of compounds by high-performance liquid chromatography with fluorescence detection (HPLC-FLD) in order to achieve the appropriate limits of detection (LODs) and quantification (LOQs) according to the possible concentration levels of samples. The extraction from very dilute aqueous samples was performed by adding a mixture of chloroform and methanol and manual shaking for 30 seconds. Phase separation was performed by adding NaCl and the extract (sedimented phase) was recovered by centrifugation. The optimization was carried out by applying a three-level factorial design with three factors (33) for the simultaneous extraction and analytical determination of 15 PAHs from water samples: naphthalene, phenanthrene, anthracene, acenaphthylene, fluorene, fluoranthene, benzo[k]fluoranthene, benzo[b]fluoranthene benzo[a]pyrene, acenaphthene, benzo[g,h,i]perylene, chrysene, pyrene, dibenzo[a,h]anthracene and indeno [1,2,3-c,d] pyrene. Optimal conditions were: 10% w/v of NaCl, 1.2 mL of CH3OH and 120 μL of CHCl3 (extracting solvent) for 3.5 mL of sample. The enrichment factors obtained were between 32 and 43 in the range 8-50 ng mL-1 for the HLLE-HPLC-DAD methodology and from 34 to 49 in the range 0.03-0.11 ng mL-1 for HLLE-HPLC-FLD. Recoveries under optimal conditions for a PAHs concentration levels of 20 ng mL-1 varied between 67 and 92% with a relative standard deviation between 0.7 and 5.1 %. For fluorescence detection mean recoveries were 71-99 % in the concentration range 0.048 -0.13 ng mL-1, with a relative standard deviation of 1.1-9.9% Analytical sensitivity/detection limit and quantification limits for the whole method varied between 0.0078/ 0.0203/ 0.0676 ng mL-1 for fluoranthene and 0.0006/ 0.0015/ 0.0051 ng mL-1 for anthracene. A linear behavior for the extraction method was established with R2 values between 0.9654 for fluoranthene and 0.9998 for anthracene. The application of HLLE-HPLC-FLD to aqueous pristine samples from ice core sections allowed the detection and quantification in the order of pg mL-1, of most analytes (less coronene and BaA) in samples. Significant differences were found at different depths when the total PAHs under study were considered.
Conicyt

El treball desenvolupat a la present tesis es centra en l’estudi de la família dels Hidrocarburs Aromàtics Policíclics (HAPs). Aquesta família de contaminants orgànics és d’interès prioritari degut a les propietats d’aquests compostos com a POPs, a la seva amplia distribució en el medi ambient i la seva elevada toxicitat sobre els essers vius. Per aquests motius, en aquests darrers anys, s’ha aixecat un gran interès en aquests tipus de compostos pel que respecta la seva presència i control tant a l’aire que respirem com en els aliments que ingerim. Així, la present tesis s’ha centrat en l’estudi i el coneixement d’aquesta complexa família de compostos tant en el camp ambiental com en el de l’alimentació. I. S’han desenvolupat mètodes cromatogràfics tant per HPLC-FLU com per HRGC-MS (EI/SIM) per a la determinació de 24 HAPs. S’ha prioritzat aconseguir un mínim temps d’anàlisis amb resolucions adequades entre els pics a estudi. Així, ha estat necessari treballar amb columnes amb fases estacionàries específiques per a aquest tipus de compostos i amb dimensions que afavorien maximitzar l’eficàcia i la velocitat (UHPLC i Fast GC). II. Degut a la gran nombre de compostos que formen aquesta família de contaminants i a la complexitat de la seva separació, s’han considerat interesant l’ampliació dels models de predicció basats en les metodologies QSRR, per aconseguir descriure el mecanisme que regeix la separació dels HAPs quan es treballa amb sistemes de cromatografia líquida o de gasos. D’aquesta manera, s’aconsegueix no només el coneixement teòric del mecanisme de separació sinó que permet ampliar el conjunt de HAPs a estudi. Amb el coneixement cromatogràfic adquirit s’ha treballat amb aquests contaminants en diferents matrius. III. S’ha desenvolupat un procediment per a la determinació de HAPs en mostres d’aire ambient a partir de la fracció PM10 de material particulat, amb la finalitat de poder complir el RD 102/2011. El procediment posat a punt ha estat acreditat per la norma 17025:2005. Per això, ha estat necessari dur a terme un conjunt d’activitats per aconseguir la seva acreditació (validació, càlcul d’incertesa a més d’una sèrie de controls continus i rutinaris, que permeten assegurar la validesa dels resultats obtinguts). A més, en aquest cas, el procediment acreditat s’ha aplicat a l’anàlisi de les mostres de la XVPCA corresponents als anys 2009 a 2012 de tot el territori Català. De manera, que ha estat possible realitzar un estudi de la presència d’aquests contaminants en l’aire, tant a nivell estacional com de l’àrea de captació (relacionat amb l’entorn d’emissió).. IV. Finalment, s’han desenvolupat procediments per a la determinació dels HAPs en dues matrius alimentaries: llets crues i cafè en gra, tant verd com torrat. En aquests casos, ha estat necessari optimitzar convenientment l’etapa de preparació de mostra amb la finalitat de reduir l’efecte matriu i aconseguir arribar als baixos nivells en que aquests contaminats es troben en aquestes mostres. Aquests procediments han estat aplicats a diferents mostres amb la finalitat de determinar el nivell d’aquests contaminants i per comprovar si durant el processat es generen HAPs.
El trabajo desarrollado en la presente tesis se centra en el estudio de la familia de los Hidrocarburos Aromáticos Policíclicos (HAPs). Esta familia de contaminantes orgánicos es de interés prioritario debido a sus propiedades como compuestos orgánicos persistentes, a su amplia distribución en el medio ambiente y a su elevada toxicidad sobre los seres vivos. Por estos motivos, en estos últimos años, se ha despertado un elevado interés en este tipo de compuestos en lo que respecta a su presencia y control tanto en el aire que respiramos como en los alimentos que ingerimos. Así, la presente tesis se ha centrado en el estudio y conocimiento de esta compleja familia de compuestos tanto en el campo ambiental como en el de la alimentación. I. Se han desarrollado métodos cromatográficos tanto por HPLC-FLU como por HRGC-MS (EI/SIM) para la determinación de 24 HAPs. En la optimización, se ha priorizado conseguir un mínimo tiempo de análisis con resoluciones adecuadas entre los picos a estudio. Por ello, ha sido necesario trabajar con columnas con fases estacionarias específicas para la separación de este tipo de compuestos y con dimensiones que favorecían maximizar la eficacia y la velocidad (UHPLC y Fast GC). II. Debido al gran número de compuesto que forman esta familia de contaminantes y a la complejidad de la separación, se ha considerado interesante la aplicación de los modelos de predicción basados en las metodologías QSRR, para conseguir describir el mecanismo que rige la separación de los HAPs cuando se trabaja con sistemas de cromatografía líquida o de gases. De esta manera, se consigue no sólo el conocimiento teórico del mecanismo de separación sino que permite ampliar el conjunto de HAPs a estudio. Con los conocimientos cromatográficos adquiridos, ha sido posible determinar estos contaminantes en diferentes matrices. III. Se ha desarrollado un procedimiento para la determinación de HAPs e muestras de aire ambiente a partir de la fracción PM10 de material particulado, con la finalidad de cumplir el RD 102/2011. El procedimiento puesto a punto, ha sido acreditado por la norma 17025:2005. Por ello, ha sido necesario realizar un conjunto de actividades para poder asegurar la validez de los resultados. Además, en este caso, el procedimiento acreditado se ha aplicado al análisis de las muestras de la XVPCA captadas entre los años 2009 a 2012, de todo el territorio catalán. De esta manera, ha sido posible realizar un estudio de la presencia de estos contaminantes en el aire, tanto a nivel estacional como de área de captación. IV. Finalmente, se han desarrollado procedimientos para la determinación de los HAPs en dos matrices alimentarias: leche cruda y café en grano (verde o tostado). En estos casos, ha sido necesario optimizar convenientemente la etapa de la preparación de la muestra con la finalidad de reducir el efecto matriz y conseguir llegar a los bajos niveles en que estos contaminantes se encuentran en las m muestras. Además, estos procedimientos han sido aplicados con éxito al análisis de muestras.
This thesis focusses on the study of Polycyclic Aromatic Hydrocarbons. These compounds are of priority interest because of its properties as persistent organic pollutants, their wide distribution in the environment and its high toxicity. For these reasons, in recent years, it has created a high interest in these group of compounds both in the air and in food. So, this thesis has focused on the knowledge of this complex family of compounds in the environmental and food. I. Chromatographic methods have been developed for determination 24 PAHs by HPLC-FLU and HRGC-MS (EI/SIM). In optimization process, it has prioritized getting a minimum chromatographic time with suitable resolution between peaks. Therefore, it has been necessary to work with specific stationary phases and columns with dimensions that have been allowed maximize efficiency and speed (UHPLC and Fast GC columns). II. Due to the large number of compounds that are PAHs and complexity of their separation, it has been considered interesting to apply predictive models based on methodologies QSSR. They can describe the mechanism governing the separation of PAHs when working both LC and GC. And they allow to extend some compounds of the same family that have not been included in the model. III. A procedure for the determination of PAHs in ambient air (samples from PM10 fraction of particulate matter) has been developed, in order to meet the RD 102/2011. This procedure has been accredited by UNE-EN ISO 17025: 2005 standard. For accreditation, it has been necessary to perform a set of activities to ensure the validity of results (validation, estimation uncertainty, system suitability, interlaboratory and periodic analysis of a certified reference material). Apart from that, with this procedure has been analyzed XVPCA samples (2009 to 2012). Thus, it has been possible to make a study of the presence of these pollutants in the air, according to season or catchment area. IV. Finally, it has been developed procedures for determining PAHs in two food samples: raw milk and coffee beans (green or roasted). In these cases, it has been necessary to optimize sample preparation in order to reduce the matrix effect and determining low concentration levels that these pollutants are in samples. Moreover, these methods have been successfully applied to the analysis of samples.

Memoria para optar al título de Químico
Los Hidrocarburos aromáticos policíclicos (HAP) son un grupo de compuestos orgánicos constituidos por 2 o más anillos aromáticos simples unidos, que no contienen heteroátomos ni otros sustituyentes. Generan diversos daños a la salud debido a su carácter cancerígeno y mutagénico. Considerando su carácter lipofílico los HAPs pueden acumularse en grasas y en los tejidos vegetales con una alta persistencia. Por esto los podemos ingerir indirectamente al incluir en nuestra dieta alimentos ricos en grasas o aceites como es el caso de los aceites vegetales. Las técnicas más ampliamente utilizadas para determinar las concentraciones de los HAPs en aceites han sido la cromatografía líquida de alta eficiencia asociada a detección por fluorescencia o espectrometría de masas. Sin embargo, al utilizar HPLC los tiempos de análisis y de preparación de muestra ocupan un tiempo considerable. Es un método relativamente costoso tanto en equipamiento de la técnica y en análisis. Una alternativa a estos métodos son aquellos basados en espectroscopía de fluorescencia, principalmente por su menor costo y rapidez. La relevancia de estos métodos ha sido limitada por su falta de selectividad, especialmente cuando compuestos similares deben ser analizados en matrices complejas. Una forma de alcanzar una mayor selectividad analítica es asociar la espectroscopía de fluorescencia con diferentes métodos quimiométricos de análisis de datos, constituyendo un método de calibración multivariado. En trabajos recientes, realizados en el laboratorio donde se desarrolló la presente tesis, se ha propuesto una extracción líquido-líquido asistida por microondas (MAE) asociada a extracción en fase sólida con sílica (SPE) como etapa de preparación de los aceites, previa a la cuantificación por espectroscopía de fluorescencia y calibración multivariada. En el presente estudio se utilizó la espectroscopía de fluorescencia asociada a calibración multivariada de segundo orden (U-PLS/RBL) para determinar un grupo de siete HAPs (Figuras 1-7: benzo[a]antraceno (BaA), benzo[b]fluoranteno (BbF), benzo[k]fluoranteno (BkF), benzo[a]pireno (BaP), indeno [1,2,3–c,d]-pyreno (IP), dibenzo[a,h]antraceno (DBahA) y benzo[g,h,i]perileno (BghiP). Se realizó una etapa de calibrado con mezclas de los estándares de los siete compuestos de interés preparados en solventes seleccionados, encontrando el intervalo espectral óptimo y el número óptimo de factores para cada HAPs. Se validó con un conjunto preparado en solvente, los valores obtenidos para el error relativo de predicción (REP) (entre 4,8% y 25,2% para BaP y BghiP) y la raíz de error cuadrado medio de predicción (RMSEP) (entre 0,03 ng mL-1 para BkF y 0,88 ng mL-1 para BghiP) se consideraron bajos por lo que las predicciones fueron satisfactorias. La capacidad predictiva del modelo de calibración U-PLS/RBL fue evaluada utilizando muestras de aceite fortificadas con los siete compuestos desde el inicio del proceso obteniendo altos valores de REP y RMSEP. Con el objetivo de incrementar la selectividad y así mejorar la capacidad predictiva disminuyendo los parámetros anteriores, tanto las matrices de excitación emisión (EEMs) del grupo de validación preparado en matriz así como los del conjunto de calibrado fueron derivados y usados para predecir las concentraciones de los HAPs. Otra de las medidas tomadas para mejorar la capacidad predictiva fue que al tratamiento de muestra (MAE-SPE) se le incorporó la precipitación de aceite co-extraído por disminución de temperatura logrando bajar la carga de algunos de los interferentes, que perjudican el análisis y así obtener mejores resultados en la predicción. Se preparó un nuevo grupo de muestras en duplicado fortificadas desde el comienzo del proceso, tratadas con MAE-precipitación de aceite co-extraído- SPE y analizadas mediante HPLC-FLD como método de referencia. Las recuperaciones promedio determinadas mediante HPLC-FLD estuvieron entre un 55 y 79%, no encontrándose diferencias significativas con los valores determinados mediante U-PLS/RBL para BbF, BkF, BaP, BghiP, DBahA e IP. Además, se estableció que los HAPs son estables al menos por dos meses en los extractos finales obtenidos luego del proceso de extracción; puesto que presentaron concentraciones semejantes entre ambos grupos duplicados, aun cuando uno de ellos se analizó después del tiempo señalado.El método propuesto fue aplicado a 15 aceites de oliva virgen comerciales, en uno solo de ellos se detectaron concentraciones por sobre el límite de detección (LOD) para BaA 1,62 ng g-1 y BghiP 1,88 ng g-1 dando un total de 3,5 ng g-1 de HAPs. A pesar de esto, ambos HAPs se encuentran bajo los límites máximos permitidos por la legislación Europea. Por último para investigar si al ser calentado el aceite de oliva en presencia de materia orgánica durante 24 horas, surgen modificaciones del perfil de concentraciones de dos HAPs modelo (BaA e IP), se aplicó el método MAE precipitación de aceite co-extraído SPE. El estudio mostró posibles fenómenos de sorción de los compuestos por la materia orgánica que varían en el tiempo
The Polycyclic Aromatic Hydrocarbons (PAH) are a group of organic compound composed of 2 or more simple aromatic rings joined together, which contain neither heteroatoms nor others sustituents. They generate several health problems due to their carcinogenic and mutagenic nature. Considering their lipophilic nature, the PAHs can gather together in fat and vegetal tissues with a high persistence. For this reason we can ingest them indirectly when including fatty food or oils as in the case of vegetal oils. The techniques thoroughly used in order to determine the PAHs concentrations in oils have been the high efficiency liquid chromatography associated to detection by fluorescence or mass spectrometry. Nevertheless, HPLC analysis and the previous sample preparation take a considerable time. Moreover, is a relatively expensive method not only in the technique equipment, but also in the analysis. As alternative to these methods are those based on fluorescence spectroscopy, mainly because of its low cost and rapidity. The relevance of these methods has been limited by its lack of selectivity, specially when similar compounds must be analyzed in complex matrix. One way of achieving a bigger analytical selectivity is associating the fluorescence spectroscopy with different chemometrics methods of data analysis, constituting a multivaried calibration method. In recent research, carried out in the laboratory where this thesis was developed, it has been proposed a liquid-liquid microwave-assisted extraction (MAE) associated to silica-based solid phase extraction (SPE) as preparation phase of oils, prior to the quantification by fluerescence spectroscopy and multivaried calibration. In the present study it was used the fluorescence spectroscopy associated to a second order multivaried calibration (U-PLS/RBL) so as to determine a group of seven PAHs (Figures 1-7: benzo[a]anthracene (BaA), benzo[b]fluoranthene (BbF), benzo[k]fluoranthene (BkF), benzo[a]pyrene (BaP), indeno [1,2,3–c,d]- pyrene (IP), dibenzo[a,h]anthracene (DBahA) and benzo[g,h,i]pyrelene (BghiP). It was carried out a calibrated phase with mixture of the seven compounds of interest prepared in solvent, finding the optimal spectrum interval and the optimal number of factors for each PAHs. It was validated with a set prepared in solvent, the values obtained for the relative-error prediction (REP) (between 4,8% and 25,2% for BaP y BghiP) and the root of the mean squared error of prediction (RMSEP) (between 0,03 ng mL-1 for BkF and 0,88 ng mL-1 for BghiP) were low so the predictions were satisfactory. The predictive capacity of the calibration model U-PLS/RBL was evaluated using fortified oil samples with the seven compounds from the beginning of the process obtaining high values of REP and RMSEP. With the purpose of increasing the selectivity and, in that way, also improving the predictive capacity reducing the previous parameters, not only the Emission Excitation Matrix (EEMs) of the validation group prepared in matrix, but also those from the calibration set were derived and used in order to predict the HAPs concentrations. Another measure taken in order to improve the predictive capacity was incorporating to the sample treatment (MAE-SPE) the precipitation of co-extracted oil throught temperature reduction lowering the charge of some of the interferents. It was prepared a new duplicated sample group fortified from the beginning of the process, treated with MAE- low temperature precipitation-SPE and analyzed through HPLC-FLD as reference method. The average recoveries determined by HPLC-FLD fluctuated between 55 and 79%, finding no significant differences with the determined values through U-PLS/RBL for BbF, BkF, BaP, BghiP, DBahA and IP. Furthermore, it was established that HAPs are steady at least for two months in the final extracts obtained after the extraction process; due to the fact that they presented similar concentrations between both duplicated groups, even though one of them was analized after the indicated period of time. The proposed method was applied to 15 commercial virgin olive oils, only in one of them were detected concentrations over the limit of detection (LOD) for BaA 1,62 ng g-1 and BghiP 1,88 ng g-1 revealing a total of 3,5 ng g-1 of HAPs. In despite of this, both HAPs are under the maximum limits allowed by the European legislation. Lastly, the method was applied to evaluate possible change of the profile of two selected PAHs (BaP and IP) in olive oil heated up in presence of organic matter for 24 hours. The study showed possible sorption phenomena of the compounds on the organic matter depending on time
FONDECYT

El análisis de los hidrocarburos aromáticos policíclicos (PAHs) en matrices de aguas, que para efectos de la implementación del método EPA 8270 D Rev 4 han sido agrupados como aguas de uso y consumo humano, aguas naturales y aguas residuales, se realiza aplicando la técnica de cromatografía de gases acoplado al detector de Masas. El límite de detección, precisión, veracidad (exactitud), linealidad y rango de trabajo e incertidumbre son los parámetros estadísticos evaluados para el analito Naftaleno y en la que participaron tres analistas en la implementación del método EPA 8270 D Rev 4. Los hidrocarburos restantes están referidos en un cuadro aparte. En una serie de siete repeticiones y con el concurso de los tres analistas, se determinó el valor del límite de detección y de cuantificación al 99% de confianza. Estos fueron 0.00003 y 0.00009 mg/L. La consistencia de los datos se demuestra mediante las pruebas de Mandel, Cochran y Grubbs cuando, los analistas, realizan corridas con agua de uso y consumo humano, agua natural y agua residual; para tres niveles de concentración o valor teórico del fortificado para cada nivel: 0.00016; 0.00080 y 0.00700 mg/L, respectivamente. Una precisión al 95% de confianza demuestra que los resultados de los datos evaluados son consistentes. Al evaluar la normalidad de los datos, para cada nivel, aplicando la prueba de Anderson Darling al 95% de confianza (p value mayores a 0.05), los valores obtenidos fueron 0.273, 0.344 y 0.218. Como son mayores de 0.05, se demuestra que los datos siguen una tendencia normal. La precisión entre analistas, para los tres niveles de concentración evaluados, se mide al aplicar las pruebas estadísticas de Barlett o de homogeneidad de varianzas y medias de un factor o ANOVA. Los valores de 0.403; 0.709 y 0.765, fueron obtenidos para la primera prueba y de, 0.824, 0.709 y 0.848 para el ANOVA. Con los resultados, obtenidos por los tres analistas, se comprueba la existencia de homogeneidad de las varianzas y las medias. Las repeticiones de cada analista, con el valor teórico del fortificado para cada nivel, sirvieron para evaluar la veracidad mediante la prueba t de una muestra. Los valores de 0.217; 0.541 y 0.885, para el primer nivel, de 0.932; 0.703 y 0.287, para el segundo nivel, y de 0.683; 0.954 y 0.382, para el tercer nivel, muestran que los datos son veraces. Para conocer el rango de la curva de calibración obtenida, se determinó su coeficiente de correlación. La relación es lineal porque el valor de 0.9997 para R2 es mayor que 0.99. Los valores de 0.296 y 0.290, mayores que 0.05, fueron obtenidos al evaluar los valores de p y con ellos se determinaron su grado de correlación, que fue de 2.419. Como este valor es mayor que 0, muestra un buen grado de correlación entre las variables y al proveer, el análisis de residuales, un valor para p de 0.810, lo cual demuestra la homeocedasticidad e independencia de los datos. De ahí que el modelo de Horwitz se valida, porque al graficar los residuos se demuestra la ausencia de tendencia en la gráfica. Para evaluar el rango de trabajo de la muestra se preparó como prototipo un compósito cuya concentración de 0.00800 mg/L, es el valor máximo que puede cuantificar la curva en lo que a la muestra se refiere y para su validación, a este nivel, los analistas corrieron 10 repeticiones. Al realizar las pruebas de normalidad, se obtuvo un valor de 0.121 para p, la precisión de Barlett reporta 0.664 como valor de p y este valor para ANOVA de un factor fue 0.892. El rango quedó validado al obtener, para la veracidad, valores de p de 0.325; 0.426 y 0.560, respectivamente. Para estimar la incertidumbre de las muestras a tres niveles se establecieron los factores que sobre ella influyen: sesgo, analistas, concentración de la curva de calibración del equipo, volumen de concentrado de la muestra y volumen de muestra utilizada en el análisis. A continuación, y utilizando la ley de propagación de incertidumbres, se estimó la incertidumbre combinada. Los valores obtenidos al estimar la incertidumbre expandida son: 0.00016 ± 0.0006, para el agua de uso y consumo humano, 0.00080 ± 0.0009, para el agua natural, 0.00700 ± 0.00063, para el agua residual.

En la presente Memoria se describen unas nuevas aplicaciones sintéticas de los dianiones de HAPs, los cuales reaccionan como nucleófilos de alquilo, a pesar de ser generalmente considerados como agentes de transferencia electrónica. Esta metodología complementa la actual alquilación reductora de arenos policíclicos con metales en amoniaco (reducción de Birch), obteniendo una nueva serie de regioisómeros. Estudio de la reacción de alquilación de HAPs-2 con fluoruros de alquilo primarios, secundarios y terciarios. Se llevó a cabo un estudio con sonda de radicales para la reacción entre fluoruros de alquilo primarios y dianiones de HAP. Se tomó como sustrato de partida el fluorometilciclopropano, generando resultados que nos indicaron que el mecanismo de reacción no se producía vía generación de radicales, ya que no se observaron productos de reacción reordenados, se estudió el curso estereoquímico de la reacción con la preparación de fluoruros de alquilo primarios marcados isotopicamente y diastereoméricamente puros. Los resultados del producto de alquilación mostraron una completa inversión de la configuración, por lo que se puede decir que el mecanismo de reacción entre fluoruros de alquilo primarios y dianiones de HAPs transcurre a través de una sustitución nucleofílica con inversión de la configuración (SN2). Para los fluoruros de alquilo primarios, se realizó el mismo estudio para los fluoruros de alquilo secundarios, preparando fluoruros de alquilo diastereomericamente puros, se observó que el producto de alquilación con inversión de la configuración. Se puede decir que los fluoruos de alquilo secundarios reaccionan a través de una reacción de sustitución nucleófila con inversión de la configuración (SN2). Cuando se llevó a cabo el estudio con fluoruros de alquilo terciarios se observó una fuerte competencia entre la transferencia electrónica y la generación de los productos de alquilación. Se intentó realizar un estudio cinético con el 6-fluoro-6-metil-1-hepteno sin obtener resultados concluyentes al respecto. Todos los resultados obtenidos poseen la misma tendencia lo cuál sugiere que el mecanismo de reacción transcurre a través de la transferencia electrónica, y posterior acoplamiento de radicales. Tetrafenilenos quirales como agentes de transferencia electrónica. Se sintetizó el (+/-)-2,7,10,14-tetra-terc-butiltetrafenileno con un buen rendimiento. Se realizó el análisis de su estructura mediante difracción de rayos X. Posteriormente, se estudió su reactividad como agente de transferencia electrónica. También se preparó el (-)-2,7,10,14-tetra-terc-butiltetrafenileno y se estudió su reactividad como agente de transferencia enantioselectiva obteniéndose resultados muy prometedores con sustratos del tipo de B-cloroeter.

Doctora en Química
Los hidrocarburos aromáticos policíclicos (PAHs), generados por combustión incompleta de materia orgánica, presentan particular interés debido a sus características cancerígenas y/o mutagénicas. Para el ser humano una de las vías de exposición a los PAHs es el consumo de alimentos grasos como los aceites vegetales. Los principales problemas de la determinación de PAHs en estas matrices oleosas son su baja concentración y la presencia de diversos interferentes. En general, su determinación involucra extracción seguida por “clean-up” y posterior análisis cromatográfico, lo que significa consumo de tiempo y solventes. En esta investigación se estudió el potencial analítico de la extracción líquido-líquido asistida por microondas con extracción en fase sólida (MAE-SPE) asociado a espectroscopía de fluorescencia, para desarrollar un método rápido de “screening” y un método de cuantificación con el objetivo de detectar simultáneamente siete PAHs de alta masa molar (228-278 g mol-1) en aceites comestibles de oliva extra-virgen (OEV) y maravilla refinado (MR). Los compuestos estudiados fueron: benzo[a]antraceno, benzo[b]fluoranteno, benzo[k]fluoranteno, benzo[a]pireno, dibenzo[a,h]antraceno, benzo[g,h,i]perileno e indeno[1,2,3-c,d]-pireno. Para el desarrollo del método de “screening” los datos de fluorescencia de una vía (a una longitud de onda), dos vías (espectros de emisión) y tres vías (matrices de excitación-emisión, MME) fueron utilizados para construir los calibrados de concentración total de PAHs, aplicando regresión lineal simple, mínimos cuadrados parciales (PLS) y mínimos cuadrados parciales desdoblados (U-PLS), respectivamente. El método de cuantificación fue desarrollado utilizando calibración de segundo orden, aplicando mínimos cuadrados parciales desdoblados acoplado a bilinearización residual (U-PLS/RBL) y análisis de factores paralelos (PARAFAC), asociados a matrices de excitación-emisión. El grupo de tocoferoles y pigmentos (clorofila y feofitina) presentes en los aceites fueron los principales interferentes en la detección de los PAHs por espectroscopía de fluorescencia, observándose solapamiento espectral parcial y fenómenos de filtro interno en el intervalo de longitudes de emisión de los analitos. La eficiencia para remover estos interferentes utilizando extracción en fase sólida en distintos adsorbentes (sílica, C-18, carbón grafitizado no poroso-CGNP- y fase mixta de CGNP con aminopropil sílica) fue estudiada, encontrando que sílica era la fase más eficiente para eliminar pigmentos y tocoferoles, permitiendo detectar claramente la presencia de los PAHs en los aceites comestibles a través de espectroscopía de fluorescencia. Las recuperaciones individuales de los PAHs luego de aplicar MAE-SPE fueron obtenidas mediante HPLC-FLD, con resultados satisfactorios (62-84%). Los límites de detección (LOD) alcanzados por el método de “screening” (expresados como concentración total de PAHs) dependieron del uso de datos espectrales de una, dos o tres vías y estuvieron comprendidos entre 0,79 y 7,0 μg kg-1. La mejor sensibilidad analítica (0,24 μg kg-1) y el menor LOD (0,79 μg kg-1) fue alcanzado aplicando U-PLS a los datos de tres vías. En el método de cuantificación, U-PLS/RBL resultó ser el mejor algoritmo aplicado para resolver la mezcla de PAHs en presencia tanto de matrices oleosas de gran complejidad (aceites de OEV y MR) como de PAHs inesperados. Los límites de detección obtenidos con este método estuvieron entre 0,07 y 2,0 μg kg-1 y las concentraciones predichas por U-PLS/RBL fueron satisfactoriamente comparadas con las obtenidas por HPLC-FLD. Por lo que el método propuesto es comparable y competitivo con el método cromatográfico, siendo sus principales ventajas la reducción considerable del tiempo de análisis y el consumo de solventes. Finalmente, el método propuesto fue aplicado a 21 muestras reales incluyendo muestras comerciales de aceites de OEV, oliva puro (OP) y MR. Ninguna de las muestras de aceite de MR presentó PAHs a niveles de concentración detectables. Sólo en tres muestras de aceite OEV se detectó la presencia de un PAH (BkF). Las concentraciones predichas por el método propuesto fueron comparables con las obtenidas por el método cromatográfico. La muestra de aceite de OP fue la única que presentó más de un analito (BaA, BbF, BkF y DBahA) y sobre-exigió al modelo en las predicciones de BaA y BbF. La gran diferencia en la composición química de un aceite de OP y un OEV o MR provocó la mala descomposición de los datos.
Polycyclic aromatic hydrocarbons (PAHs), mostly formed by incomplete combustion of organic matter, stand out mainly by their carcinogenic and mutagenic characteristics. For humans one of the routes of exposure for PAHs is the intake of fatty food such as vegetable oils. The major problems in the determination of PAHs in oily matrices are the diversity of potential interferences present in the matrix and the low analyte levels. Most of the methods for determination of PAHs usually implicate an extraction step, followed by clean-up and finally a chromatographic determination, which involve solvent and time consumption. In this study, the suitability of microwave assisted liquid-liquid extraction coupled to solid phase extraction (MAE-SPE) and fluorescence spectroscopy was investigated to develop a rapid screening and quantification method for the simultaneous determination of seven high molecular weight PAHs (228-278 g mol-1) in extra-virgin olive oil (EVO) and sunflower oil (SO). The studied compounds were: benz[a]anthracene (BaA), benzo[b]fluoranthene (BbF), benzo[k]fluoranthene (BkF), benzo[a]pyrene (BaP), indeno[1,2,3-c,d]-pyrene (IP), dibenz[a,h]anthracene (DBahA), and benzo[g,h,i]perylene (BghiP). For the develop of the screening method fluorescence data of one (one wavelength), two (emission spectrum) and three way (excitation emission matrix, EEM) were used to build the calibration models for total PAHs concentrations, applying simple linear regression, partial least squares (PLS) and unfolded partial least square (U-PLS), respectively. The quantification method was performed using second order calibration applying unfolded partial least square coupled to residual bilinearization (U-PLS/RBL) and parallel factor analysis (PARAFAC), associated with EEMs. Tocopherols and pigments (chlorophyll and pheopytin) present in oils were the principal interferences on the PAHs detection by fluorescence spectroscopy, observing partial spectral overlap and inner filter effects in the emission of analytes. The efficiency to remove the interferences from oil using solid phase extraction on different adsorbents (silica, C-18, graphitized carbon black -GCB- and dual phase GCB-aminopropyl silica) was studied. The results demonstrated that only silica was efficient enough to remove pigments and tocopherols, allowing the correct detection of PAHs in edible oils by fluorescence spectroscopy. The individual recoveries of PAHs after the application of MAE-SPE were obtained by HPLC-FLD, with successful results (62-84%). The limits of detection (LOD) achieved for the screening method (expressed as total concentration of PAHs) depended on the use of one, two or three way spectral data. The LODs were between 0.79 and 7.0 μg kg-1. The best analytical sensitivity (0.24 μg kg-1) and LOD (0.79 μg kg-1) were achieved applying U-PLS to three way fluorescence data. In the quantification method, U-PLS/RBL was the best algorithm applied to resolve the mixture of PAHs in presence of both complex oily matrices (EVO and SO) and other unexpected PAHs. The LODs obtained were between 0.07 and 2.0 μg kg-1 and the concentrations predicted by applying U-PLS/RBL method were statistically comparable to those provided by the reference HPLC-FLD technique. Hence, the proposed method using here is comparable and competitive to chromatographic method, being their main advantage the reduction of both time of analysis and solvent consume. Finally, twenty one commercial samples of EVOO, pure olive oil (POO) and SO were analyzed using the proposed method. None of SO samples exhibited PAHs at detectable concentrations. Only in three EVOO samples one PAH was detected (BkF). The predicted concentrations by the proposed method were similar compared to those obtained using the chromatographic method. Exclusively POO sample exhibited more than one PAH (BaA, BbF, BkF and DBahA) and the model was unable to predict the concentration of of BaA and BbF concentrations. The great difference between the chemical composition of POO and EVOO or SO produces bad data decomposition.
Conicyt

Los hidrocarburos policíclicos aromáticos (HPA), como el fenantreno, fluoranteno y pireno son compuestos que pueden cuantificarse por fluorescencia debido a su alto rendimiento cuántico. Las bacterias haloalcalotolerantes toleran amplios rangos de concentraciones de NaCl y de pH, por lo que son potencialmente útiles en la biorremediación de ambientes salinos contaminados con HPA. Sin embargo, los estudios enfocados a la búsqueda de la capacidad biorremediadora de estas bacterias no suelen utilizar a la fluorescencia molecular como técnica de detección, probablemente porque la salinidad y alcalinidad afectan severamente a la señal de fluorescencia. Recientemente se determinó satisfactoriamente la concentración residual de antraceno en cultivos salinos de las actinobacterias haloalcalotolerantes Kocuria rosea, Microbacterium testaceum y Kocuria palustris mediante fluorescencia de excitación, emisión y sincrónica. En este trabajo se amplió este estudio al fenantreno, fluoranteno y pireno. Metodología: Primero se determinaron las condiciones experimentales óptimas para la determinación de cada hidrocarburo por cada modalidad de fluorescencia ( exc, emi, , y sinc). Seguidamente se determinó, para cada modalidad de fluorescencia, la sensibilidad de cada hidrocarburo en medio mínimo de sales suplementado con 3% y 10% de NaCl y pH 8. Luego se determinó el límite de detección de cada hidrocarburo en cada modalidad de fluorescencia, utilizando como matriz cultivos de las actinobacterias anteriormente mencionadas. Finalmente, se cuantificó la concentración residual de cada hidrocarburo en cultivos de Kocuria rosea. Resultados: Las condiciones óptimas de determinación de cada hidrocarburo en cada modalidad de fluorescencia fueron fenantreno ( exc = 252 nm, emi = 363 nm, = 70 nm, sinc = 293 nm), fluoranteno ( exc = 285 nm, emi = 460 nm, = 80 nm, sinc = 365 nm) y pireno ( exc = 334 nm, emi = 393 nm, = 40 nm, sinc = 334 nm). Los valores de sensibilidad obtenidos varían en el rango (867 a 46213) ng-1, siendo las más altas las del pireno. La modalidad más sensible para el fluoranteno y el pireno fue la excitación, en el caso del fenantreno fue la sincrónica. En todos los casos las sensibilidades en el medio MSM-3% fueron de 1.2 a 3.0 veces mayor que la del medio MSM-10%, evidenciando el efecto de la salinidad. Los límites de detección de fenantreno estuvieron en los rangos: excitación (27-62) ppb, emisión (27-62) ppb, sincronos (102-215) ppb. Los del fluoranteno fueron: excitación (69-143) ppb, emisión (104-147) ppb, sincronos (211-502) ppb; y los del pireno fueron: excitación (10-21) ppb emisión (10-29) ppb, sincronos (7-11) ppb. Se propone que el fenantreno se determine por fluorescencia de excitación, y en el caso del pireno puede utilizarse cualquiera de las tres modalidades. Para el fluoranteno se propone ampliar el estudio de fluorescencia sincrónica en busca de otra longitud de onda sincrónica con otro que permita la determinación de este hidrocarburo sin interferencia de la matriz. No hubo evidencias de que la actinobacteria Kocuria rosea biotransformara ninguno de los hidrocarburos estudiados por ninguno de los tres métodos de fluorescencia empleados.
integración de Redes temáticas de Colaboración Académica PRODEP 2015. Programa para el Desarrollo Profesional Docente para el Tipo Superior (PRODEP) de la Secretaría de Educación Pública (SEP).

Polycyclic aromatic hydrocarbons (PAHs) are pollutants of great concern due to their toxicity, ubiquitous distribution and environmental persistence. Generally, the PAHs are found as part of complex mixtures such as crude oil and derivatives, and mineral coal. Mismanagement during industrial operations, and accidental spills result in the contamination of wide areas with potential risk for the public health and negative impact in the local economy. Nowadays, there is a considerable interest in the use of biological procedures to clean up polluted environments because of their pollutant removal efficiency, feasibility and associated low cost. Bioremediation experiences are based on the ability that microorganisms (bacteria, algae and fungi) possess in degrading a wide range of pollutants, including PAHs containing from two to five aromatic rings. The microbial biodegradation of low molecular weight (LMW) PAHs has been extensively studied revealing a variety of bacteria capable to efficiently degrade these pollutants. The studies with high molecular weight (HMW) PAHs, more recalcitrant and with higher toxicity, indicate that in soil environments this compounds are generally degraded by members of the group Actinobacteria. However, little is known about HMW-PAH degradation in marine environments. Recent studies carried out with marine consortia and isolates have identified a few genera as PAHs degraders in sea waters, but no associations have been established between pyrene degradation and actinobacteria in such environments. Here, with the study of a pyrene microbial marine consortium, we provide the first evidence on the key role of actinobacteria in the removal of pyrene from polluted marine shorelines. Moreover, the detailed analysis of the community structure of the microbial consortium have revealed the presence of a bacterial strain not classifiable in the previously described genus, that have been isolated, thoroughly characterized and proposed as a type strain of a new genus and species. Bioremediation experiences do not always produce the desired results. PAHs are usually degraded until certain limit after which degradation is hardly observed. This phenomenon may be mainly caused by the low bioavailiability and limited concentration of nutrients. PAHs are usually found in non-aqueous phase liquids (NAPLs), which results in a slow partition of these components into the aqueous phase and their persistence in to the environment for long periods. In order to enhance microbial degradation and reduce the residual PAH concentration in polluted environments, we have conducted an experiment in which the effect of an oleophilic fertilizer has been evaluated. We also have targeted the possible nutritional deficiencies during bioremediation and have examined the biodegradation of PAHs and potential accumulation of partially oxidized metabolites, more available and toxic than their parent PAHs. Finally, we have evaluated the efficiency of sunflower rhizosphere in PAH removal from polluted soils that have undergone extensive remediation but still contain intolerable levels of pollutants. The results indicate that the sunflower rhizosphere enhance the removal of PAHs by promoting the selective growth of degradative bacteria, incrementing the bioaccesibility and possible favouring the degrading processes through specific mechanism associated with the composition of the roots exudates. These results represent a promising alternative for increasing bioremediation in a sustainable and cost-efficient manner.
Los hidrocarburos aromáticos policíclicos son un grupo de contaminantes que suscitan gran preocupación debido a su toxicidad, amplia distribución y persistencia en el medio ambiente. Generalmente, los HAPs se encuentran formando parte de mezclas complejas como crudos de petróleo, carbón mineral y derivados. La mala gestión durante las operaciones industriales, y los vertidos accidentales causan amplias áreas contaminadas que conllevan un importante riesgo para la salud pública junto con un impacto negativo en la economía local. Actualmente, hay un notable interés en el uso de procedimientos biológicos para descontaminar emplazamientos debido a la eficiencia en la eliminación, viabilidad y bajo coste asociado de estos métodos. Las experiencias de biorremediación se basan en la capacidad de los microorganismos (bacterias, algas y hongos) de degradar una amplia variedad de contaminantes, incluyendo HAPs. La degradación microbiana de HAPs de bajo peso molecular ha sido ampliamente estudiada revelando numerosas bacterias capaces de eliminar eficientemente estos compuestos. Los estudios realizados con HAPs de alto peso molecular, más recalcitrantes y con mayor toxicidad, han mostrado que en suelos la degradación de estos compuestos es principalmente llevada a cabo por miembros del grupo Actinobacteria. Sin embargo, se desconoce la degradación de HAPs de elevado peso molecular en ambientes marinos. Estudios recientes llevados a cabo en consorcios marinos han identificado algunos géneros degradadores de HAPs en agua de mar, pero no se han establecido asociaciones entre el pireno y actinobacterias. Aquí, con el estudio del consorcio marino degradador de pireno, nosotros proveemos la primera evidencia del papel de las actinobacterias en la eliminación del pireno de costas marinas. Además, el análisis de la estructura de la comunidad bacteriana nos reveló la presencia de una cepa no clasificable en los géneros previamente descritos, que fue aislada, profundamente caracterizada y propuesta como cepa tipo de un nuevo género y especie. Las experiencias de biorremediación no siempre producen los resultados deseados. A menudo. los HAPs son degradados hasta cierto límite tras el cual la degradación apenas es observada. Este fenómeno puede ser causado principalmente por la baja disponibilidad y limitación de nutrientes. Los HAPs generalmente se encuentran formando parte de fases líquidas no acuosas (FLNAs), lo que resulta en una lenta partición de estos compuestos hacia la fase acuosa y por tanto en una persistencia medioambiental. Con el fin de incrementar la degradación microbiana y reducir la concentración residual de los HAPs en ambientes contaminados, se realizó un experimento en el cual se evaluaba el efecto de un fertilizante oleofílico. También se examinaron las posibles deficiencias nutricionales y la acumulación de metabolitos parcialmente oxidados resultantes de la degradación, los cuales son más disponibles y tóxicos que sus parentales. Finalmente, hemos evaluado la eficiencia de la rizosfera de girasol en la eliminación de HAPs de suelos contaminados con HAPs que han sido sometidos a una extensiva remediación, pero que contienen niveles inaceptables de HAPs. Los resultados indican que la rizosfera de girasol aumentó la eliminación de HAPs promoviendo el crecimiento selectivo de bacterias degradadoras y favoreciendo los procesos de degradación a través de mecanismos asociados con la composición de los exudados. Los resultados representan por tanto una alternativa prometedora para potenciar la biorremediación de una manera sostenible y rentable.

En aquesta tesi s’ha avaluat la contaminació atmosfèrica com a conseqüència de la presència de contaminants orgànics semivolàtils (SVOCs) al camp de Tarragona. Aquesta àrea conté un dels complexes químics/petroquímics més gran del sud d’Europa. Entre els contaminants analitzats tenim als hidrocarburs aromàtics policíclics (PAHs), contaminants que s’emeten principalment per l’activitat humana (p.ex. refineries de petroli). Així mateix, també s’ha analitzat altres contaminants com els bifenils policlorats (PCBs), pesticides organoclorats (OCPs), retardants de flama bromats (BFRs) i fragàncies sintètiques (SMs). S’han utilitzat diferents tècniques de mostreig com ara els mostrejadors passius amb escumes de poliuretà (PUF-PAS), líquens trasplantats, vegetació i sòls. Aquests mètodes de mostreig permeten detectar contaminants, fins i tot de zones remotes, amb costos baixos o nuls de manteniment. També s’ha posat a punt el mètode QuEChERS (ràpid, fàcil, barat, efectiu, robust i segur) combinat amb un mètode d’anàlisi per GC-MS (Cromatografia de gasos amb detector d’espectròmetre de masses) per a l'extracció de PAHs, PCBs, HCB, BFRs i SMs en sòls i vegetació. Els resultats indiquen que els PUF-PAS mostregen principalment els contaminants de baix pes molecular, que estan presents a la fase gasosa de l’aire. La vegetació també capta els contaminants presents a la fase gasosa i alhora part dels presents a la fase particulada que no han estat rentats per processos naturals. Els sòls en canvi retenen els contaminants més pesats, i menys degradables associats fonamentalment a la fase particulada de l’aire. Els resultats obtinguts s’han modelitzat amb els models MUM-Fate i WRF+CHIMERE per tal de predir el comportament dels PAHs, emissions i les concentracions tenint en compte el clima actual i de canvi climàtic (RCP8.5, 2031-2050). Les prediccions indiquen que la concentració de Benzo(a)pirè s’incrementarà en aire, mentre que en sòls davallarà, fet que incrementarà el risc de càncer de pulmó en of 5x10-8 casos.
En esta tesis se ha evaluado la contaminación atmosférica asociada a la presencia de compuestos orgánicos semi-volátiles (SVOCs) en Tarragona España, donde se localiza uno de los mayores complejos químicos/petroquímicos del sur de Europa. Entre los contaminantes analizados se encuentran los hidrocarburos aromáticos policíclicos (HAP), compuestos emitidos principalmente por fuentes antropogénicas (p.ej. refinerías de petróleo). Así mismo, se han analizado bifenilos policlorados (PCB), plaguicidas organoclorados (OCP), retardantes de llama bromados (BFR) y fragancias sintéticas (SMs). Las técnicas de muestreo pasivo utilizadas para el control de la contaminación han sido captadores pasivos con espuma de poliuretano (PUF-PAS), trasplantes de líquenes, vegetación y suelos. Esas técnicas proporcionan información sobre los niveles de contaminantes en diferentes localizaciones, implicando un bajo o nulo mantenimiento y coste económico asociado. Así mismo, se ha adaptado la metodología QuEChERS (Quick, Easy, Cheap, Effective, Rugged and Safe) combinada con GC-MS (Gas Chromatography–Mass Spectrometry) para la extracción PAH, PCB, HCB, BFR y SMs en suelos y vegetación. Los resultados indican que PUF-PAS son dispositivos que capturan principalmente los contaminantes de bajo peso molecular, presentes en la fase gaseosa. Así mismo, la vegetación captura los contaminantes presentes en la fase gaseosa, pero también algunos asociados a la fase particulada que no haya sido lavada por procesos naturales; mientras que los suelos tienden a capturar los compuestos más pesados y resistentes a la degradación, asociados principalmente a la fase particulada. Por último, se han empleado los modelos MUM-Fate y WRF+CHIMERE para predecir el destino final, emisiones y concentración de los PAHs en condiciones climáticas actuales y de cambio climático (escenario RCP8.5, 2031-2050). Las predicciones indican que las concentraciones de Benzo(a)pireno aumentarán en el aire y disminuirán en los suelos, lo que resulta en un aumento de 5x10-8 en el riesgo de padecer cáncer de pulmón en las zonas más pobladas.
In this thesis atmospheric pollution due to the presence of semi-volatile organic compounds (SVOCs) has been assessed in Tarragona country Spain, where one of the largest chemical/petrochemical complex in Southern Europe is located. Among these contaminants there are the polycyclic aromatic hydrocarbons (PAHs), compounds mostly emitted by anthropogenic sources, being the oil refineries a considerable emission point. Likewise, pollutants as polychlorinated biphenyls (PCBs), organochlorine pesticides (OCPs), brominated flame retardants (BFRs) and synthetic musk fragrances (SMs) also have been analysed. Passive Air Sampling techniques such as Passive Air Samples with polyurethane foam (PUF-PAS), lichen transplants, vegetation and soils have been utilised for pollution monitoring. Those techniques can provide information on the contaminants levels at different locations, involving low or no maintenance and reduced costs. Also an extraction method for soils and vegetation based on QuEChERS (Quick, Easy, Cheap, Effective, Rugged and Safe) methodology combined with GC-MS (Gas Chromatography–Mass Spectrometry) have been developed to analyse PAHs, PCBs, HCB, BFRs and SMs. Results indicate that PUF-PAS mainly capture the pollutants of low molecular weight (most volatile), that are present in gas phase. Concerning to vegetation, results indicate that this matrix capture the pollutants present in the gas phase, but also retains some of them associated to the particulate phase (which has not been washed by natural processes), while soils tend to capture the heaviest, the less volatile and the most resistant to degradation pollutants mainly associated to the particulate phase. Results obtained have been modelled with MUM-Fate and WRF+CHIMERE models in order to predict PAHs fate, emissions and future concentrations considering actual and future climate conditions (RCP8.5 scenario, 2031-2050). Predictions indicate that concentrations of Benzo(a)pyrene will increase in air and decrease in soils, resulting in an increase of 5x10-8 in the life-time risk of lung cancer, particularly in the most populated areas.

Magíster en Bioquímica área de especialización Bioquímica Ambiental y Memoria para optar al Título de Bioquímico
Autor no autoriza el acceso a texto completo de su documento hasta enero de 2019
La Antártica es el continente más austral de la tierra, contiene cerca del 80% de las reservas de agua dulce del planeta y presenta una serie de condiciones extremas, como bajas temperaturas y alta radiación ultravioleta. A pesar de esto, el hombre ha sido capaz de sobrevivir en la región y realizar actividades científicas y de explotación durante más de 80 años. Como consecuencia, las distintas zonas habitadas han sufrido contaminación, principalmente asociada a diesel. Este compuesto es nocivo, ya que presenta una gran cantidad de moléculas orgánicas como hidrocarburos aromáticos policíclicos (HAPs) y compuestos inorgánicos como metales pesados (Cd, Cr y Pb). La descontaminación de HAPs se puede llevar a cabo mediante procesos físicos, químicos y biológicos. Los procesos biológicos representan una opción ecológica, económica y segura, que involucra una menor alteración de los suelos y en consecuencia constituye una excelente alternativa para la descontaminación del territorio Antártico. A la fecha, se ha reportado un gran número de bacterias capaces de degradar HAPs. Sin embargo, debido al Tratado Antártico no está permitido ingresar microorganismos o ADN foráneo al continente, por lo que se hace vital encontrar bacterias nativas que puedan ser usadas en la biorremediación de diesel en Antártica. Debido a su mayor solubilidad en agua, menor toxicidad para el humano y similitud estructural con otros HAPs, el compuesto que se utiliza como modelo para aislar y estudiar microorganismos degradadores de HAPs es el fenantreno. En base a lo expuesto, se planteó la hipótesis: “La presencia de hidrocarburos aromáticos policíclicos y metales pesados en suelos antárticos ha favorecido el desarrollo de bacterias degradadoras de fenantreno resistentes a metales”. El objetivo general de este trabajo fue aislar y caracterizar bacterias antárticas resistentes a metales pesados (Cd, Cr y Pb) y evaluar su capacidad de metabolizar fenantreno. Para esto se utilizó muestras de suelo antártico obtenido de distintas zonas expuestas y no expuestas a diesel, las cuales fueron caracterizadas química y biológicamente. Además, se aisló y caracterizó bacterias degradadoras de fenantreno resistentes a metales y se estudiaron los procesos asociados a la degradación de fenantreno. Durante este trabajo de tesis se utilizó muestras de suelo obtenidas de la 49° Expedición Científica Antártico (ECA 49°): 4 muestras de suelos no expuestos a diesel (A0, B4, C3 y C8) y 4 muestras de suelos expuestos a diesel (D3, D4, E2 y E4). El análisis del suelo determinó la presencia de HAPs en los suelos expuestos a diesel, en promedio 1000 veces más concentrado que en los suelos sin exposición. Además, en los suelos D3 y D4 (suelos expuestos a diesel) se observó una mayor concentración de cadmio y plomo total en comparación a todas las muestras, sobre los 30 y 600 mg Kg-1, respectivamente. Respecto a la caracterización biológica, el suelo expuesto a diesel D4 presentó mayor actividad biológica y número de heterótrofos, relacionado directamente al contenido de HAP (el suelo D4 presentó la mayor concentración del hidrocarburo, ̴ 30 mg Kg-1). De los 8 suelos se aisló 350 microorganismos, de los cuales 53 fueron capaces de degradar fenantreno. Mediante un screening desarrollado durante esta tesis basado en espectroscopía de fluorescencia total asociada a calibración multivariada, se seleccionó 3 aislados por su alto nivel de degradación. Estos microorganismos se caracterizaron, en particular la cepa D43FB (identificada como Pseudomonas flavescens) resiste 25 mg L-1 de Cd+2 y 5 mg L-1 de Cr+6. Además, tras 7 de incubación es capaz de degradar hasta un 80% de fenantreno en medio M9 con el hidrocarburo como única fuente de carbono. Al agregar 0.025, 0.05 y 0.5 mg L-1 de Cd+2 el porcentaje de degradación es 60, 26 y 25 mg L-1, respectivamente. Además, en un proceso de bioaumetación de suelos degrada aproximadamente un 75% de los hidrocarburos presentes en el terrario. Por otro lado, a este aislado se asoció su capacidad de degradar fenantreno a la facultad de formar biopelículas y adherirse a cristales de este compuesto, junto con descartar la liberación de biosurfactante o la quimiotaxis. Siendo una excelente alternativa para más ensayos de biorremediación de suelos. El trabajo planteado tiene profundas implicaciones para estudios en biorremediación y potencialmente podría representar una alternativa de descontaminación de ecosistemas antárticos aprovechando los bio recursos propios de la Antártica. La proyección de este trabajo está asociada a dilucidar completamente los procesos asociados a la degradación de Pseudomonas flavescens D43FB y continuar ensayos de biorremediación en terrarios, y así eventualmente terminar la investigación en un proceso in situ en Antártica
Antarctica is the southernmost continent on earth, contains ~80% of the planet's fresh water and presents a series of extreme conditions such as low temperatures and high ultraviolet radiation. Despite this, the man has been able to survive in the region doing scientific and operational activities for over 80 years. Consequently, various inhabited areas have been contaminated mainly with diesel. This compound is harmful, because it is composed by organic molecules such as polycyclic aromatic hydrocarbons (PAHs) and heavy metals (Cd, Cr and Pb). Decontamination of PAHs can be accomplished by physical, chemical and biological processes. Biological processes represent an ecological, economical and safe option that involves a minor alteration of the soil and thus is an excellent alternative for the decontamination of the Antarctic territory. To date, a large number of bacteria capable of degrading PAHs has been reported, however due to the Antarctic treaty is prohibited to enter foreign DNA and microorganisms to the mainland, so it is vital to find native bacteria that can be used in diesel bioremediation. Due to its higher solubility in water, lower toxicity to humans and structural similarities to other PAHs, the compound used as a model to isolate and study PAH degraders is phenanthrene. Based on the above, in this thesis the following hypothesis was proposed: "The presence of polycyclic aromatic hydrocarbons and heavy metals in Antarctic soils has favored the development of phenanthrene degrading bacteria resistant to heavy metals". The overall objective of this work was to isolate and characterize Antarctic bacteria resistant to heavy metals (Cd, Cr and Pb) and assess their ability to metabolize phenanthrene. To accomplish this, Antarctic soils obtained from different areas exposed to diesel were characterized chemically and biologically. Also, phenanthrene degrading bacteria resistant to heavy metals were isolated and characterized, and the degradation mechanisms involved were studied. Soil samples were obtained during the 49th expedition to the Antarctic continent (ECA 49), 4 soils none exposed to diesel (A0, B4, C3 and C8) and 4 soils exposed to diesel (D3, D4, E2 and E4). Soil analysis determined the presence of tri-aromatic polycyclic hydrocarbons in soil exposed to diesel, on average 1000 times more concentrated than in soils with no exposure. Moreover, D3 and D4 soils (exposed to diesel) display a greater cadmium concentration and total lead when compared to all samples, ~30 and 600 mg Kg-1, respectively. Regarding the biological characterization, soil exposed to diesel D4, display greater biological activity and heterotrophes, a result that was directly related to PAH content (D4 soil display the highest concentration of hydrocarbons, ~30 mg Kg-1). This relationship was confirmed by a soil enrichment test with phenanthrene, where it was observed that phenanthrene acts as a supplement in soils exposed to diesel. 350 environmental microorganisms were isolated from the 8 Antarctic soils, 53 of them were able to degrade phenanthrene. Three of them were selected for their high capacity to degrade the hydrocarbon. These isolates were selected through a screening developed during this thesis, based on total fluorescence spectroscopy associated to second order multivariate calibration. Selected isolates were characterized and the resistance to heavy metals was determined. In particular, strain D43FB (corresponding to Pseudomonas flavescens) resists 25 mg L-1 of Cd+2 and 5 mg L-1 of Cr+6. After 7 days, this bacterium was able to degrade ~80% of phenanthrene in M9 medium with the hydrocarbon as a sole carbon source. By adding 0.025, 0.05 and 0.5 mg L-1 of Cd+2 this value decreases to 60, 26 and 25 mg L-1, respectively. Moreover, in a bioaugmentation assay of soil the isolate is capable of degrading ̴75 % of PAH present in the terrarium. In the other hand, the capacity of this microorganism to degrade phenanthrene was associated with their ability to form biofilm and adhere to phenanthrene crystals. The proposed work has profound implications for bioremediation studies and potentially could represent an alternative for the decontamination of Antarctic ecosystems. The projection of this work is linked to fully elucidate the mechanism of degradation of Pseudomonas flavescens D43FB and continue testing bioremediation in terrariums, and so eventually complete the investigation with an in situ process in Antarctica
Fondecyt, INACH T_19-11 e INACH MT-05_13

Se estudió las emisiones de material particulado (PM), vapores y gases de chimenea del incinerador del Instituto Nacional de Enfermedades Neoplásicas y se registró la micrometeorolo' gía. Los gases de chimenea fueron recolectados con un muestreador isocinético; los sólidos totales suspendidos, por muestreo pasivo. Los análisis muestran elevados niveles de PM 10, que contiene Pb, Al, Zn y Ca, así como altas concentraciones de benceno y naftaleno en el gas de chimenea. Se observó que la dispersión del PM tiene escala local.
Toxic substances in gaseous emissions from hospital incineratorsThe Nationallnstitute for Neoplastic Diseases incinerator was studied: emissions were sampled and analyzed for particulate matter (PM), stack gases and vapors and the micrometeorology was also registered. Gases were collected with an isokinetic sampler, total suspended solids by passive sampling. Results show high levels of PM10, which contains Pb, Al, Zn and Ca; high levels of benzene and naphthalene in the gas fireplace. Local dispersion of PM was observed,

La présence et les effets de micro- (<5 mm) et nanomatériaux (<100 nm, NM) dans l’environnement est un sujet d’actualité. Les écosystèmes aquatiques sous forte pression de pollution présentent des mélanges de produits chimiques, dans lesquels les micro- et NMs, en raison de leur rapport surface/volume élevé et de leur surface hydrophobe, peuvent agir comme des éponges pour les polluants. Ce phénomène peut modifier la biodisponibilité de ces derniers et, ainsi, moduler leur toxicité pour les organismes aquatiques. Cette thèse avait donc comme objectifs : (1) d’évaluer la biodisponibilité et la toxicité potentielles de nanoplastiques (NP) et de microplastiques (MP) de polystyrène seuls, et de MP avec des hydrocarbures aromatiques polycycliques (HAP) ad/absorbés pour la larve d’artémie et le poisson zèbre; (2) de déterminer la capacité de sorption des HAP par des MP et NM d’oxyde de graphène (GO); (3) d’évaluer la biodisponibilité et la toxicité potentielles des NM GO seuls et avec des HAP ad/absorbés chez le poisson zèbre.L’exposition à des MP seuls n’a pas eu d’impact significatif sur la survie pour la larve d’artémie et le poisson zèbre, alors que des concentrations élevées (mg/L) de MP avec du benzo(a)pyrène (B(a)P) ad/absorbé et du B(a)P seul ont entraîné une toxicité aiguë. Les MP se sont révélés des vecteurs de B(a)P chez les organismes en développement. Les résultats ont montré que les MP (0,5 µm) de petite taille présentaient une capacité de sorption du B(a)P plus élevée que les MP de plus grande taille (4,5 µm). Dans le cas d'un mélange complexe de HAP, comme celui obtenu à partir de la solubilisation d'un pétrole brut (WAF), une sorption limitée pour les MP de 4,5 µm, due à l'hydrophobie et à la concentration initiale des HAP, a été observée. Chez le poisson adulte, les HAP n’ont pas été transportés par les MP après une exposition de 21 jours. Seuls les poissons exposés aux MP pendant 21 jours ont présenté des changements au niveau de la transcription du gène cyp1a lié au métabolisme de biotransformation dans le foie, ainsi qu'une augmentation significative de la prévalence de la vacuolisation du foie. 21 jours d'exposition aux NP, mais pas aux MP, ont provoqué un stress oxydatif chez les poissons adultes. L'ingestion de NP a été observée chez les organismes en développement. Chez les embryons, les NP ont été internalisés dans les yeux, le sac vitellin et la queue.GO a montré une plus grande capacité de sorption pour B(a)P que le MP. Pour le mélange de HAP du WAF, la sorption vers le GO était également supérieure à celle des MP. Chez les embryons exposés, le taux de malformation a augmenté de manière significative chez les embryons exposés aux concentrations les plus élevées (5 ou 10 mg/l) de GO, de GO réduit seul et avec du B(a)P ad/absorbé. Selon l'analyse chimique dans les tissues de poisson adulte, la biodisponibilité des HAP avec de GO pour les poissons était plus faible que dans le cas des HAP seuls. Seules les réponses biochimiques et les gènes liés au métabolisme de biotransformation ont été altérés dans le foie des poissons exposés au B(a)P pendant 3 jours. Au contraire, les branchies des poissons exposés au GO avec du B(a)P ad/absorbé et au B(a)P pendant 3 jours et co-exposés au GO et au WAF pendant 21 jours ont montré un stress oxydatif significativement plus élevé que les poissons témoins. Un effet neurotoxique commun a été provoqué chez tous les poissons traités pendant 21 jours. Enfin, les poissons adultes exposés au GO ont présenté une ingestion de GO et une vacuolisation du foie. Le présent travail démontre la capacité des MP avec des HAP ad/absorbés à provoquer des effets sublétaux (1) et à porter des HAP (2) chez l’artémie et le poissons zèbre. Enfin, le GO était plus porteur de HAP pour le poisson zèbre que le MP (3) en raison de sa plus grande capacité de sorption (2), exerçant un stress oxydatif et une neurotoxicité comme principaux effets sublétaux chez le poisson zèbre adulte
Presence and effects of micro- (< 5mm) and nanomaterials (<100 nm, NM) in the environment are a current issue of concern. Aquatic ecosystems with high pollution pressure already present a cocktail of chemicals, where micro- and NMs can act as sponges for these pollutants due to their high surface to volume ratio and hydrophobic surface. This phenomenon can alter the bioavailability of the pollutants present in the aquatic ecosystem, especially for hydrophobic compounds and, therefore, modulate their toxicity to aquatic organisms. Therefore, in the present Thesis the following objectives were established: (1) To assess the potential bioavailability and toxicity of polystyrene nanoplastics (NPs), and of microplastics (MPs) alone and with sorbed polycyclic aromatic hydrocarbons (PAHs) to brine shrimp larvae and zebrafish; (2) To determine sorption capacity of PAHs to MPs and graphene oxide NMs (GNMs); (3) To assess the potential bioavailability and toxicity of GNMs alone and with sorbed PAHs to zebrafish.Exposure to pristine MPs did not cause any significant impact on brine shrimp larvae and zebrafish embryo survival, while some treatments containing elevated concentrations (mg/L) of MPs with sorbed benzo(a)pyrene (B(a)P) and B(a)P alone resulted in acute toxicity. In addition, both sizes of MPs were successful vectors of B(a)P to brine shrimp and zebrafish embryos. Results indicated that small MPs (0.5 µm) showed higher maximum sorption capacity for B(a)P than larger MPs (4.5 µm). In the case of a complex and environmentally relevant PAH mixture, as that formed in the water accommodated fraction (WAF) of a crude oil, a relatively limited sorption to 4.5 µm MPs, driven by the hydrophobicity and initial concentration of each PAH, was observed. In adult zebrafish, MPs did not act as PAH vehicle after 21-day exposure to MPs with sorbed PAHs. Only fish exposed to MPs for 21 days presented changes in the transcription level of biotransformation metabolism-related gene cyp1a in the liver, along with a significant increase in the prevalence of liver vacuolisation. 21 days of exposure to NPs, but not to MPs, caused oxidative stress in adult zebrafish. Ingestion of NPs was observed in the developing organisms (brine shrimp and zebrafish). In embryos, fluorescent NPs were specially localised in the eyes, yolk sac and tail, showing their capacity to translocate and spread into the embryo body.For GNMs, graphene oxide (GO) showed a higher sorption capacity for B(a)P than MPs. For the PAH mixture of the WAF, sorption to GO was also higher than to MPs. In embryos exposed to different GNMs alone and with PAHs, no significant mortality was recorded for any treatment. Nevertheless, malformation rate increased significantly in embryos exposed to the highest concentrations (5 or 10 mg/L) of GO, reduced GO alone and with sorbed B(a)P. According to chemical analysis of adult fish tissues, bioavailability of PAH sorbed to GO for fish was lower than in the case of PAHs alone. Only biochemical responses and genes related to biotransformation metabolism were altered in the liver of fish exposed to B(a)P for 3 days. Transcription level of genes related to oxidative stress were not altered. On the contrary, the gills of fish exposed to GO with sorbed B(a)P and to B(a)P for 3 days and co-exposed to GO and WAF for 21 days showed significantly higher oxidative stress than control fish. A common neurotoxic effect was caused in all fish treated for 21 days. Finally, adult fish exposed to GO presented GO ingestion and liver vacuolisation, but absence of GO translocation to the adult tissue was reported. The present work shows evidences of the capacity of MPs with sorbed PAHs to cause sublethal effects (1) and to carry PAHs (2) in brine shrimp and zebrafish. Finally, GO was greater carrier of PAHs to zebrafish than MPs (3) due to its higher sorption capacity (2), exerting oxidative stress and neurotoxicity as the main sublethal effects in adult zebrafish
La presencia y los efectos de micro- (<5 mm) y nanomateriales (100 nm, NM) en el medio ambiente es un tema de preocupación actual. En sistemas acuáticos que presentan un coctel de químicos debido a la alta presión de la contaminación, los micro- y NMs pueden actuar como esponjas para los contaminantes debido a su alto ratio superficie/volumen y a la hidrofobicidad de su superficie. Este fenómeno puede alterar la biodisponibilidad de los contaminantes presentes en los ecosistemas acuáticos, especialmente para los compuestos hidrófobos, y seguidamente, modular su toxicidad para los organismos acuáticos. Por ello, en la presente tesis los siguientes objetivos fueron establecidos: (1) Evaluar la biodisponibilidad y la toxicidad potencial de nanoplásticos de poliestireno (NPs), y de microplásticos (MPs) solos o con hidrocarburos aromáticos policíclicos ad/absorbidos (HAPs) para la larva de Artemia y el pez cebra; (2) Determinar la capacidad de ad/absorción de HAPs por los MPs y los NMs de óxido de grafeno (GNMs); (3) Evaluar la biodisponibilidad y toxicidad de GNMs solos o con HAPs ad/absorbidos para el pez cebra.La exposición a MPs prístinos no causó ningún impacto significativo en la supervivencia de la larva de Artemia o del embrión de pez cebra, mientras que algunos tratamientos que contenían elevadas concentraciones (mg/L) de MPs con benzo(a)pireno (B(a)P) ad/absorbido y B(a)P sólo resultaron en toxicidad aguda. Además, ambos tamaños de MPs fueron exitosos vectores de B(a)P en larvas de Artemia y embriones de pez cebra. Los resultados indicaron que los MPs pequeños (0.5 μm) mostraron una mayor capacidad máxima de ad/absorción de B(a)P que los MPs grandes (4.5 μm MPs). Para una mezcla compleja y medioambientalmente relevante de HAPs, como es la formada en la fracción acomodada al agua (WAF) de un petróleo crudo, se observó una ad/absorción limitada relativamente a 4.5 μm MPs y que dependió de la hidrofobicidad y la concentración inicial de cada HAP. En adultos de pez cebra, los MPs no actuaron como vehículos de HAP después de 21 días de exposición a MPs con HAPs ad/absorbidos. Solo aquellos peces expuestos a MPs durante 21 días presentaron cambios en los niveles de transcripción del gen cyp1a relacionado con el metabolismo de biotransformación en el hígado, junto con un aumento significativo de la prevalencia de la vacuolización del hígado. 21 días de exposición a NPs, pero no a MPs, causó un estrés oxidativo en los adultos de pez cebra. La ingestión de NPs se observó en los organismos en desarrollo (Artemia y pez cebra). En embriones, los NPs fluorescentes se localizaron específicamente en los ojos, saco vitelino y cola, mostrando la capacidad de los mismos para ser internalizados y repartidos en el interior del cuerpo del embrión.Para los GNMs, el óxido de grafeno (GO) presentó una mayor capacidad de ad/absorción de B(a)P que los MPs. Para la mezcla de HAPs del WAF, la ad/absorcíon a GO fue de nuevo mayor que para los MPs. Para los embriones expuestos a diferentes GNMs solos y con HAPs no se obtuvo una mortalidad significativa. Aun así, el ratio de malformaciones aumento significativamente en embriones expuestos a las concentraciones más altas (5 o 10 mg/L) de GO, GO reducido solo o con B(a)P ad/absorbido. De acuerdo con los ensayos químicos en el tejido de pez adulto, la biodisponibilidad de HAP ad/absorbidos a GO para peces fue menor que en los peces expuestos a HAPs solos. Solo se vieron alteradas las respuestas bioquímicas y los genes relacionados con el metabolismo de biotransformación en hígado de pez expuesto a B(a)P durante 3 días. [...]

Los hidrocarburos aromáticos policíclicos (HAPs), algunos de ellos tóxicos y mutagénicos, son compuestos hidrofóbicos altamente persistentes en el ambiente. Estudios previos realizados en la región Costera Patagónica, particularmente en un sitio crónicamente contaminado con hidrocarburos en Bahía Ushuaia, demostraron un alto potencial para la degradación microbiana de estos compuestos. Sin embargo, estos estudios sólo se orientaron al análisis de fragmentos de genes codificantes para enzimas oxigenasas de anillos aromáticos involucradas en el primer paso de la degración de HAPs. Con el objetivo de conocer la relevancia ecológica de los microorganismos con capacidad de degradar HAPs en este ambiente y revelar los mecanismos que utilizan para ello, en el presente trabajo se emplearon diferentes técnicas independientes del cultivo de microorganismos. La construcción y análisis de una biblioteca metagenómica en fósmidos permitió identificar fragmentos de ADN pertenecientes a microorganismos del phylum Proteobacteria, dos de los cuales podrían provenir de miembros estables de la comunidad microbiana altamente especializados en la degradación de compuestos aromáticos. Asimismo, se detectaron genes completos codificantes para enzimas de la vía alta de degradación de HAPs y de la vía baja de degradación por gentisato y catecol, sugiriendo que las poblaciones degradadoras de los sedimentos intermareales de Bahía Ushuaia utilizan diferentes rutas degradativas para el metabolismo de estos compuestos. Entre estos genes, aquellos codificantes para enzimas oxigenasas de clase A y extradiol dioxigenasas representan potenciales marcadores funcionales para el estudio de la abundancia y dinámica de los microorganismos degradadores de hidrocarburos aromáticos.

El objetivo general del siguiente trabajo es contribuir al mejoramiento de los conocimientos básicos que permitan evaluar y mejorar las tecnologías de biorremediación. Los objetivos específicos son: • Aislar a partir de suelos de la Patagonia semiárida, microorganismos degradadores de PAH capaces de resistir condiciones ambientales de la región. • Evaluar la aplicabilidad de las estrategias ABA de bioaumento sobre la biorremediación de suelos patagónicos contaminados con PAH y con mezclas complejas de los mismos. • Estudiar los cambios producidos en la estructura y función de las comunidades microbianas de suelos contaminados por efecto del inoculante y de las variaciones en las condiciones abióticas. • Incursionar en el estudio de los mecanismos moleculares presentes en las bacterias degradadoras de PAH aisladas de suelos de la Patagonia semiárida y seleccionadas como inoculantes por su adaptación a las condiciones ambientales típicas de la región (resistencia a la desecación, déficit de nutrientes, entre otros).