MEDIDA DE LOS COMPUESTOS DE CONDENSACIÓN DE ELEVADO PESO MOLECULAR 

La  oxidación  avanzada  de  clorofenoles  mediante  Fenton  tanto  en  fase  homogénea  como  heterogénea,  condujo  a  la  formación  de  compuestos  de  condensación  cuyo  análisis  no  pudo  realizarse  mediante  las  técnicas  de  análisis  habituales:  cromatografía  líquida  de  alta  resolución  (HPLC)  y  cromatografía  de  gases  con  detector  de  ionización  de  llama  (FID).  Dichos  compuestos  de 

   Materiales y métodos     ‐95‐  condensación se encontraron en el medio de reacción en dos estados diferentes: en  disolución y en suspensión.     2.3.4.1. Análisis de los compuestos de condensación presentes en disolución 

El  análisis  de  los  compuestos  de  condensación  que  se  encontraban  en  disolución en el medio de reacción se llevó a cabo mediante un cromatógrafo de  gases con detector de masas (GC/MS). Las muestras acuosas fueron extraídas en  un  disolvente  orgánico  (n‐hexano),  y  concentradas  antes  de  su  análisis  con  el  objetivo de facilitar la detección de los compuestos de condensación. Esta técnica  se  ha  empleado  con  éxito  en  anteriores  trabajos  de  la  bibliografía  (Vaidya  y  Mahajani,  2004,  Poerschamann,  2009).  El  protocolo  seguido  en  la extracción con  n‐hexano  de  las  muestras  de  reacción  se  ilustra  en  la  Figura  2.8  y  se  describe  a  continuación: 

1. Se  introdujo  la  muestra  final  de  reacción  en  un  embudo  de  extracción  (80  mL).  A  continuación  se  adicionó  1  mL  de  n‐hexano  y  la  mezcla  se  agitó vigorosamente durante 2 minutos.  2. Se dejó reposar la mezcla hasta la separación de ambas fases y se separó  la fase orgánica, volviendo a introducir la fase acuosa en el embudo de  extracción. Dicho procedimiento se repitió cuatro veces.  3. Para concentrar el extracto obtenido se evaporó el n‐hexano calentando  la muestra a 40 ºC hasta reducir el volumen a unos 0,5 mL.    

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Figura  2.8.  Esquema  del  procedimiento  seguido  en  la  extracción  de  los  compuestos  de 

condensación presentes en disolución en el medio de reacción. 

El  análisis  del  extracto  concentrado  obtenido  se  realizó  a  través  de  un  cromatógrafo  de  gases  con  detector  de  masas,  modelo  Saturn  2100T  GC/MS  de  Varian. Como fase estacionaria se empleó una columna Factor Four de Varian, de  30 m de longitud y 0,25 mm de diámetro interno. La inyección 1 µL de muestra se  realizó  manualmente empleando una  jeringa  de  5  µL  de  capacidad,  suministrada  por Hamilton. En la Tabla 2.4 se muestra el método optimizado para el análisis de  las muestras. 

Tabla  2.4.  Método  de  análisis  de  muestras  en  el  equipo  de  cromatografía  de  gases  con 

detector de masas (GC/MS). 

Inyector  Temperatura: 250 ºC Splitless 

Caudal de gas portador (He): 1 mLN·min‐1  Columna 

T 

(ºC)  Velocidad rampa (ºC·min­1₎ 

Tiempo de mantenimiento 

(min)  Tiempo total (min) 

50  300  15   1,006,50  24,17 1,00  Detector  Masas  Tiempo (min) Masas observadas (uma)  0 – 5,00  No detecta ninguna masa  5,00 – 24,17 40 – 650    1 µL GC/MS  Calentamiento (40 ºC)

   Materiales y métodos     ‐97‐  0 3 6 9 12 15 18 21 24 0 50000 100000 150000 200000 250000 300000 350000 Abundancia (MCounts) tiempo (min)

Esta  técnica  permitió  determinar  de  forma  cualitativa  los  compuestos  de  condensación formados en la reacción mediante la comparación de los espectros  de  masas  obtenidos  con  los  de  la  librería  de  espectros  NIST  05  y  con  los  correspondientes  a  patrones  externos.  La  cuantificación  de  los  compuestos  se  realizó  a  partir  del  análisis  de  patrones  externos  de  compuestos  con  estructura  química similar a los productos de condensación obtenidos. La Figura 2.9 recoge el  cromatograma  obtenido  en  el  análisis  de  un  efluente  de  oxidación  de  2‐CP,  detallándose  el  espectro  de  masas  de  uno  de  los  compuestos  de  condensación  identificados.                  Figura 2.9. Cromatograma típico obtenido en el efluente de oxidación de 2‐CP mediante 

GC/MS.  Detalle  del  espectro  de  masas  de  uno  de  los  compuestos  de  condensación  identificados. 

2.3.4.2. Análisis de los compuestos de condensación presentes en suspensión 

En  los  experimentos  de  oxidación  de  clorofenoles  llevados  a  cabo  en  condiciones  subestequiométricas,  tanto  mediante  Fenton  homogéneo  como  heterógeneo,  tuvo lugar la formación de un sólido negruzco. Dicho sólido pudo ser  fácilmente  separado  del  medio  de  reacción  mediante  filtración  en  el  caso  de  los  experimentos realizados en fase homogénea, mientras que permaneció adsorbido  en el catalizador en el caso de los llevados a cabo en fase heterogénea.   O OH Cl Cl 1 0 0 2 0 0 3 0 0 4 0 0 5 0 0 % 2 5 % 5 0 % 7 5 % 1 0 0 % 7 3 . 1 1 0 0 8 7 5 . 2 2 0 1 2 1 5 5 . 3 1 3 7 3 1 8 3 . 5 4 5 2 0 1 8 4 . 5 1 0 2 9 2 2 1 9 . 5 3 4 4 1 2 5 4 . 4 1 1 6 2 9 2 5 5 . 5 1 8 0 8 2 5 6 . 3 8 2 6 8 Sp e c t r u m 1 A 1 3 . 6 6 1 mi n , S c a n : 8 4 1 , 4 0 : 6 5 0 , I o n : 2 8 6 9 u BP: 2 5 4 , 4

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Los  compuestos  de  condensación  presentes  en  suspensión  fueron  analizados  mediante  Análisis  Químico  Elemental  y  Fluorescencia  de  Rayos  X  por  Reflexión Total (TXRF) con el objetivo de determinar su composición elemental. En  el caso del sólido obtenido en las reacciones de oxidación Fenton llevadas a cabo  en  fase  homogénea,  donde  se  pudo  aislar  el  polímero,  también  se  realizaron  análisis adicionales mediante Resonancia Magnética Nuclear (RMN) con el objetivo  de arrojar información acerca de su estructura. 

En los efluentes de oxidación Fenton homogéneo de clorofenoles, el sólido  formado durante la reacción se recuperó filtrando las muestras mediante un filtro  de  membrana  de  nylon  de  0,45  µm  de  diámetro  de  poro,  suministrado  por  Sigma‐Aldrich. Posteriormente, el sólido fue secado durante 24 horas en una estufa  modelo Memmert 600 a 60 ºC. En el caso de los experimentos realizados en fase  heterogénea,  se  analizó  directamente  el  catalizador  utilizado,  ya  que  los  compuestos de condensación permanecieron adsorbidos en el mismo. Para ello, el  catalizador se separó del medio de reacción y se secó en estufa siguiendo el mismo  procedimiento que el empleado en el caso del sólido formado mediante oxidación  en fase homogénea. 

La composición elemental (C, H, N y S) se determinó mediante un analizador  LECO  CHNS‐932.  Asimismo,  el  contenido  en  cloro  y  hierro  de  la  muestra  se  determinó mediante Fluorescencia de Rayos X por Reflexión Total, empleando un  espectrofotómetro TXRF EXTRA‐II (Rich & Seifert). En el apartado 2.4.2.2 se puede  encontrar una descripción de ambas técnicas de análisis. 

La  estructura  molecular  del  sólido  se  analizó  mediante  espectroscopia  de  Resonancia  Magnética  Nuclear  (RMN)  con  el  equipo  BRUKER  AMX‐300.  Esta  técnica se basa en el estudio del comportamiento de ciertos núcleos atómicos en  presencia  de  un  campo  magnético.  Como  consecuencia  de  éste,  se  produce  un  desdoblamiento de los niveles degenerados de energía del spin nuclear, de modo  que pueden inducirse transiciones entre ellos como consecuencia de la absorción  de  una  radiación  electromagnética  adecuada.  La  disposición  de  los  niveles  de  energía es una propiedad tanto de los núcleos de una molécula como de su entorno  electrónico y de las interacciones entre ambos. Así, la intensidad, forma y posición 

   Materiales y métodos  

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de  las  señales  en  el  espectro  de  un  núcleo  determinado  están  íntimamente  relacionadas con su estructura molecular.  

2.3.5. MEDIDA DE LA CONCENTRACIÓN DE ÁCIDOS ORGÁNICOS Y CLORUROS