11
DEGRADACIDEGRADACIÓÓN DE CONTAMINANTES N DE CONTAMINANTES NITROAROMNITROAROMÁÁTICOS Y ESTUDIO DE EFICIENCIA TICOS Y ESTUDIO DE EFICIENCIA
EN EL MARCO DE LAS TEN EL MARCO DE LAS TÉÉCNICAS AOTCNICAS AOT
Carlos LucianoCarlos Luciano11, Fernando Garc, Fernando Garcíía Einschlaga Einschlag11, Jorge L, Jorge Lóópezpez1,21,2, , Laura VillataLaura Villata11 y Alberto L. Capparelliy Alberto L. Capparelli11
INIFTAINIFTA1.1.-- Instituto de Investigaciones FisicoquInstituto de Investigaciones Fisicoquíímicas Temicas Teóóricas y Aplicadas ricas y Aplicadas
UNLPUNLP--CONICET,CONICET,2.2.-- Autoridad del Agua, Provincia de Buenos AiresAutoridad del Agua, Provincia de Buenos Aires
FACULTAD DE CIENCIAS EXACTAS DEPARTAMENTO DE QUIMICA
22
RESEARCH ACTIVITIESRESEARCH ACTIVITIES•• CHEMICAL KINETICSCHEMICAL KINETICS::
Study of complexation reactions involving metal ions Study of complexation reactions involving metal ions --particularly particularly transition metal ions and organic ligands of biological interesttransition metal ions and organic ligands of biological interestHomogeneous catalysis. Homogeneous catalysis. Thermal redox reactions involving coordination complexesThermal redox reactions involving coordination complexesStudy of thermal processes involving coordination compounds of Study of thermal processes involving coordination compounds of transition metal ionstransition metal ions
•• PHOTOCHEMISTRY AND PHOTOPHYSICSPHOTOCHEMISTRY AND PHOTOPHYSICSBASIC STUDIESBASIC STUDIES. .
Evaluation of fundamental parameters associated to the studied Evaluation of fundamental parameters associated to the studied process and analysis of the factors that influence their process and analysis of the factors that influence their photochemical behavior.photochemical behavior.Photochemistry and photophysics of organic molecules with Photochemistry and photophysics of organic molecules with biological activity;biological activity;Photosensitized reactions involving organic molecules as well asPhotosensitized reactions involving organic molecules as well asinorganic coordination complexes;inorganic coordination complexes;Evaluation of the rate constants involving radicals and organic Evaluation of the rate constants involving radicals and organic moleculesmolecules
PHOTOCHEMICAL APPLIED STUDIESPHOTOCHEMICAL APPLIED STUDIESPhotochemical and Photochemical and photoinducedphotoinduced degradation of organic degradation of organic compoundscompounds in the frame of the advanced oxidation processes in the frame of the advanced oxidation processes (AOP): mainly UV; UV/H(AOP): mainly UV; UV/H22OO2 2 , Fenton and enhanced Fenton., Fenton and enhanced Fenton.
•• DEVELOPMENT OF SOFTWARES For analyzing complex systems DEVELOPMENT OF SOFTWARES For analyzing complex systems and for the treatment of the experimental dataand for the treatment of the experimental data
33
ESTRUCTURA GENERAL DE LA PRESENTACIESTRUCTURA GENERAL DE LA PRESENTACIÓÓNN•• DescripciDescripcióón suscinta de mn suscinta de méétodos numtodos numééricos para el procesamiento de la ricos para el procesamiento de la
informaciinformacióón obtenida de la aplicacin obtenida de la aplicacióón de tn de téécnicas espectrofotomcnicas espectrofotoméétricastricasDeterminaciDeterminacióón de propiedades fisicoqun de propiedades fisicoquíímicas sencillasmicas sencillasTipos de mTipos de méétodos empleadostodos empleadosCaracterizaciCaracterizacióón de los espectros de intermediarios y prediccin de los espectros de intermediarios y prediccióón de la evolucin de la evolucióón n temporal de los perfiles de concentracitemporal de los perfiles de concentracióónnEstimaciEstimacióón de la n de la ““eficienciaeficiencia”” del proceso empleado (por ej., UV/Hdel proceso empleado (por ej., UV/H22OO22) )
•• Efecto de inhibiciEfecto de inhibicióón de crecimiento sobre el protozoon de crecimiento sobre el protozooTetrahymena pyriformisTetrahymena pyriformisde soluciones de un contaminante y de sus productos de fotde soluciones de un contaminante y de sus productos de fotóólisislisis..
•• DegradaciDegradacióón en nitroaromn en nitroaromááticos empleando radiaciticos empleando radiacióón UV en presencia de n UV en presencia de iones nitrato y en presencia de iones nitrito. Comparaciiones nitrato y en presencia de iones nitrito. Comparacióón con la tn con la téécnica cnica UV/HUV/H22OO22..
•• Fenton tFenton téérmica. rmica.
•• FotFotóólisis UV y fotocatlisis UV y fotocatáálisis. lisis.
•• AplicacionesAplicaciones
44
MMÉÉTODOS DE APROXIMACITODOS DE APROXIMACIÓÓN NUMN NUMÉÉRICARICA
•• Naturaleza del problemaNaturaleza del problema
El uso del anEl uso del anáálisis de regresilisis de regresióón requiere de un conjunto mn requiere de un conjunto míínimo de informacinimo de informacióón n experimental para la evaluaciexperimental para la evaluacióón de propiedades fisicoqun de propiedades fisicoquíímicas y cinmicas y cinééticas,ticas,En las AOT (o TAO) este conocimiento no se tiene a priori,En las AOT (o TAO) este conocimiento no se tiene a priori,Se plantea el problema de trabajar con parSe plantea el problema de trabajar con paráámetros interrelacionados,metros interrelacionados,Para el anPara el anáálisis cinlisis cinéético se plantea la dificultad de trabajar con ecuaciones en las tico se plantea la dificultad de trabajar con ecuaciones en las que se deben incluir un nque se deben incluir un núúmero de intermediarios muchas veces no conocidos a mero de intermediarios muchas veces no conocidos a priori y cuyas propiedades fisicoqupriori y cuyas propiedades fisicoquíímicas pueden no ser conocidas,micas pueden no ser conocidas,El error experimental en las medidas puede influir la obtenciEl error experimental en las medidas puede influir la obtencióón de informacin de informacióón n relevante de un mecanismo de reaccirelevante de un mecanismo de reaccióón,n,Los mLos méétodos matemtodos matemááticos, combinados con mticos, combinados con méétodos numtodos numééricos y estadricos y estadíísticos sticos son una herramienta vson una herramienta váálida para la obtencilida para la obtencióón de informacin de informacióón relevante, tanto de n relevante, tanto de las propiedades fisicoqulas propiedades fisicoquíímicas y la caracterizacimicas y la caracterizacióón de los intermediarios.n de los intermediarios.
•• ObjetivoObjetivo
Aplicar este tipo de mAplicar este tipo de méétodos matemtodos matemááticos a resultados experimentales obtenidos ticos a resultados experimentales obtenidos de los cambios de absorbancia de soluciones con el fin extraer lde los cambios de absorbancia de soluciones con el fin extraer la ma mááxima xima informaciinformacióón asociada a los procesos en estudion asociada a los procesos en estudio..
55
DESCRIPCIDESCRIPCIÓÓN SUSCINTA DE LOS MN SUSCINTA DE LOS MÉÉTODOS EMPLEADOSTODOS EMPLEADOS
•• Algoritmos para mejorar la relaciAlgoritmos para mejorar la relacióón sen seññal/ruido en registros individuales obtenidos al/ruido en registros individuales obtenidos en experimentos independientesen experimentos independientes
•• Se combinan procedimientos de interpolaciSe combinan procedimientos de interpolacióón asociados a un expansin asociados a un expansióón de Taylor en n de Taylor en el entorno de cada punto de una traza o perfil resultante de unael entorno de cada punto de una traza o perfil resultante de una medidamedida
•• Por ejemploPor ejemplo, sea z un valor experimental descrito como una funci, sea z un valor experimental descrito como una funcióón de dos variables n de dos variables x e y. x e y.
•• En el entorno de un punto experimental PEn el entorno de un punto experimental P00(x(x00,y,y00) puede aplicarse la expansi) puede aplicarse la expansióónn
•• Con Con ΔΔxx = (x = (x -- xx00), ), ΔΔyy = (y = (y -- yy00) y los coeficientes de la expansi) y los coeficientes de la expansióón son.n son.
•• Los coeficientes que mejor describirLos coeficientes que mejor describiráán la traza deben cumplir conn la traza deben cumplir con
n112
022
20011000 R...y.x.ay.ax.ay.ax.aa ++ΔΔ+Δ+Δ+Δ+Δ+=f(x,y)
y)f(x,a00 =x∂
∂=
y)f(x,a10 2
2
20y)f(x,a
x∂∂
=y∂
∂=
y)f(x,a01 yx∂∂∂
=y)f(x,a
2
11yx ∂∂
∂=
2
3
21y)f(x,a
[ ]∑= 22 y)f(x,-zS
66Figure 1: Espectro “registrado”, espectro ajustado y residuos
Figura 14.4
Indice0 50 100 150 200 250 300 350 400 450 500
Seña
l
-0.4
0.0
0.4
0.8
1.2
1.6
2.0
2.4
Señal Filtro Residuos
“experimental”ajusteResiduo
Figure 1
λ/nm
sign
al
77
DESCRIPCIDESCRIPCIÓÓN SUSCINTA DE LOS MN SUSCINTA DE LOS MÉÉTODOS EMPLEADOSTODOS EMPLEADOS
•• AnAnáálisis de Factores lisis de Factores
Este procedimiento permite determinar:Este procedimiento permite determinar:El nEl núúmero de factores que contribuyen a una dada matriz experimental mero de factores que contribuyen a una dada matriz experimental de de datosdatosAplicAplicáárselo al estudio de espectros resueltos en el tiemporselo al estudio de espectros resueltos en el tiempo
•• La aplicaciLa aplicacióón de este formalismo a este estudio es de utilidad para:n de este formalismo a este estudio es de utilidad para:
aa. Evaluar el n. Evaluar el núúmero mmero míínimo de especies presentes en el sistema en estudio,nimo de especies presentes en el sistema en estudio,bb. Estimar las caracter. Estimar las caracteríísticas espectrales de los intermediarios que sticas espectrales de los intermediarios que contribuyen a la absorbancia registrada a un dado tiempo y el incontribuyen a la absorbancia registrada a un dado tiempo y el intervalo de tervalo de longitudes de onda donde se toma el espectro,longitudes de onda donde se toma el espectro,
Esto permite obtener una estimaciEsto permite obtener una estimacióón de los perfiles de concentracin de los perfiles de concentracióón de n de los intermediarios potenciales en experimentos resueltos en el tlos intermediarios potenciales en experimentos resueltos en el tiempo. iempo.
Luego, una vez que se obtiene la matriz experimental puedeLuego, una vez que se obtiene la matriz experimental puede proponerse proponerse un modelo cinun modelo cinéético,tico,
cc. Integrar las ecuaciones de velocidad para las distintas especi. Integrar las ecuaciones de velocidad para las distintas especies (reactivos, es (reactivos, intermediarios y productos) presentes en los estudios de intermediarios y productos) presentes en los estudios de fotodegradacifotodegradacióón.n.
88
DESCRIPCIDESCRIPCIÓÓN SUSCINTA DE LOS MN SUSCINTA DE LOS MÉÉTODOS EMPLEADOSTODOS EMPLEADOS•• EVALUACIEVALUACIÓÓN DE LOS PARN DE LOS PARÁÁMETROS CINMETROS CINÉÉTICOS ASOCIADOS A UN MECANISMO DE TICOS ASOCIADOS A UN MECANISMO DE
REACCIREACCIÓÓN COMPLEJON COMPLEJO
•• CONTRASTACICONTRASTACIÓÓN ENTRE PREDICCIN ENTRE PREDICCIÓÓN Y EXPERIENCIA N Y EXPERIENCIA
•• EXPRESIEXPRESIÓÓN MATRICIAL DE LA LEY DE LAMBERTN MATRICIAL DE LA LEY DE LAMBERT--BEERBEER
A(A(λλ) = ) = ll..∑∑ εεii((λλ).).ccii,,
•• donde, donde, εεii((λλ) es el coeficiente de absorci) es el coeficiente de absorcióón molar de la in molar de la i--éésimasima especie, especie, cici es su es su conentraciconentracióónn y l el paso y l el paso óóptico. Si ptico. Si cici cambia en el tiempo, entonces, la ley conviene cambia en el tiempo, entonces, la ley conviene escribirla de la siguiente forma general:escribirla de la siguiente forma general:
A(t,A(t,λλ) = ) = ll..∑∑ εεii((λλ).).ccii(t(t),),
•• En forma matricial, si se consideran el nEn forma matricial, si se consideran el núúmero de espectros registrados a distintos mero de espectros registrados a distintos tiempo (tiempo (NtNt), el n), el núúmero de longitudes de onda registradas (mero de longitudes de onda registradas (NNλλ) y el n) y el núúmero de mero de especiesespecies
[A] = [c].[ [A] = [c].[ εε]]
•• Las dimensiones de Las dimensiones de [c] [c] y y [ [ εε] ] sonson NtxNs and NsxNNtxNs and NsxNλλ respectivamente. respectivamente. •• NsNs, es el n, es el núúmero de especies que contribuyen a la absorbancia en un tiempo tmero de especies que contribuyen a la absorbancia en un tiempo t y en la y en la
regiregióón del espectro estudiado n del espectro estudiado no es conocida no es conocida a prioria priori..•• La integraciLa integracióón de las ecuaciones de velocidad se realiza con el mn de las ecuaciones de velocidad se realiza con el méétodo de todo de RungeRunge--
Kutta (4to orden)Kutta (4to orden)
99
TRATAMIENTO DE DATOSTRATAMIENTO DE DATOS
DATA INPUTKINESIM8D
PRINCIPALMAIN AND ERROR EVALUATIONS
KINESIM8A
GRÁPHICS ROUTINESKINESIM8C
SCREEN SAVERSCREEN
NO LINEAR REGRESSION
KINESIM8F
MINIMAZATION ROUTINES
KINESIM8G
SIMULATION ROUTINESKINESIM8H
NUMERICAL INTEGRATION
KINESIM8J
LINEAR REGRESSION ANALYSISKINESIM7E
FILESKINESIM8B
OPTIMIZATION ROUTINEKINEOPTI
INTERPOLATIONKINEIPOL
FACTOR ANALYSIS
KINEFACT
SMOOTHINGKINEFILT
1010
PROCESOS DE OXIDACIÓN INICIADOS POR EL RADICAL HIDROXILO
• TENCOLOGÍAS DE OXIDACIÓN AVANZADAS (UV/H2O2, VUV, etc)
• OBJETIVOS
⇒ Evaluar la eficiencia de la fotodegración de un dado sustrato (contaminante) S en función de la relación R = [S]/[H2O2]
⇒ Establacer una correlación entre la eficiencia del proceso y la reactividad de los radicales OH•
⇒ Comparar diferentes herramientas analíticas en el marco de la técnica UV/H2O2⇒ Investigar la influencia de la fuente de radiación policromática en la eficiencia de la fotodegradación
AR + HO· HO-Ar· (I)HO-AR· + O2 INT RH (II)RH + HO· R· + H2O (III)R· + O2 RO2· (IV)RO2· INT CO2 + H2O (V)
1111
•• SUSTRATOSSUSTRATOS•• 11--CloroCloro--2,42,4--dinitrobenzenodinitrobenzeno (99%, (99%, AldrichAldrich););•• 2,42,4--dinitrofenoldinitrofenol (99%, (99%, RiedelRiedel de de HHääenen) 99%);) 99%);•• 44--nitrofenolnitrofenol (99%, (99%, FlukaFluka andand RiedelRiedel de de HaHaëënn))•• NitrobenzenoNitrobenzeno (95%, (95%, May&BakerMay&Baker) ) •• ÁÁcidocido 44--ChloroChloro 2,52,5--dinitrobenzoicodinitrobenzoico
•• CONDICIONES EXPERIMENTALESCONDICIONES EXPERIMENTALES
•• ConcentracionesConcentraciones: : entreentre 15 15 ppmppm y 200 y 200 ppmppm..•• pH pH entreentre 2.452.45--2.55 ;2.55 ;•• [H2O2] ([H2O2] (30% 30% perhydrolperhydrol, Merck, Merck) ) entreentre 5.5x105.5x10--3 a 0.6 mol.L3 a 0.6 mol.L--1;1;
•• TTÉÉCNICAS ANALCNICAS ANALÍÍTICASTICAS•• EspectroscopEspectroscopíía UVa UV--vis, HPLC, IC, TOC vis, HPLC, IC, TOC •• Fotoreactores (DEMA) de 750 y 850 mL de capacidadFotoreactores (DEMA) de 750 y 850 mL de capacidad•• LLáámparas de Hg de media presimparas de Hg de media presióón Philips HPK 125 W y n Philips HPK 125 W y HerausHeraus NobelightNobelight TIQ of 150 TIQ of 150
WW•• ActinometrActinometríía a –– Ferrioxalato de potasio [Ferrioxalato de potasio [K3Fe(C2O4)3.3H2OK3Fe(C2O4)3.3H2O] y ] y 11--10 10 fenantrolinafenantrolina
comocomo complejantecomplejante del del Fe(IIFe(II))•• I0 = 8.9x10I0 = 8.9x10--6 6 EinsteinsEinsteins porpor segundosegundo (HPK 125 W), con I0 = (HPK 125 W), con I0 = nnúúmeromero de de fotonesfotones queque
incideninciden sobresobre la la solucisolucióónn
1212
ESTUDIOS PREVIOS EN NUESTRO ESTUDIOS PREVIOS EN NUESTRO LABORATORIOLABORATORIO
APLICACIAPLICACIÓÓN DE LA TN DE LA TÉÉCNICA UV/HCNICA UV/H22OO22 SOBRE SOBRE DERIVADOS NITROAROMDERIVADOS NITROAROMÁÁTICOSTICOS
1313
RESULTADOS PREVIOS OBTENIDOS SOBRE ALGUNOS NITRODERIVADOS RESULTADOS PREVIOS OBTENIDOS SOBRE ALGUNOS NITRODERIVADOS EMPLEANDO LA TEMPLEANDO LA TÉÉCNICA UV/HCNICA UV/H22OO22
Time / min0 2 4 6 8 10 12 14
Con
duct
ivity
/ μΩ
0
2
4
6
8 t=5 min t=15 min t=30 min t=45 min t=105 min
Form
ate
Nitr
ite
Chl
orid
e
Nitr
ate
Sulp
hate
Oxa
late
Phos
phat
e
(a) CDNB
Time / min
0 20 40 60 80 100
Con
c. /
M
0.0e+0
2.5e-4
5.0e-4
7.5e-4
1.0e-3
1.3e-3(b) DNP
Time / min0 5 10 15 20
Con
c. /
M
0.0e+0
1.0e-4
2.0e-4
3.0e-4
4.0e-4
5.0e-4
(d) PNP
Time / min0 25 50 75 100 125
Con
c. /
M
0.0e+0
5.0e-4
1.0e-3
1.5e-3
2.0e-3(c) NBE
Time / min0 15 30 45 60 75 90
Con
c. /
M
0.0e+0
5.0e-4
1.0e-3
1.5e-3
2.0e-3
2.5e-3
= sustrato, = NO3-, = formiato,
= oxalato, = cloruro
1414
•• RESULTADOS COMUNESRESULTADOS COMUNES
•• Durante la fotDurante la fotóólisis se forman aniones orglisis se forman aniones orgáánicos (formiato, oxalato) e nicos (formiato, oxalato) e inorginorgáánicos (nitrato y nitrito nicos (nitrato y nitrito --en pequeen pequeññas concentracionesas concentraciones--) como ) como intermediarios y productos;intermediarios y productos;
•• El balance de nitrEl balance de nitróógeno es geno es estequiomestequioméétricotrico al final de la reaccial final de la reaccióón;n;
•• La concentraciLa concentracióón de SUSTRATO desaparece pero se observa la formacin de SUSTRATO desaparece pero se observa la formacióón de n de otras especies orgotras especies orgáánicas a tiempos mayores de irradiacinicas a tiempos mayores de irradiacióón; n;
•• La concentraciLa concentracióón de formiato alcanza su mn de formiato alcanza su mááximo cuando todo el SUSTRATO ximo cuando todo el SUSTRATO ORIGINAL ORIGINAL no estno estáá presente en la solucipresente en la solucióónn. ESTE COMPORTAMIENTO ES COM. ESTE COMPORTAMIENTO ES COMÚÚN N A TODOS LOS COMPUESTOS ESTUDIADOS; A TODOS LOS COMPUESTOS ESTUDIADOS;
•• Los perfiles cinLos perfiles cinééticos de formiato y oxalato son similares para los distintos ticos de formiato y oxalato son similares para los distintos sustratos investigados; sustratos investigados;
•• El El áácido oxcido oxáálico acido alcanza su mlico acido alcanza su mááximo cuando todo el SUSTRATO ORIGIANAL ximo cuando todo el SUSTRATO ORIGIANAL ha sido completamente eliminado de la soluciha sido completamente eliminado de la solucióón, sugiriendo que la fuente de n, sugiriendo que la fuente de este anieste anióón es un intermediario.n es un intermediario.
•• En algunos sistemas (NBE), se detectan En algunos sistemas (NBE), se detectan 22--nitrofenol, 3nitrofenol, 3--nitrofenol y 4nitrofenol y 4--nitrofenolnitrofenolse detectan por HPLCse detectan por HPLC
1515
•• EFICIENCIA DE LA FOTODEGRADACIEFICIENCIA DE LA FOTODEGRADACIÓÓN EN EL CONTEXTO N EN EL CONTEXTO DE LA TDE LA TÉÉCNICA UV/H2O2CNICA UV/H2O2
•• El efecto de la [H2O2]0 fue analizada en experimentos El efecto de la [H2O2]0 fue analizada en experimentos donde la misma se varidonde la misma se varióó entre 15 entre 15 mgmg/L y 100 /L y 100 mgmg/L;/L;
•• La [H2O2]0 dependiLa [H2O2]0 dependióó del tipo de sustrato (por ejemplo, en del tipo de sustrato (por ejemplo, en el caso de CDNB, entre 3.3x10el caso de CDNB, entre 3.3x10--3 hasta 3.5x103 hasta 3.5x10--1 M);1 M);
•• El El pHpH inicial se ajustinicial se ajustóó con H2SO4 (con H2SO4 (pHpH=2.50);=2.50);
•• Las soluciones fueron Las soluciones fueron fotolizadasfotolizadas en el en el fotoreactorfotoreactor DEMA DEMA empleando la lempleando la láámpara HPK 125 W;mpara HPK 125 W;
•• Se midieron las velocidades iniciales (Se midieron las velocidades iniciales (--dCdC//dtdt) y las ) y las eficiencias (eficiencias (ηηSUBSSUBS > > 2020--30 veces30 veces a las medidas en la fota las medidas en la fotóólisis lisis directa);directa);
1616
Velocidades de degradaciVelocidades de degradacióón normalizadas para los n normalizadas para los sustratos indicados versus la relacisustratos indicados versus la relacióón R = [S]/[ Hn R = [S]/[ H22OO22..
(b) DNP
R ([H2O2]/[DNP])0 100 200 300 400 500
V / V
max
0.00
0.25
0.50
0.75
1.00
1.25
[DNP]= 2.71x10-4 M[DNP]= 4.87x10-4 M[DNP]= 8.13x10-4 M
(a) CDNB
R ([H2O2]/[CDNB])0 100 200 300 400 500
V / V
max
0.00
0.25
0.50
0.75
1.00
1.25
[CDNB]= 1.48x10-4 M[CDNB]= 2.96x10-4 M[CDNB]= 4.44x10-4 M
(c) NBE
R ([H2O2]/[NBE])0 100 200 300 400 500 600
V / V
max
0.00
0.25
0.50
0.75
1.00
1.25
[NBE]= 1.51x10-4 M[NBE]= 3.10x10-4 M
(d) PNP
R ([H2O2]/[PNP])0 100 200 300 400
V / V
max
0.00
0.25
0.50
0.75
1.00
1.25
[PNP]= 2.48x10-4 M[PNP]= 5.70x10-4 M
• En todos los casos se registra un máximo en la velocidad inicial de degradación que es independiente de la concentración inicial de sustrato y del volumen del reactor empleado;
• Implicancias económica para el uso de esta técnica con fines aplicados.
F. García Einschlag, C. Luciano, A.L. Capparelli, A.M. Braun and E. Oliveros, Photochemical and Photophysical Sciences, 1(7), 520-524 (2002)
1717
MECANISMO SIMPLIFICADO:MECANISMO SIMPLIFICADO:
•• HH22OO22 + h + h ν ν 2 2 HOHO·· IIHH..ΦΦHH (A)(A)
•• HH22OO22 + + HOHO·· HOHO22·· + H+ H22OO kkHH (B)(B)
•• S + h S + h νν IntIntCC IISS..ΦΦSS (C)(C)
•• S + HOS + HO·· IntIntDD kkSS (D)(D)
•• IIHH e Ie ISS corresponden a la cantidad de luz absorbida por unidad de corresponden a la cantidad de luz absorbida por unidad de tiempo por el Htiempo por el H22OO22 y el sustrato respectivamentey el sustrato respectivamente. .
•• ΦΦHH yy ΦΦSS sonson las eficiencias culas eficiencias cuáánticas de la fotnticas de la fotóólisislisis;;
•• kkHH y y kkSS son son laslas constantesconstantes de de reaccionesreacciones bimolecularesbimoleculares en en laslas quequeparticipanparticipan loslos radicalesradicales hidroxiloshidroxilos;;
•• No se No se consideraronconsideraron otrasotras especiesespecies radicalesradicales tales tales comocomo HOHO22••, O, O22
-- o o SOSO44
••
1818
Velocidad de degradaciVelocidad de degradacióón del sustraton del sustratod[S]/dt =d[S]/dt = IISS..ΦΦSS + + kkSS.[S].[HO.[S].[HO··]] (1)(1)
Cantidad de luz absorbida por el sustrato S
IISS = I= I00.[1.[1--exp(exp(--A)]. A)]. εεSS.c.cSS/(/(εεHH.c.cHH + + εεSS.c.cSS))
•• Estado estacionario para los radicales HOEstado estacionario para los radicales HO··
•• Admitiendo que las reacciones (B) y (D) siguen una ley Admitiendo que las reacciones (B) y (D) siguen una ley de seudo primer orden para la desaparicide seudo primer orden para la desaparicióón de los n de los radicales radicales HOHO•• puede hallarse la siguiente constante puede hallarse la siguiente constante aparenteaparente
•• kkappapp = k= kSS.[S]+k.[S]+kHH.[H.[H22OO22]]
1919
S T A T IO N A R Y C O N C E N T R A T IO N O F H O ?
R A D I C A L S ( E q u a t io n ( 3 ) ) :
( 3 )
w h e r e v p H O i s t h e H O · p r o d u c t io n r a t e .
T h e q u a n t u m e f f i c ie n c y o f p h o t o l y s iso f H 2 O 2 is a r o u n d 0 .5 in t h e w a v e le n g t hr a n g e f r o m 2 0 0 t o 3 0 0 n m .
B o t h H 2 O 2 a n d t h e s u b s t r a t e s a r e a b let o a b s o r b t h e in c id e n t p h o t o n s
T h e p r o d u c t io n r a t e v p H O c a n b e n o w e x p r e s s e d a s
( 4 )
SSHH
H OE E
. ck . ckv p ][ H O
+=⋅
SSHH
HH- A b s
H0H O
. c . c. c) .1 0-. ( 1.2 . I v p
ε+εεΦ=
2020
DEGRADATION RATE FOR THE SUBSTRATES The degradation rate of the substrate is now
given by
}k .Rk.R..k2..{
.RIv
SH
HSHSS
SH
0S
+εΦ+εΦ
ε+ε= (5)
The optimal ratio R (ROPT) for the highest degradation rate can be obtained after differentiation of equation 5. Then:
.k).k.(2.
.k 2.- .k)-.(k.2..k.4.RSH
S2
SH2
HOPT
Φ+εΦΦεΦΦ+εΦ
= (6)
ε=εS/εH y k=kS/kH
2121
Neglecting the UV photolysis of the substrate, a
quite sim ple equation can be obtained:
HH
SSO PT
.k
.kk.
1Rεε
=ε
= (7)
Equation (7) can be used either to evaluate the optim al hydrogen peroxide
concentration if kS and εS are know n at a
given λ , or to estim ate kS if the optim al
H 2O 2 concentration is m easured.
2222
E S T IM A T IO N O F R O P T
T h e e v a lu a t io n o f th e r a te c o n s ta n ts b e tw e e n th e t r a te a n d H O · r a d ic a ls r e q u ir e s th e p r e c is e d e t e r m in a t io n o f a x im u m o f th e e x p e r im e n t a l c u r v e s .
T w o d i f f e r e n t m e t h o d s h a v e b e e n d e v e lo p e d to e s t im a te
f i r s t m e th o d is a n a lg o r i th m th a t c o m b in e s a T a y lo r s e r ie s d e a c h e x p e r im e n ta l p o in t w i th p o l in o m ia l re g re s s io n a n a ly s is . u n c t io n o b ta in e d r e p r e s e n ts t h e b e h a v io r o f th e d a ta in th e
e e x p e r im e n ta l d o m a in a n d t h e d e te r m in a t io n o f t h e v a lu e o f is m a d e ta k in g i ts n u m e r ic a l d e r iv a t iv e .
s e c o n d m e t h o d u s e s th e e x p re s s io n fo r th e s u b s t ra te d a t io n ra te :
cb .Ra .RvR 2
S
++= ( 9 )
e
a = ε .k / ( 2 I 0 Φ H ε ) ,
b = (ε + k ) / ( 2 I 0 Φ H ε ) a n d
c = 1 / (2 I 0 Φ H ε )
e fo r e R O P T2 = c /a = 1 / (ε .k )
e x p e r im e n ta l b e h a v io r o f R /v S a g a in s t R fo l lo w s th e v io r p r e d ic te d b y e q u a t io n ( 9 )
2323
R ([H2O2] / [CDNB])0 100 200 300 400 500
R /
V N
0.0
0.3
0.5
0.8
1.0
1.3 CDNBROPT = 98.2
R ([H2O2] / [DNP])0 100 200 300 400 500
R /
V N
0.0
0.3
0.5
0.8
1.0
1.3 DNPROPT = 137.9
R ([H2O2] / [NBE])0 100 200 300 400 500 600
R /
V N
0.0
0.3
0.5
0.8
1.0
1.3 NBEROPT = 147.9
R ([H2O2] / [PNP])0 100 200 300 400
R /
V N0.0
0.3
0.5
0.8
1.0
1.3
PNPROPT = 158.8
F. García Einschlag ,J. López, C. Luciano, E, Oliveros, A.M. Braun & A.L. Capparelli, Environmental Science and Technology, 36(18), 3936-3944 (2002)
2424
S u b s tra te R O P T
D N P 1 3 8 ± 9
C D N B A 6 1 ± 7
C D N B 9 8 ± 1 5
N B E 1 4 8 ± 1 2
P N P 1 5 9 ± 1 0
M N P 1 8 8 ± 1 7
C o m p o u n d M e th o d A / M -1 .s -1 M e th o d B / M -1 .s -1
D N P 2 .1 ± 0 .4 x 1 0 9 2 .4 ± 0 .2 x 1 0 9 C D N B A 2 .9 ± 1 .1 x 1 0 8 3 .2 ± 0 .2 x 1 0 8 D N C B 1 .0 ± 0 .4 x 1 0 9 8 .7 ± 0 .5 x 1 0 8 N B E 4 .4 ± 1 .3 x 1 0 9 4 .3 ± 0 .4 x 1 0 9 P N P 6 .5 ± 1 .1 x 1 0 9 5 .8 ± 0 .5 x 1 0 9 M N P 5 .4 ± 1 .5 x 1 0 9 5 .0 ± 0 .4 x 1 0 9
F. S. García Einschlag, L. Carlos and A. L. Capparelli, Chemosphere, 53, (2003), 1-7
2525
•• MEDIDA DEL MEDIDA DEL pKpKaa DE COMPUESTOSDE COMPUESTOS
•• MONITOREO DEL CURSO DE LA DEGRADACIMONITOREO DEL CURSO DE LA DEGRADACIÓÓN N POR EXTRACCIPOR EXTRACCIÓÓN A FASE ORGN A FASE ORGÁÁNICANICA
•• ANANÁÁLISIS DE ESPECTROS DIFERENCIASLISIS DE ESPECTROS DIFERENCIAS
•• ESTIMACIESTIMACIÓÓN DEL NN DEL NÚÚMERO DE ESPECIES QUE MERO DE ESPECIES QUE PARTICIPAN EN EL PROCESO DE ABSORCIPARTICIPAN EN EL PROCESO DE ABSORCIÓÓNN
2626
Figura 9.2
λ / nm
200 250 300 350 400 450 500
Abs
orba
ncia
0.0
0.5
1.0
1.5
2.0
2.5
3.0pH=2.0 pH=2.6 pH=3.1 pH=3.5 pH=3.7 pH=4.1 pH=4.25 pH=4.55 pH=4.95 pH=5.3 pH=5.5 pH=5.85 pH=10.0
Figura 9.3
pH2 3 4 5 6
Abs
orba
ncia
0.0
0.5
1.0
1.5
2.0
2.5
λ = 400 nm λ = 405 nm λ = 410 nm λ = 415 nm λ = 420 nm
Figura 9.4
pH2 3 4 5 6
Abs
_Nor
m
0.00
0.25
0.50
0.75
1.00 Figura 9.5
pH1.5 2.0 2.5 3.0 3.5 4.0 4.5 5.0 5.5 6.0 6.5
d(A
bs) /
d(p
H)
0.00
0.10
0.20
0.30
0.40
0.50
Figura 9.6
pH1.5 2.0 2.5 3.0 3.5 4.0 4.5 5.0 5.5 6.0 6.5
d2 (Abs
) / d
(pH
)2
-0.20
-0.10
0.00
0.10
0.20
Figura 9.7
pH2.0 2.5 3.0 3.5 4.0 4.5 5.0 5.5 6.0
C/C
Tota
l
0.00
0.25
0.50
0.75
1.00
Forma ÁcidaForma Básica
Figura 7: (a) Espectro de absorción de soluciones de DNP a diferentes pH ([DNP] = 90 ppm) (b) Curvas de titulación a distintas λ (c) Curvas de titulación normalizadas empleando la información contenida en todos los espectros a diferentes pH. El sistema muestra un único punto de inflexión. El pKa a 25°C vale 4.04 (d) Curvas de distribución de las formas ácidas y básicas del DNP,
pH
pH
MEDIDA DEL pKa
2727
Figura 9.2
λ / nm
200 250 300 350 400 450 500
Abs
orba
ncia
0.0
0.5
1.0
1.5
2.0
2.5
3.0pH=2.0 pH=2.6 pH=3.1 pH=3.5 pH=3.7 pH=4.1 pH=4.25 pH=4.55 pH=4.95 pH=5.3 pH=5.5 pH=5.85 pH=10.0
Figura 9.3
pH2 3 4 5 6
Abs
orba
ncia
0.0
0.5
1.0
1.5
2.0
2.5
λ = 400 nm λ = 405 nm λ = 410 nm λ = 415 nm λ = 420 nm
Figura 9.4
pH2 3 4 5 6
Abs
_Nor
m
0.00
0.25
0.50
0.75
1.00 Figura 9.5
pH1.5 2.0 2.5 3.0 3.5 4.0 4.5 5.0 5.5 6.0 6.5
d(A
bs) /
d(p
H)
0.00
0.10
0.20
0.30
0.40
0.50
Figura 9.6
pH1.5 2.0 2.5 3.0 3.5 4.0 4.5 5.0 5.5 6.0 6.5
d2 (Abs
) / d
(pH
)2
-0.20
-0.10
0.00
0.10
0.20
Figura 9.7
pH2.0 2.5 3.0 3.5 4.0 4.5 5.0 5.5 6.0
C/C
Tota
l
0.00
0.25
0.50
0.75
1.00
Forma ÁcidaForma Básica
(a) Espectro de absorción de soluciones de DNP a diferentes pH ([DNP] = 90 ppm) (b) Curvas de titulación a distintas λ (c) Curvas de titulación normalizadas empleando la información contenida en todos los espectros a diferentes pH. El sistema muestra un único punto de inflexión. El pKa a 25°C vale 4.04 (d) Curvas de distribución de las formas ácidas y básicas del DNP,
pH
pH
2828
pH
Figura 10.5
λ / nm
200 250 300 350 400 450 500
Abs
orba
ncia
0.0
0.5
1.0
1.5pH=3.47 pH=5.41 pH=6.03 pH=6.52 pH=6.95 pH=7.29 pH=7.60 pH=8.27 pH=10.07
Figura 10.6
pH 3 4 5 6 7 8 9 10 11
Abs
/Abs
MA
X
0.00
0.25
0.50
0.75
1.00CalculadaExperimental
Espectro de soluciones de PNP a diferentes pH. [PNP]0 =50 mg.L-1. La curva de titulación se muestra en el recuadro a la izauierda. Los ajustes se realizaron empleando las rutinas del progama KINESIM.
2929
a b
Espectros de soluciones de PNP (a) y NBE (b) en fases acuosa y orgánica. Se observa un comportamiento lineal entre la absorbancia experimental y el coeficiente de extinción (ε/M-1cm-1)
Figura 10.4
ε / M-1.cm-1
0.00e+0 2.50e+4 5.00e+4 7.50e+4 1.00e+5 1.25e+5 1.50e+5 1.75e+5
Abs
orba
ncia
0.0
0.5
1.0
1.5
2.0
2.5
3.0
3.5H2OISO / 20
Figura 10.3
ε / M-1.cm-1
0 2000 4000 6000 8000 10000
Abs
orba
ncia
0.00
0.02
0.04
0.06
0.08
0.10
0.12
0.14
0.16H2O / 5ISO
Figura 10.1
λ / nm
200 250 300 350 400 450 500
ε / M
-1.c
m-1
0
2000
4000
6000
8000
10000
12000PNF (H2O)PNF (ISO)
Figura 10.2
λ / nm
200 250 300 350 400 450 500
ε / M
-1.c
m-1
0
2500
5000
7500
10000
12500
15000
17500
NBE (H2O)NBE (ISO) / 10
A(λ)=l.c.ε(λ)
a
b
EXTRACCIÓN EN FASE ORGÁNICA
3030
Figura 8.12
λ / nm
200 225 250 275 300 325 350 375 400
Abs
orba
ncia
0.0
0.5
1.0
1.5
2.0
t= 0 mint= 5 mint= 10 min t= 15 mint= 20 mint= 30 mint= 45 min t= 60 mint= 75 min
Figura 8.13
λ / nm
200 225 250 275 300 325 350 375 400
Abs
orba
ncia
0.00
0.25
0.50
0.75
1.00
1.25t= 0 mint= 5 mint= 10 mint= 15 mint= 20 mint= 30 mint= 45 mint= 60 mint= 75 min
Figura 2
Espectro experimental como función del tiempo de irradiaciónempleando la técnica UV/H2O2 technique (b): Comportamiento de la sustancia extraida en la fase orgánica como función del tiempo de irradiación en soluciones acuosas. Condiciones:Solutiones: 60 mg/l de DNCB; 0,034 M de H2O2 y pH 2.50.
Abs
orba
nce Ab
sorb
ance
λ/nm
3131
a
b
Figura 8.25
Tiempo / mim0 25 50 75 100 125
Con
cent
raci
ón /
M
0.0000
0.0001
0.0002
0.0003
0.0004
0.0005
[DNCB][INT] x 5[PROD][H2O2] / 50
Figura 8.26
Absorbancia Experimental0.00 0.25 0.50 0.75 1.00 1.25 1.50
Abs
orba
ncia
Cal
cula
da
0.00
0.25
0.50
0.75
1.00
1.25
1.50t= 0 mint= 20 mint= 40 mint= 60 mint= 80 mint= 100 mint= 120 min
(a) Perfil cinético de las concentraciones calculadas según el modelo de cuatro especies para DNCB.
(b) Comportamiento de las absorbanciascalculadas a partir del modelo cinético de cuatro especies y la experimental
3232
CONCENTRACICONCENTRACIÓÓN N “Ó“ÓPTIMAPTIMA”” DE HDE H22OO22 PARA DNBE ([DNBE]PARA DNBE ([DNBE]00 = )= )
H2O2 / M Method I -dC/dt (M/min)
Method II -dC/dt (M/min)
Method III -dC/dt (M/min)
5.7x10-3 6.07x10-6 6.60x10-6 6.77x10-6
4.6x10-2 1.45x10-5 1.62x10-5 1.52x10-5
5.9x10-2 1.65x10-5 1.76x10-5 1.69x10-5
6.9x10-2 1.49x10-5 1.63x10-5 1.60x10-5
1.2x10-1 1.38x10-5 1.56x10-5 1.44x10-5
2.3x10-1 1.13x10-5 1.23x10-5 1.26x10-5
3333
Figura 8: (a) Espectros de soluciones de DNP (90 ppm), 0,054 M en H2O2 y pH 2,5 (b) Espectro tomado de las extracciones realizadas en fase orgánica (n-pentano) (c) Evolución temporal de la concentración de DNP a diferentes l (d) Velocidades iniciales superpuestas sobre el espectro experimental (e)Comportamiento de los espectros diferencia (f) Espectro teórico de los intermediarios (g) Absorbancias teóricas versus las experimentales (h) Comportamiento de los perfiles de concentración del sustrato, intermediarios y productos como función del tiempo de irradiación (i) absobancia experimental de la fase orgánica como función εDNP . Este comportamiento indica que los intermediarios y productos son de naturaleza iónica o polar y en consecuencia no pueden ser extraídos a la fase orgánica.
Figura 9.15
λ / nm
200 250 300 350 400 450 500
Abs
orba
ncia
0
1
2
3
t= 0 mint= 5 mint= 10 mint= 15 mint= 20 mint=25 mint= 30 mint= 40 mint= 50 min
Figura 9.13
λ / nm
200 250 300 350 400 450 500
Abso
rban
cia
0
1
2
3t= 0 mint= 5 mint= 10 mint= 15 mint= 20 mint= 25 mint= 30 mint= 40 mint= 50 min
DNPFigura 9.17
Tiempo / min0 5 10 15 20 25 30
Abs
orba
ncia
0.00
0.25
0.50
0.75
1.00
1.25
1.50255 nm265 nm270 nm275 nm 280 nm290 nm300 nm305 nm300 nm 315 nm320 nm325 nm
Figura 9.18
λ / nm
250 260 270 280 290 300 310 320 330
Uni
dade
s A
rbitr
aria
s
0.4
0.5
0.6
0.7
0.8
0.9
1.0
1.1
VelocidadEspectro
Figura 9.22
λ / nm
200 250 300 350 400 450 500
ΔA
bs (n
orm
aliz
ada
a 26
5 nm
)
-1.2
-0.8
-0.4
0.0
0.4
0.8
1.2
Experimento 1Experimento 10Experimento 11Experimento 31
Figura 9.24
λ / nm
200 250 300 350 400 450 500
ε / M
-1.c
m-1
0
2000
4000
6000
8000
10000
12000
14000DNF INT.PROD.
Figura 9.26
Absorbancia Experimental0.0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0
Abs
orba
ncia
Cal
cula
da
0.0
0.5
1.0
1.5
2.0
2.5
3.0t= 0 mint= 5 mint= 10 mint= 15 mint= 20 mint= 25 mint= 30 min
Figra 9.20
λ / nm
0 2000 4000 6000 8000 10000 12000 14000 16000
Abs
orba
ncia
0.00
0.25
0.50
0.75
1.00
t = 0 mint = 5 mint= 10 mint= 15 mint= 20 mint= 25 mint= 30 min
f
b c
de
a
g h i
t/min
t/min
3434
Figura 10.25
λ / nm
200 250 300 350 400 450 500
Absorbancia
0.00
0.25
0.50
0.75t=0 min t=5 min t=10 min t=15 min t=20 min t=25 min t=30 min t=35 min t=40 min t=45 min t=50 min t=55 min t=60 min t=75 min
Figura 10.26
λ / nm
200 250 300 350 400 450 500
ΔA
bs (N
orm
aliz
ada
a 26
5 nm
)
-1.25
-1.00
-0.75
-0.50
-0.25
0.00
0.25
0.50
0.75
1.00Experimento_01 Experimento_02 Experimento_03 Experimento_04
Figura 10.27
λ / nm
200 250 300 350 400 450 500ε
/ M-1
.cm
-1
0
2000
4000
6000
8000
10000
12000
NBEINT.PROD
Figura 10.29
λ / nm
200 250 300 350 400 450 500
ε / ε
MA
X
0.0
0.2
0.4
0.6
0.8
1.0 INT_1INT_2
Figura 10.28
λ / nm
300 350 400 450
Δ(A
bs.)
0.000
0.015
0.030
0.045
0.060
0.075t=2.5 mint=7.5 mint=12.5 mint=17.5 mint=25 mint=40 mint=45 mint=50 mint=55 mint=60 min
Figure 13: (a) Recorded spectra in solutions after different irradiation times (b) Recorded difference spectra (c) residual spectra of the intermediates at λ>300 nm (d) spectra of the intermediate using a system of 5 species (e) calculated spectra of the intermediates (f) estimated kinetic profiles (g) experimental kinetic profiles with the identified species. Experimental conditions for this set of experiments 32 mg/l of NBE; 5.5.10-3 mol.L-1 of H2O2 and pH 2.50, adjusted with H2SO4.
Figura 10.24
Tiempo / min0 15 30 45 60 75 90
Con
cent
raci
ón /
M
0.0000
0.0005
0.0010
0.0015
0.0020
0.0025
NBENitratoFormiatoOxalato
Tiempo / min0 15 30 45 60 75 90
Con
cent
raci
ón /
M
0e+0
2e-5
4e-5
6e-5
8e-5NitritoPNFMNF
a
b
cd
e
g
Figura 10.30
Tiempo / mim0 10 20 30 40 50 60
Con
cent
raci
ón /
M
0.00000
0.00005
0.00010
0.00015
0.00020
0.00025
0.00030
0.00035
NBEINT_1 INT_2 PROD f
3535
Figura 10.14
Tiempo / min0 25 50 75 100 125
Con
cent
raci
on /
M
0.0000
0.0005
0.0010
0.0015
0.0020
PNFNITRITONITRATOFORMIATOOXALATO
Figura 10.20
Tiempo / mim0 5 10 15 20 25 30 35
Con
cent
raci
ón /
M
0.00000
0.00005
0.00010
0.00015
0.00020
0.00025
PNF INT_1 INT_2 INT_3 PROD
PNP
PERFILES DE CONCENTRACIÓN CALCULADOS POR MÉTODOS NUMÉRICOS Y EVALUADOS EXPERIMENTALMENTE.
EL ANÁLISIS DE LOS ESPECTROS MUESTRA LAS TENDENCIAS Y PERMITE ESTIMAR LA EFICIENCIA DEL PROCESO DE MANERA SIMPLE.
3636
R= [H2O2]/S
0 100 200 300 400 500 600 700
Φ
0.000
0.001
0.002
0.003
0.004
0.005
0.006
0.007
NBEPNPCDNBDNP
COMPORTAMIENTO DE LA VELOCIDAD INICIAL DE DEGRADACIÓN DEL PROCESO ESTIMADO A
PARTIR DEL COMPORTAMIENTO DE LAS ABSORBANCIAS.
3737
ENSAYOS DE TOXICIDADENSAYOS DE TOXICIDAD
COHO
Cl
NO2O2N
CO-O
Cl
NO2O2N+ H+
3838
•• Los ensayos se realizaron sobre Los ensayos se realizaron sobre Tetrahymenda pyriformisTetrahymenda pyriformis GL (Universidad BlaiseGL (Universidad Blaise--Pascal, Pascal, ClermontClermont--Ferrand, Francia), Ferrand, Francia),
•• Se trata de un protozoo ciliado, cosmopolita, presente en casi tSe trata de un protozoo ciliado, cosmopolita, presente en casi todo tipo de cursos de odo tipo de cursos de agua dulce y capaz de adaptarse a una amplia gama de ambientes,agua dulce y capaz de adaptarse a una amplia gama de ambientes,
•• ““In vitroIn vitro”” se adapta muy bien a cultivos axse adapta muy bien a cultivos axéénicos (sin presencia de otros organismos) nicos (sin presencia de otros organismos) con medios de cultivo en base a con medios de cultivo en base a 2% en 2% en proteosa peptona y extracto de levadura con proteosa peptona y extracto de levadura con adiciadicióón de sales, glucosa,n de sales, glucosa,
•• Su tamaSu tamañño medio es de 60 o medio es de 60 µµ, y su tiempo generacional (el que media entre dos , y su tiempo generacional (el que media entre dos divisiones sucesivas de la cdivisiones sucesivas de la céélula) en condiciones lula) en condiciones óóptimas de cultivo, (28ptimas de cultivo, (28ºº C, medio de C, medio de cultivo 2% proteosa peptona, extracto de levadura y sales inorgcultivo 2% proteosa peptona, extracto de levadura y sales inorgáánicas), ronda las 3 nicas), ronda las 3 horas,horas,
•• Tetrahymena pyriformisTetrahymena pyriformis GL no posee micronGL no posee micronúúcleo, por lo que no posee reproduccicleo, por lo que no posee reproduccióón n sexual, bassexual, basáándose esta en la divisindose esta en la divisióón transversa de la cn transversa de la céélula, caracterlula, caracteríística propia de los stica propia de los ciliados,ciliados,
•• Su nSu núúcleo posee membrana nuclear al igual que los organismos superiorcleo posee membrana nuclear al igual que los organismos superiores es ––eucariotaeucariota--, , su biologsu biologíía y sus respuestas a distintos medios son bien conocidas, su mana y sus respuestas a distintos medios son bien conocidas, su manejo en el ejo en el laboratorio es relativamente simple, y tiene un corto tiempo genlaboratorio es relativamente simple, y tiene un corto tiempo generacional,eracional,
•• AdemAdemáás ha sido empleado desde hace ms ha sido empleado desde hace máás de 40 as de 40 añños en la evaluacios en la evaluacióón de efectos n de efectos carcinogencarcinogenééticos, en la acciticos, en la accióón de insecticidas, funguicidas, micotoxinas, productos n de insecticidas, funguicidas, micotoxinas, productos ququíímicos, metales pesados, y drogas farmacmicos, metales pesados, y drogas farmacééuticas.uticas.
CARACTERÍSTICAS DEL ORGANISMO ELEGIDO
* Experimentos realizados en la Autoridad del Agua, Provincia de Buenos Aires
3939
ENSAYOS DE TOXICIDAD AGUDAENSAYOS DE TOXICIDAD AGUDA
•• Se trabajSe trabajóó con [CDNBA]con [CDNBA]00 entre 25.3 y 1014 entre 25.3 y 1014 µµM. M.
•• Se realizaron experimentos con control de pH y ajustando el mismSe realizaron experimentos con control de pH y ajustando el mismo a pH 6.0 o a pH 6.0 en NaOH, en NaOH,
En ambos protocolos, 1.3 mL de soluciones de CDNBA seEn ambos protocolos, 1.3 mL de soluciones de CDNBA seinocularon a 0.2 mL of inocularon a 0.2 mL of TetrahymenaTetrahymena pyriformis pyriformis precultivadaprecultivada (48 h).(48 h).ConcentraciConcentracióón inicial del de la n inicial del de la TetrahymenaTetrahymena fue 2,4x10fue 2,4x1066
ccéélulas/mL. lulas/mL.
•• La movilidad de los organismos se observLa movilidad de los organismos se observóó bajo lupa estereoscbajo lupa estereoscóópica (10pica (10--50X) 50X) a los 1, 30, 60 minutos, 24 y 48 horas. a los 1, 30, 60 minutos, 24 y 48 horas.
•• Los organismos inmLos organismos inmóóviles fueron trasladados a una cubeta con agua destilada viles fueron trasladados a una cubeta con agua destilada y fueron observados a los 10 minutos y a las 24 horas. y fueron observados a los 10 minutos y a las 24 horas.
Los mismos se consideran muertos ante la persistencia de su inmoLos mismos se consideran muertos ante la persistencia de su inmovilidad vilidad (normalmente 24 h). En consecuencia, para considerar mortalidad (normalmente 24 h). En consecuencia, para considerar mortalidad de una de una determinada dilucideterminada dilucióón, todos los organismos de las 5 cubetas debn, todos los organismos de las 5 cubetas debíían estar an estar inminmóóviles. viles.
•• Los experimentos en blanco se realizaron con agua.Los experimentos en blanco se realizaron con agua.
4040
ENSAYOS DE INHIBICIENSAYOS DE INHIBICIÓÓN DE CRECIMIENTON DE CRECIMIENTO•• Para los ensayos de inhibiciPara los ensayos de inhibicióón de crecimiento, se utilizn de crecimiento, se utilizóó el protocolo de Y. el protocolo de Y.
Yoshioka (1985). Se trabajYoshioka (1985). Se trabajóó con tubos bacteriolcon tubos bacteriolóógicos de 15 ml. gicos de 15 ml. conteniendo 8 ml de medio PPYS 0.2% previamente autoclavados a lconteniendo 8 ml de medio PPYS 0.2% previamente autoclavados a los os cuales se le adicionaron 0.2 ml de un cultivo de Tetrahymena en cuales se le adicionaron 0.2 ml de un cultivo de Tetrahymena en medio medio PPYS 0.2% en su fase de crecimiento exponencial (entre 24 y 48 hPPYS 0.2% en su fase de crecimiento exponencial (entre 24 y 48 horas), oras), y 1.8 ml de soluciy 1.8 ml de solucióón del sustrato,n del sustrato,
•• La concentraciLa concentracióón de CDNBA se varin de CDNBA se varióó entre 18,3 y 292,7 entre 18,3 y 292,7 μμM. Los tubos M. Los tubos fueron incubados durante 24 h en posicifueron incubados durante 24 h en posicióón vertical a 28n vertical a 28ºº C,C,
•• Los organismos se fijaron con una soluciLos organismos se fijaron con una solucióón de acido pn de acido píícrico saturada. crico saturada. Luego se contaron bajo un microscopio Luego se contaron bajo un microscopio óóptico a 100X en una cptico a 100X en una cáámara de mara de recuento de Fuchsrecuento de Fuchs--Rosenthal contRosenthal contáándose 3 alndose 3 alíícuotas por tubo, y cuotas por tubo, y calculcalculáándose la media de los tres tubos para cada concentracindose la media de los tres tubos para cada concentracióón. El n. El nnúúmero de organismos iniciales se calculmero de organismos iniciales se calculóó del cultivo del cual se del cultivo del cual se obtuvieron las cobtuvieron las céélulas para los ensayos,lulas para los ensayos,
•• Los resultados se compararon empleando el anLos resultados se compararon empleando el anáálisis de varianza lisis de varianza (ANOVA), entre los tratamientos y dentro de cada tratamiento. El(ANOVA), entre los tratamientos y dentro de cada tratamiento. El mismo mismo fue verificada empleando el test fue verificada empleando el test FFcc. El valor de EC. El valor de EC5050 (concentraci(concentracióón del n del CDNBA en que la inhibiciCDNBA en que la inhibicióón del crecimiento poblacional es del 50% con n del crecimiento poblacional es del 50% con respecto al testigo) fue obtenido utilizando el programa respecto al testigo) fue obtenido utilizando el programa Inhibition Inhibition Concentration ApproachConcentration Approach (ICp) Versi(ICp) Versióón 2.0. Para ello se representn 2.0. Para ello se representóó el el log[CDNBA] empleando el Icp.log[CDNBA] empleando el Icp.
4141
EFECTO DEL pH DE LAS SOLUCIONES DE CDNBAEFECTO DEL pH DE LAS SOLUCIONES DE CDNBA
Concentración(mol.l-1)
pH 10 minutos 30 minutos 60 minutos 24 horas 48 horas
1.014 x 10-3 3.5 + + + + +
5.07 x 10-4 3.7 + + + + +
1.014 x 10-4 4.3 √ √ + + +
5.06 x 10-5 4.9 √ √ √* √** √**
2.53 x 10-5 5.0 √ √ √* √ √
TESTIGO 5.9 √ √ √ √ √
Ensayo de letalidad para el CDNBA. pH dado por el compuesto. √ Organismos vivos; +Organismos muertos; √* Organismos con muy poca movilidad; √** Muy pocos organismos vivos.
Ensayos en agua destilada sin regulación del pH muestran que el 100% de los organismos muere luego de 60 minutos de exposición a una concentración de 1.10-4
mol.L-1. A mayores concentraciones la mortalidad fue instantánea.Bajo control del pH, ([CDNBA] entre 9.9x10-4 mol.L-1 y 4.94 x 10-5 mol.L-1 los
organismos sufren un shock y disminuye su movilidad durante las primeras 24 horas. Pasadas las 48 horas estos se recobran y adquieren la misma movilidad que la observada en el blanco
4242
INHIBICIINHIBICIÓÓN DE CRECIMIENTON DE CRECIMIENTO
•• Muestras no irradiadasMuestras no irradiadas•• La EC50, definida como la concentraciLa EC50, definida como la concentracióón del CDNBA en que la n del CDNBA en que la
inhibiciinhibicióón del crecimiento poblacional es del 50% con respecto al n del crecimiento poblacional es del 50% con respecto al testigo, fue de 1.04 x 10testigo, fue de 1.04 x 10--44 mol.Lmol.L--11. .
•• Para el cPara el cáálculo se utilizlculo se utilizóó el mel méétodo todo IcpIcp. El . El pHpH de los cultivos estuvo de los cultivos estuvo comprendido entre 6.5 y 6.6 unidades de comprendido entre 6.5 y 6.6 unidades de pHpH debido a la capacidad debido a la capacidad buffer del medio PPYS. buffer del medio PPYS.
•• En la Figura 1 se muestra el logaritmo de la concentraciEn la Figura 1 se muestra el logaritmo de la concentracióón del n del reactivo versus el porcentaje de inhibicireactivo versus el porcentaje de inhibicióón del crecimiento n del crecimiento poblacional de las cpoblacional de las céélulas.lulas.
•• log [DNCBA]= log [DNCBA]= --4.668+0.0129 (% I) 4.668+0.0129 (% I) •• I: InhibiciI: Inhibicióón del crecimiento.n del crecimiento.
•• rr22= 0.9930= 0.9930
% I nhibición0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 70 75 80 85 90 95 100
log
[CD
NB
A]
-5.00
-4.75
-4.50
-4.25
-4.00
-3.75
-3.50
-3.25
-3.00
4343
RESULTADOS EXPERIMENTALES*RESULTADOS EXPERIMENTALES*
[CDNBA]/[CDNBA]/µµMM cell growthcell growth< cell/< cell/mLmL >> % inhibition% inhibition
00 5739057390 00
36.636.6 4569445694 20.420.4
73.273.2 3506935069 38.938.9
146.3146.3 2149321493 62.562.5
292.7292.7 59025902 89.789.7
*J. López, F. García Einschlag, L. Villata and A.L. Capparelli, Environmental Toxicology and Chemistry . 23 (2004) 1129-1135
4444
CAMBIOS MORFOLCAMBIOS MORFOLÓÓGICOS SOBRE EL PROTOZOOGICOS SOBRE EL PROTOZOO•• En las Fotos A y B se observa el aspecto de las cEn las Fotos A y B se observa el aspecto de las céélulas de una poblacilulas de una poblacióón n
expuesta durante 96 horas a una concentraciexpuesta durante 96 horas a una concentracióón n subletalsubletal del compuesto en del compuesto en estudio y una poblaciestudio y una poblacióón testigo respectivamente. Se observa en las cn testigo respectivamente. Se observa en las céélulas lulas sometidas al tsometidas al tóóxico una zona de material mxico una zona de material máás denso ubicada entre la zona s denso ubicada entre la zona oral y el noral y el núúcleo. Esta zona no se observa en el blanco. cleo. Esta zona no se observa en el blanco.
Células expuestas durante 96 horas al Blanco (A) y,alCDNBA (B).Ambas fotos en campo claro 160X, [CDNBA]= 2.19X10-4
mol.L-1, pH= 5.9
A B
Las zonas de material granular más denso se observan en células expuestas a estrés (Por ejemplo: metales pesados, drogas, pH inadecuado, cambios de temperatura, etc.).
Estos grEstos gráánulos se asemejan a los que se acumulan en las cnulos se asemejan a los que se acumulan en las céélulas de lulas de organismos superiores como respuesta a una exposiciorganismos superiores como respuesta a una exposicióón a metales pesados. n a metales pesados. Se conoce que estos grSe conoce que estos gráánulos estnulos estáán comprometidos en el secuestro de los n comprometidos en el secuestro de los ttóóxicos. La naturaleza de la matriz es axicos. La naturaleza de la matriz es aúún discutidan discutida.
4545
RESULTADOS EXPERIMENTALES SOBRE MUESTRAS IRRADIADASRESULTADOS EXPERIMENTALES SOBRE MUESTRAS IRRADIADAS
•• Los ensayos de inhibiciLos ensayos de inhibicióón con los productos generados durante la fotn con los productos generados durante la fotóólisis UV lisis UV muestran un incremento en la toxicidad de las soluciones con el muestran un incremento en la toxicidad de las soluciones con el tiempo de tiempo de irradiaciirradiacióón.n.
•• Los productos generados durante la irradiaciLos productos generados durante la irradiacióón afectan de manera importante el n afectan de manera importante el crecimiento de las ccrecimiento de las céélulas.lulas.
PorcentajePorcentaje de de inhibiciinhibicióónn de de crecimientocrecimiento versus el versus el tiempotiempo de de irradiaciirradiacióónn ((t/hst/hs) ) de de solucionessoluciones de CDNBA (de CDNBA (3.65x103.65x10--5 5 mol.Lmol.L--11))..
Tiempo de fotólisis % Inhibición 0 6.4 1 23
2 29.2
3 57.8
4 66.8
5 52.5
6 56.3
7 82.1
8 94.2
Tiempo / horas
0.0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0 3.5 4.0 4.5 5.0 5.5 6.0 6.5 7.0 7.5 8.0 8.5 9.0Po
rcen
taje
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
4646
•• FOTODEGRADACIFOTODEGRADACIÓÓN EN PRESENCIA DE N EN PRESENCIA DE NITRATO Y EN PRESENCIA DE NITRITONITRATO Y EN PRESENCIA DE NITRITO
4747
RESULTADOS UV/NORESULTADOS UV/NO33-- vsvs UV/NOUV/NO22
--..
Figura 1: Espectros Resueltos en el Tiempo (UV/NO3K)
λ / nm200 250 300 350 400 450 500
Abs
orba
ncia
0.0
0.5
1.0
1.5
2.0t=0 t=2.5 t=5 t=7.5 t=10 t=15 t=20 t=25 t=30 t=40
Figura 2: Espectros Resueltos en el Tiempo (UV/NO2Na)
λ / nm200 250 300 350 400 450 500
Abs
orba
ncia
0.0
0.5
1.0
1.5
2.0
t=0 t=5 t=10t=15 t=20 t=25t=30 t=40t=50t=60t=75
Figura 3: Perfil de HPLC (UV/NO3K)
Tiempo / min0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
Seña
l a 2
20 n
m
0.0
0.1
0.2
0.3
0.4
NO
3-
NB
ED
NB
ON
P
MN
PPN
P
PHE
NC
ANO
2-
Figura 4: Perfil de HPLC (UV/NO2Na)
Tiempo / min0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
Seña
l a 2
20 n
m0.00
0.05
0.10
0.15
0.20
NO
2-
NC
A PHE
NB
ED
NB
ON
PMN
PPN
P??
NO
3- + ?
?
Condiciones experimentales
Aniones: NO2-, entre 1x10-4 y 2.5x10-2 M, - NO3
- entre 5x10-4 y 0.5 M. Orgánicos: PNP entre 1x10-4 y 1x10-3 M, NBE como sustrato su concentración fue 1.0x10-3 M.
4848
RESULTADOS UV/NORESULTADOS UV/NO33-- vsvs UV/NOUV/NO22
--..
•• VelocidadesVelocidades de de degradacidegradacióónnFigura 5: Velocidades de degradación de NBE (UV/NO3K)
[NO3-] / M
0.0 0.1 0.2 0.3 0.4
k app
/ m
in-1
0.00
0.01
0.02
0.03
0.04
0.05
Figura 6: Velocidades de degradación de NBE (UV/NO2Na)
[NO2-] / M
0.000 0.005 0.010 0.015 0.020 0.025
k app
/ m
in-1
0.000
0.004
0.008
0.012
0.016
0.020
Figura 12.4
R ([H2O2]/[NBE])0 100 200 300 400 500 600
V / V
max
0.0
0.2
0.4
0.6
0.8
1.0
1.2
[NBE]= 1,51.10-4 M[NBE]= 3,10.10-4 M
Velocidad de degradación del NBE (UV/H2O2)
4949
Figura 7: Velocidad de Consumo de NO2- vs. [PNP]
[PNP] / M0 2e-4 4e-4 6e-4 8e-4 1e-3
Con
sum
o N
O2- /
M.m
in-1
0.0
2.0e-6
4.0e-6
6.0e-6
8.0e-6
1.0e-5
1.2e-5
Mecanismo Simplificado para estos sistemas:1) NO3
- + hv + H+ → NO2• + HO•
2) NO2- + hv + H+ → NO• + HO•
3) NO2- + HO• → NO2
• + HO-
4) 2NO2• + H2O → NO2
- + NO3- + 2H+
5) NO2• + NO• + H2O → 2NO2
- + 2H+
6) S + HO• → Productos de Oxidación 7) S + NO• / NO2
• → Nitroso / Nitro Derivados
Mecanismo simplificado’: UV/H2O2
5050
ANANÁÁLISIS DE LOS RESULTADOSLISIS DE LOS RESULTADOS
•• Las fotLas fotóólisis UV/NOlisis UV/NO33-- y UV/NOy UV/NO22
-- en presencia de material orgen presencia de material orgáánica son nica son procesos muy complejos.procesos muy complejos.
•• El mecanismo simplificado propuesto resume solamente las reacciEl mecanismo simplificado propuesto resume solamente las reacciones ones directamente involucradas con los radicales hidroxilo y la convedirectamente involucradas con los radicales hidroxilo y la conversirsióón de n de sustrato.sustrato.
•• A bajas concentraciones, la velocidad de degradaciA bajas concentraciones, la velocidad de degradacióón debiera estar n debiera estar asociado con el aumento en la producciasociado con el aumento en la produccióón de radicales n de radicales HOHO●● (Reacciones 1 y (Reacciones 1 y 2). 2).
•• A altas concentraciones de iones NOA altas concentraciones de iones NO33-- se alcanza una velocidad de se alcanza una velocidad de
degradacidegradacióón prn práácticamente constante, mientras que en presencia de iones cticamente constante, mientras que en presencia de iones NONO22
-- la velocidad de consumo de sustrato pasa por un mla velocidad de consumo de sustrato pasa por un mááximo y decae a ximo y decae a concentraciones mayores. Este fenconcentraciones mayores. Este fenóómeno puede explicarse considerando el meno puede explicarse considerando el secuestro de radicales secuestro de radicales HOHO●● por parte de los iones NOpor parte de los iones NO22
-- (Reacci(Reaccióón 3).n 3).
•• Finalmente el comportamiento observado en la Figura 7 podrFinalmente el comportamiento observado en la Figura 7 podríía estar a estar relacionado con el consumo de radicales nitrogenados por parte drelacionado con el consumo de radicales nitrogenados por parte del el sutratosutratoorgorgáánico (Reaccinico (Reaccióón 7) y, como consecuencia de ello, n 7) y, como consecuencia de ello, la inhibicila inhibicióón de las n de las reacciones de regeneracireacciones de regeneracióón de iones NOn de iones NO22
-- (Reacciones 4 y 5).(Reacciones 4 y 5).
5151
FENTON TFENTON TÉÉRMICORMICO
5252
FENTONFENTON
•• REACCIONES SIGNIFICATIVAS ASOCIADAS AL FENTON TREACCIONES SIGNIFICATIVAS ASOCIADAS AL FENTON TÉÉRMICORMICO
•• FeFe(II) + H(II) + H22OO22 →→ FeFe(III) + OH(III) + OH-- + HO+ HO•• (1)(1)•• FeFe(III) + H(III) + H22OO22 [[FeFe(III)(H(III)(H22OO22)] )] →→ FeFe(II) + HO(II) + HO22
•• + H+ H++ (2)(2)•• HOHO•• + H+ H22OO22 →→ HOHO22
•• + H+ H22OO (3)(3)•• HOHO•• + + FeFe(II) (II) →→ FeFe(III) + OH(III) + OH-- (4)(4)•• FeFe(III) + HO(III) + HO22
•• →→ FeFe(II) + O(II) + O22 + H+ H++ (5)(5)•• FeFe(II) + HO(II) + HO22
•• + H+ H++ →→ FeFe(III) + H(III) + H22OO22 (6)(6)•• HOHO22
•• + HO+ HO22•• →→ HH22OO22 + O+ O22 (7)(7)
•• En estas reacciones, Fe(II) e Fe(III) representan a todas las En estas reacciones, Fe(II) e Fe(III) representan a todas las especies presentes en la soluciespecies presentes en la solucióón en sus respectivos estados de n en sus respectivos estados de oxidacioxidacióón.n.
5353
ESTUDIO DE LA REACCIESTUDIO DE LA REACCIÓÓN FENTON TN FENTON TÉÉRMICA RMICA -- DEGRADACIDEGRADACIÓÓN DE N DE
NITROBENCENONITROBENCENO
Condiciones experimentales:Condiciones experimentales:•• Los experimentos se realizaron en la oscuridad, a Los experimentos se realizaron en la oscuridad, a pHpH 3.0 y 3.0 y
temperatura ambiente. temperatura ambiente.
•• Las relaciLas relacióón de concentraciones Fen de concentraciones Fe+2+2 /H/H22OO22 en todos los en todos los experimentos fue igual a 1.experimentos fue igual a 1.
•• La concentraciLa concentracióón del reactivo de n del reactivo de FentonFenton se varise varióó entre 2.5x10entre 2.5x10--44 y y 5x105x10--33 M, mientras que [NBE]M, mientras que [NBE]00 se mantuvo en un valor constante de se mantuvo en un valor constante de 1x101x10--33 M. M.
•• A los 30 min. de reacciA los 30 min. de reaccióón se analizaron los productos empleando las n se analizaron los productos empleando las ttéécnicas HPLC/UV, CG/MS, LC/MS e IC(*).cnicas HPLC/UV, CG/MS, LC/MS e IC(*).
(*) (*) En el marco de la cooperaciEn el marco de la cooperacióón con el Prof. Dr. E. Pramauro de la Universidad de Turn con el Prof. Dr. E. Pramauro de la Universidad de Turíín, Italian, Italia
5454
RESULTADOS EXPERIMENTALESRESULTADOS EXPERIMENTALES
[RF]/[NBE]0 1 2 3 4 5
Deg
rada
ción
% N
BE
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
[RF]/[NBE]0 1 2 3 4 5
Ren
dim
ient
os %
de
prod
ucto
s
0
1
2
3
4
5
6
7PNP MNP ONP DNB 4NC FEN
Productos Técnicas
2-Nitrofenol (ONP) HPLC-UV, LC-MS, CG-MS
3-Nitrofenol (MNP) HPLC-UV, LC-MS, CG-MS
4-Nitrofenol (PNP) HPLC-UV, LC-MS, CG-MS
Fenol (FEN) HPLC-UV, CG-MS
Hidroquinona (HQ) CG-MS
Benzoquinona (BQ) HPLC-UV, CG-MS
4-Nitrocatecol (4NC) HPLC-UV, LC-MS
1,3-dinitrobenceno (DNB) HPLC-UV, LC-MS, CG-MS
Isómeros de nitrobifenilos CG-MS
3,5-dinitrofenol e isómero del mismo LC-MS
NO2- IC, HPLC-UV
NO3- IC
Ac. Oxálico (C2O4=) IC
Ac. Fórmico (HCOOH) IC
IntervaloIntervaloóóptimoptimoparapara el el ananáálisislisisququíímicomico
5555
ComportamientoComportamiento experimentalexperimental
k/M-1.s-1
1) Fe+2 + H2O2 → Fe+3 + HO- + HO• k1 = 602) Fe+2 + HO• → Fe+3 + OH- k2 = 2.5x108
3) H2O2 + HO• → HO2• + H2O k3 = 3.0x107
4) Fe+3 + HO2• → Fe+2 + O2 + H+ k4 = 1.0x 104
5) S + HO• → P1 k5 = 5.0x109
6) S + HO2• → P2 k6 = 2.0x106
NO2
NO2
OH
OH
OH
OH
OH
O
O
NO2
OHOH
OH
H2C2O4
O2
OH
OH O2
HCOOH
OH O2 CO2
OH2Fe
3+
NO2
NO2
OH OH O2
NO2
NO2
NO2 OH
OH
NO2
++
-
-
- /
?
-
5656
DEGRADACIÓN FOTOQUÍMICA Y FOTOCATALÍTICA DEL 4,6-DINITRO ORTOCRESOL
•• Los dinitro ortocresoles Los dinitro ortocresoles pertenecen a una familia de pertenecen a una familia de sustancias utilizadas en la sustancias utilizadas en la agricultura como plaguicidas. agricultura como plaguicidas. Presentan diversos usos: Presentan diversos usos: herbicidas (matamalezas y herbicidas (matamalezas y defoliantes), acaricidas, defoliantes), acaricidas, nematicidas, ovicidas y nematicidas, ovicidas y fungicidas. Dado que estas fungicidas. Dado que estas sustancias cuentan con una sustancias cuentan con una elevada capacidad biocida son elevada capacidad biocida son extremadamente textremadamente tóóxicos.xicos.
tiempo / minutos0 20 40 60 80 100 120 140 160
DN
OC
con
cent
raci
ón re
lativ
a0,0
0,2
0,4
0,6
0,8
1,0
1,2 pH=4,6 pH=12 pH=2 INFLUENCIA DEL pH
En la degradaciEn la degradacióón fotoqun fotoquíímica se trabajmica se trabajóó en en condiciones por debajo y por encima del condiciones por debajo y por encima del pKapKa y a y a pHpH aproximadamente igual a este valor. Los aproximadamente igual a este valor. Los resultados obtenidos hasta el momento indican resultados obtenidos hasta el momento indican que la degradacique la degradacióón es mn es máás eficiente cuanto s eficiente cuanto mayor es el mayor es el pHpH de la muestra, y por lo tanto de la muestra, y por lo tanto mayor la proporcimayor la proporcióón de la forma disociadan de la forma disociada.
pKa = 4,31
5757
FotocatFotocatáálisis del 4,6lisis del 4,6--dinitrodinitro--oo--cresolcresol
•• La transformaciLa transformacióón fotocataln fotocatalíítica del pesticida DNOC (4,6tica del pesticida DNOC (4,6--dinitrodinitro--oo--cresol) cresol) en presencia de suspensiones de TiOen presencia de suspensiones de TiO22 fue estudiada en soluciones acuosas fue estudiada en soluciones acuosas aireadasaireadas..
•• La degradaciLa degradacióón rn ráápida y completa del sustrato se alcanzpida y completa del sustrato se alcanzóó bajo irradiacibajo irradiacióón con luz n con luz solar simuladasolar simulada (50(50--90 90 minutosminutos)), ,
•• La mineralizaciLa mineralizacióón es lenta y se alcanza despun es lenta y se alcanza despuéés de ms de máás de 1s de 1880 minutos de 0 minutos de irradiaciirradiacióón. El proceso va acompan. El proceso va acompaññado de la formaciado de la formacióón de productos n de productos nitrogenados inorgnitrogenados inorgáánicosnicos,,
• La degradación fotocatalizada se realizó en celdas cilíndricas Pyrex (diametro: 4 cm, altura: 2,5 cm), en Solarbox, sistema equipado con una lampara de Xe de 1500 W y filtro de 340 nm (1.4x10-5 einstein min-1). Tal sistema permite poder operar sobre cantidades reducidas de muestra y sobre más muestras simultaneamente. Condiciones: 0.1 mM en DNOC y 200 mg L-1 de TiO2
•• La velocidad de reacciLa velocidad de reaccióón es dependiente del pH inicialn es dependiente del pH inicial. .
•• Tanto el anTanto el anáálisis de los productos finales de reaccilisis de los productos finales de reaccióón como el de los n como el de los intermediarios mediante HPLCintermediarios mediante HPLC--MS es consistente con un mecanismo de MS es consistente con un mecanismo de reaccireaccióón badado en el ataque del sustrato por radicales HOn badado en el ataque del sustrato por radicales HO••, dando lugar a , dando lugar a la hidroxilacila hidroxilacióónn del anillo aromdel anillo aromáático y la oxidacitico y la oxidacióón del grupo CHn del grupo CH33 a a velocidades comparables, siendo determinantes para los primeros velocidades comparables, siendo determinantes para los primeros estadestadííos os de la reaccide la reaccióónn. .
•• La reducciLa reduccióón directa de los grupo nitro sobre la superficie del semiconductn directa de los grupo nitro sobre la superficie del semiconductos para os para formar iones amonios, de la presencia de intermediarios en menorformar iones amonios, de la presencia de intermediarios en menor concentraciconcentracióón n pareciera ser un paso de reaccipareciera ser un paso de reaccióón viable.n viable.
5858
ESQUEMA DE REACCIESQUEMA DE REACCIÓÓNN
O-
CH3
N+
N+
O-O
O-
O
O-
CH3
N+
N+
O-O
O-
O
OH
O-
N+
N+
O-O
O-
O
CH2OH
m/z 213
m/z 213
O-
N+
N+
O-O
O-
O
CHO
m/z 211
OH
N+O-O
N+O-
O
O-
OH
N+
N+
OH
O-O
O-
O
OH
m/z 231
m/z 227
m/z 197
m/z 168
O-
N+O-O
CHO
m/z 182
O-
CH3
N+
N+
OH
O-O
O-
O
OH
m/z 229
O-
CH3
NH2
O-
CH2OH
N+
N+
O-O
O-
O
OH
O-
CH2OH
N+
N+
O-O
O-
O
OH OH
m/z 229
m/z 245
m/z 138
O-
CH2OH
NHOH
N+O-
O
OH OH
CH3
N+O-O
O-OH
COO-
CH3
O-
N+O-
O
OH
O-
CH3NH2
OH O-
CHON+O-
O
OH
1
2a
34
6
5
107
8
13b
9
14a 14b
13a
O-
CH3
N+
N
O-O
O
OH
2b
idroxidrox ox
red
idrox
idroxox
ox
ox
idrox
ox
OH
OH
11a 11b
i
ii
iii
CH2OH
O-
N+O-
O
12
ox -CO2
idrox
red
-NO2
idrox-CO2
idrox
-NO2
D. Fabbri, L. Villata, A. Bianco Prevot, A.L. Capparelli and E. Pramauro, J.Photochem.Photobiol.,A, (2005) In press
5959
ANANÁÁLISISLISIS
DNOC_167 #376 RT: 5.16 AV: 1 NL: 5.44E4T: {0,0} - c ESI corona sid=70.00 det=1200.00 Full ms [ 50.00-400.00]
50 100 150 200 250 300 350 400m/z
0
5
10
15
20
25
30
35
40
45
50
55
60
65
70
75
80
85
90
95
100
Rel
ativ
e Ab
unda
nce
231.1
213.1
167.1
232.2153.2183.1137.297.285.0 214.161.5 197.8121.7 233.4221.3 274.1247.4 298.5 315.6 331.7 344.0 396.5375.3
Espectro de masas asignado a uno de los intermediarios de reacción (5)
6060
Dr. FERNANDO S. GARCIA EINSCHLAGDr. FERNANDO S. GARCIA EINSCHLAGDra. LAURA S. VILLATADra. LAURA S. VILLATALic. JORGE LUIS LOPEZ*Lic. JORGE LUIS LOPEZ*Lic. LUCIANO CARLOSLic. LUCIANO CARLOSLic. CARINA V. RIVESLic. CARINA V. RIVES
Sr. JUAN M. TRISZCZSr. JUAN M. TRISZCZSr. JUAN M. FELICESr. JUAN M. FELICESrta. Srta. MARMARÍÍA D. PEREDAA D. PEREDASrtaSrta. Y. YÉÉSICA BRUNISICA BRUNI
INIFTA (Universidad de La Plata yDirección del Agua (Pcia de Bs. As.)
Prof. Dr. ANDRÉ BRAUNDr. ESTHER OLIVEROS
y Colaboradores
Engler-Bunte InstitütUniversität Karlsruhe - Alemania
APOYOSAPOYOSANPCyTANPCyTCONICETCONICETUNLPUNLPSECyTSECyT--BMFBBMFBAcuerdo UNLPAcuerdo UNLP--UniversidadUniversidad de de TurTuríínnFUNDACIFUNDACIÓÓN ANTORCHASN ANTORCHAS
Prof. Dr. EDMONDO PRAMAUROProf. Dr. EDMONDO PRAMAURODra. Dra. ALESSANDRA BIANCO PREVOTALESSANDRA BIANCO PREVOT
DraDra. DEBORA FABBRI. DEBORA FABBRI
Dipartimento di Chimica AnaliticaUniversitá di Torino - Italia
AGRADECIMIENTOS
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