| Summary: | RESUMEN
La presente Tesis Doctoral, titulada “Aplicación de espectrometría de la masas y la resonancia magnética nuclear a la caracterización metabolómica de bebidas alcohólicas y al análisis de tóxicos en aguas”, estudia el uso de herramientas de la metabolómica en la clasificación e identificación de marcadores químicos de calidad en bebidas alcohólicas mediante técnicas espectrométricas (GC-MS, LC-MS) y de NMR. A tal fin, se han llevado a cabo distintas etapas del proceso analítico como la preparación de muestra, adquisición fingerprinting, pre-procesado de datos, modelado multivariante, validación de modelos y fusión de datos multi-técnica. Los modelos desarrollados se han aplicado a muestras reales de ron dorado para su clasificación en función de los procesos de preparación a los que se ven sometidos, así como a la determinación de marcadores químicos de calidad de éstos.
Además, se ha aplicado la técnica de NMR cuantitativa para la determinación de diferentes analitos. En concreto se han usado métodos de adquisición basados en núcleos magnéticamente activos de boro y fósforo para la cuantificación de ácido bórico y ácido etidrónico respectivamente, tanto mediante cuantificación interna (estándar interno, IS, del núcleo observado) como externa (rectas de calibrado mediante uso de patrones analíticos). Los métodos se han validado según las guías vigentes para parámetros como selectividad, rango de trabajo, precisión interdía e intradía, límite de cuantificación (LOQ), recuperación e incertidumbre (U).
Así pues, los estudios realizados en la presente Tesis se pueden dividir en dos secciones: la primera orientada a la aplicación de herramientas de la metabolómica y la segunda a la aplicación cuantitativa de la NMR. La primera sección cuenta con los siguientes trabajos:
o Desarrollo de una estrategia para la clasificación de ron usando tratamientos metabolómicos a través de huellas dactilares adquiridas por microextracción en fase sólida (SPME) de espacio en cabeza (HS) acoplada a cromatografía de gases–espectrometría de masas (HS-SPME-GC-MS). El método desarrollado se ha aplicado a rones dorados comerciales para su clasificación en función de las etapas de elaboración de éstos y determinación de marcadores químicos en su fase volátil y/o semivolátil.
o Estudio metabolómico de ron dorado mediante la adquisición de huellas dactilares de sus componentes no volátiles a través de inyección directa con dilución (dilute and shoot) y cromatografía de líquidos acoplada a espectrometría de masas de alta resolución (LC-HRMS). El método desarrollado ha permitido la clasificación y determinación de marcadores químicos de rones dorados comerciales.
o Estudio metabolómico de rones dorados mediante la adquisición de huellas dactilares a través resonancia magnética nuclear de protón (1H-NMR) y fusión de datos multi-técnica (GC-MS, LC-MS y NMR). El modelo desarrollado mediante 1H-NMR se ha aplicado al estudio de los compuestos mayoritarios presentes en rones dorados comerciales. Además, se han comparado las capacidades discriminatorias de las diferentes técnicas y su fusión en los análisis multivariantes aplicados.
Los trabajos que se incluyen en la segunda sección se muestran a continuación:
o Desarrollo y aplicación de un método mediante NMR de boro-11 (11B-NMR) para la determinación de ácido bórico en biocidas sólidos. Los resultados se han comparado con técnicas previamente ya establecidas (espectrometría de masas por plasma de acoplamiento inductivo, ICP-MS). El método desarrollado se ha validado conforme a las guías vigentes y ha sido aplicado a diferentes muestras reales de biocidas comerciales para aguas agrícolas y de piscinas.
o Desarrollo y aplicación de un método mediante NMR de fósforo-31 (31P-NMR) para la determinación de ácido etidrónico en agua de lavado de vegetales. Se han comparado distintos métodos de cuantificación con calibración interna y externa. El método desarrollado, y posteriormente validado, se ha aplicado al estudio de muestras de aguas provenientes del lavado de frutas y hortalizas.
ABSTRACT
This Doctoral Thesis entitled “Application of mass spectrometry and nuclear magnetic resonance to the metabolomic characterization of alcoholic beverages and to the analysis of contaminants in water” studies the application of metabolomic tools in the classification and identification of quality chemical biomarkers in alcoholic beverages using spectrometric techniques (GC-MS, LC-MS) and NMR, responding to the current demand for control and monitoring in this field. To this end, different stages have been carried out such as sample preparation, fingerprinting acquisition, data pre-processing, multivariate analysis, model validation and multi-technical data fusion. The developed methodologies have been applied to real samples of golden rum for its classification based on the preparation processes, as well as the determination of chemical quality markers.
In addition, the quantitative NMR technique has been applied for the determination of different analytes. In particular, acquisition methods based on magnetically active boron and phosphorus nuclei have been used for the quantitation of the analytes by internal quantitation (internal standard, IS, of the observed nucleus) and external quantitation (calibration using analytical standards). The methods have been validated according to current guidelines for parameters such as selectivity, working range, interday and intraday accuracy, limit of quantitation (LOQ), recovery and uncertainty (U).
Thus, the studies carried out in this thesis can be divided into two sections: the first focused on the application of metabolomic tools and the second to the quantitative application of NMR. The first section has the following works:
Development of a strategy for the classification of rum using metabolomic treatments through fingerprints acquired by head space (HS) and solid phase microextraction (SPME) coupled to gas chromatography – mass spectrometry (HS-SPME-GC- MS). The methodology developed has been applied to commercial golden rums for classification according to the stages of their preparation and determination of chemical biomarkers in their volatile and/or semi-volatile phase.
Metabolomic study of golden rum by fingerprint acquisition of its non-volatile components through direct injection (dilute and shoot) and liquid chromatography coupled to high resolution mass spectrometry (LC-HRMS). The methodology developed has allowed the classification and determination of chemical biomarkers of commercial golden rums.
Metabolomic study of golden rums by acquiring fingerprints through proton nuclear magnetic resonance (1H-NMR) and multi-technical data fusion (GC-MS, LC-MS and NMR). The methodology developed has been applied to the study of the majority compounds present in commercial golden rums. In addition, the discriminatory capacities of the different techniques and their fusion in the multivariate analyses applied have been compared.
The works included in the second section are shown below:
Development and application of a boron-11 NMR detection method (11B-NMR) for the determination of boric acid in solid biocides. The results have been compared with previously established techniques (ICP-MS). The developed method has been validated in accordance with current guidelines and has been applied to different real samples of commercial tablets for agricultural waters and swimming pools.
Development and application of a phosphorus-31 NMR detection method (31P-NMR) for the determination of etidronic acid in vegetable washing water. Different quantification methods have been compared with internal and external calibration. The method developed, and subsequently validated, has been applied to the study of real samples of water from the washing of vegetables and fruits.
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