Ciencia

“Los químicos analíticos trabajamos con equipos muy grandes y potentes”

El catedrático de Química Analítica Antonio Canals de la Universidad de Alicante vive un momento dulce. Dos eventos recientes le llenan de satisfacción: su nombramiento como doctor honoris causa de la Universidad de Plovdiv (Bulgaria), con la que colabora desde hace quince años, y que una multinacional fabrique equipos con un componente que ha contribuido a diseñar. Sus investigaciones se centran en el desarrollo de nueva instrumentación y metodologías ecológicas para el análisis químico. Su sueño, diseñar un equipo portátil que permita detectar contaminantes en muestras de agua o alimentos en tiempo real desde cualquier lugar inhóspito del planeta y ayudar así a salvar vidas.

¿Qué tipo de contaminantes analizan en su grupo de investigación?
Los contaminantes se pueden clasificar, de una forma simple, en dos grandes grupos: los metales (arsénico, plomo, etc.), y los compuestos orgánicos (PCBs, VOCs, dioxinas, etc). Las técnicas para el análisis de estos contaminantes son diferentes: técnicas atómicas, en el caso de los metales, y cromatográficas en el caso de los orgánicos, entre otras. Nuestro grupo ha trabajado en ambos ámbitos.

Empezamos desarrollando metodologías e instrumentación para el control de metales pesados en aguas pero también hemos tratado este problema en suelos, lodos y sedimentos, en alimentos, en residuos procedentes de la industria del calzado, y en juguetes (como pinturas de dedos para niños). Más adelante, hace unos diez años, iniciamos también una línea de investigación en contaminantes orgánicos. Un ejemplo de proyecto en este ámbito fue la identificación de filtros solares en aguas de piscinas en colaboración con un grupo de investigación de la Universitat de València.

Siempre hemos sido pioneros en España en el diseño de instrumentación analítica. Muchos grupos españoles compran los equipos de análisis y centran su investigación en el desarrollo de metodología. Nosotros en cambio, apostamos por modificar el equipo, por mejorarlo. Nuestro objetivo ahora es estudiar y desarrollar equipos de análisis portátiles. Esta línea la iniciamos en la Universidad de Alicante y desde entonces estudiantes y profesores tanto de Europa del este como de Sudamérica han visitado nuestro Departamento para formarse y colaborar en estos temas.

¿Por qué equipos portátiles?
Los químicos analíticos trabajamos con equipos muy grandes y potentes que funcionan excelentemente si tienes acceso a ellos pero ¿qué pasa si necesitas analizar muestras de agua rápidamente en un lugar remoto, por ejemplo, en los Andes? Pueden pasar semanas incluso meses hasta que las muestras llegan a la capital y son analizadas en un laboratorio. Para entonces, la respuesta puede llegar demasiado tarde.

Algo similar ocurrió hace unos años cuando formaba parte de una red de aguas en Sudamérica y nos llegó información sobre casos de enfermedades raras en una tribu de una zona poco accesible. Resulta que empezaron a utilizar envases y otros productos que generaban residuos orgánicos y metales cuando se degradaban y los vertían río arriba. Al consumir los adultos esta agua se producían malformaciones en los fetos. Esta tribu se encontraba a varios días de viaje de la capital y no se detectó a tiempo. En ese momento empezó a interesarme el desarrollo de metodologías analíticas aplicables en tiempo real, para lo cual el disponer de un pequeño equipo portátil que cupiera en una maleta para que una persona pudiera hacer al menos un análisis rápido in situ y mandar los resultados vía satélite.

No obstante, antes de desarrollar los equipos miniaturizados es imprescindible reducir también la manipulación de la muestra. Hace diez años que nos dedicamos a esta parte del proceso analítico en el que se prepara la muestra para llevarla al equipo de medida. Hemos conseguido hacer un análisis de contaminantes utilizando volúmenes muy pequeños tanto de muestra como de reactivos. Lo que viene a ser una gota de agua. Una de las principales ventajas de este avance es que se reduce drásticamente la cantidad de disolvente orgánico necesario para limpiar y concentrar los contaminantes de la muestra.

De modo que son más respetuosos con el medio ambiente.
Los químicos analíticos desarrollamos metodologías que son utilizadas, en muchos casos, para controlar las etapas de la cadena de producción o el producto final en las empresas. Sin embargo, en muchos casos los métodos aplicados también generan residuos, en algunos casos más contaminantes o tóxicos que lo que se pretende controlar. Por ejemplo, una situación normal sería la siguiente: si tengo que analizar 100 mililitros de agua, emplearía 50 mililitros de disolvente orgánico para su manipulación. Por eso, hace unos años empezó a extenderse el concepto de la química analítica ecológica que consistía, de forma resumida, en desarrollar metodologías que redujeran tanto el consumo como la generación de sustancias tóxicas y/o peligrosas para el medio ambiente y el ser humano. Una de las soluciones para evitar el consumo excesivo de reactivos era miniaturizar la preparación de la muestra, y así hemos pasado de necesitar unos 100 mililitros de muestra acuosa y 50 mililitros de disolvente orgánico extractante a consumir unos 10 mililitros de muestra y 5 microlitros de disolvente orgánico, que es lo que necesitamos nosotros ahora.

Sin embargo, resulta que aunque hayamos conseguido hacer el mismo análisis consumiendo mucho menos, aún necesitamos llevarlo a equipos de análisis convencionales. Esto significa que dependemos de grandes laboratorios. Parece absurdo pero prácticamente todos los laboratorios del mundo trabajan así. Por ello, mi sueño es diseñar equipos ligeros y portátiles que permitan hacer análisis in situ. En este ámbito dedicamos ahora nuestros esfuerzos. Una de las cosas buenas que tiene la Universidad, y que es una de las partes de este trabajo que más me gustan, es que te permite soñar, cuando no estás rodeado de papeles…

No obstante, también dedica grandes esfuerzos a la transferencia de tecnología.
Me enfrento a una dicotomía entre mi faceta idealista y soñadora, que espero no perder nunca, y que plasmo en la investigación y en la cooperación, y mi faceta muy práctica. Debemos hacer lo que nos gusta, pero al final hay que transferir esos conocimientos al mercado. En los veinticinco años que llevo en la universidad española, es por lo que más he luchado y más me ha costado. Reconozco que en estos momentos es cuando personalmente mejor me va: es el momento más dulce para mi pequeño grupo porque estamos en conversaciones con dos de las multinacionales más importantes dedicadas a la instrumentación analítica y está en explotación una de nuestras cinco patentes: se trata del nebulizador OneNeb®.

¿En qué consiste exactamente esta innovación?
La mayor parte de los equipos de análisis químico trabajan con líquidos por lo que tenemos que preparar en este formato muestras sólidas o gases. Pero además, para que ese líquido circule de manera eficiente por el interior del equipo, ciertas fases del proceso necesitan que sea en forma de aerosol o spray. Hay muchos sistemas de formación de aerosoles o también llamados sistemas de nebulización. En colaboración con un grupo de investigación de la Universidad de Sevilla, hemos dedicado diez años de trabajo a diseñar un sistema de nebulización que genera un aerosol mejorado y, desde septiembre de 2011, la multinacional Agilent Technologies ya fabrica equipos de análisis elemental con nuestro componente. La patente la explota directamente la empresa sevillana Ingeniatrics que fabrica el dispositivo pero en la Universidad de Alicante realizamos el control de calidad de las unidades que se mandan a la empresa.

¿Cuáles son sus principales ventajas?
En primer lugar, el material empleado: OneNeb® es polimérico. Los que actualmente existen en el mercado son de vidrio por lo que se rompen con facilidad y cada unidad nueva cuesta entre 600 y 1000 euros. En segundo lugar, sus ventajas mecánicas. Por su especial hidrodinámica, nuestro sistema sirve para todo tipo de muestras -de ahí el nombre OneNeb®-. Los laboratorios ahora emplean diferentes nebulizadores según el tipo de muestra (agua de mar, agua potable, suspensiones, disoluciones viscosas…), con el coste económico que esto implica.

¿Cómo es el proceso de un desarrollo como OneNeb®?
Inviertes mucho tiempo, mucho dinero y no sabes cuál va a ser el resultado final. Por suerte este caso ha sido un éxito, aunque no siempre es así. Nos hemos dejado la piel en investigación pero también en gestiones con las empresas. Hubo muchas ocasiones en las que la estudiante que hacía su tesis doctoral en esta tecnología y yo mismo pensamos en abandonar el proyecto. Los inicios fueron muy duros y decepcionantes, sobre todo hasta conseguir coordinar las actividades realizas por nosotros y por la empresa sevillana para avanzar en el desarrollo y estudio de distintos prototipos del nebulizador. Por eso hay tan pocos desarrollos como este en España, porque el proceso es muy laborioso, largo y exigente.

Las exhaustivas pruebas realizadas para demostrar a la multinacional su validez duraron un año, y cada día nos indicaban que realizáramos nuevas pruebas en el equipo que nos mandaron pero al final se convencieron de sus ventajas. A mí me satisface enormemente. Ahora la Oficina de Transferencia de Resultados de Investigación está acordando con la empresa de Sevilla los derechos económicos de la Universidad. Se venden relativamente pocas unidades porque se trata de equipos muy especializados y caros pero aún así tiene un valor y a la Universidad le corresponde una parte.

¿Qué lugar ocupa la cooperación con otros países en su trabajo?
Desde hace quince años la cooperación con países de Europa del este y de Sudamérica me ha interesado muchísimo. Concretamente con la Universidad de Plovdiv mantengo un estrecho vínculo personal y profesional. Todo surgió hace quince años cuando un profesor búlgaro inició una estancia posdoctoral conmigo. Surgió buena química y hemos mantenido la relación desde entonces. Hemos luchado para que cada año ambos pasemos tiempo en la otra universidad impartiendo cursos y que hubiera intercambio de estudiantes y profesores.

Antes de convertirse Bulgaria en estado miembro de la Unión Europea, la Universidad búlgara disponía de pocos medios así que su personal investigador venía a Alicante para aprender de nuestros proyectos relacionados con sistemas de instrumentación para el análisis de metales, en los que tenemos mucha experiencia. Mi objetivo era prepararles para que cuando entraran en la UE estuvieran en una buena posición para ser de los primeros que recibieran fondos europeos y así ha sido. Ahora están recibiendo el equivalente a Fondos FEDER, empiezan a tener muy buen equipamiento y participan en varios proyectos del Séptimo Programa Marco. Por tanto, ser nombrado doctor honoris causa fue un momento muy emotivo porque estaba rodeado de amigos.

¿Compartimos problemáticas científicas con Bulgaria?
Existe una única regulación de contaminantes para todos los países de la UE por lo que los químicos analíticos de diferentes países nos enfrentamos a las mismas problemáticas científicas. Lo que pasa es que mientras que en estados como el nuestro está implantada dicha normativa, los países que se han incorporado recientemente todavía se encuentran en la fase previa, en la formación de recursos humanos y adquisición de equipamiento de análisis. Solo entonces podrán empezar a aplicar totalmente las regulaciones europeas. Es una cuestión de desfase temporal, la misma que sufrimos nosotros hace algún tiempo. Ahora precisamente la Universidad de Alicante participa en un proyecto europeo del Séptimo Programa Marco llamado BioSUPPORT cuyo objetivo es aumentar las capacidades tanto humanas como científico-técnicas de la Universidad de Plovdiv. Con este tipo de iniciativas, la Comisión Europea espera reducir diferencias entre los países europeos.

A la ciudadanía le preocupa la cantidad de contaminantes presentes en nuestro entorno. ¿La legislación española es suficientemente rigurosa?
La legislación está bastante bien. Lo que pasa es que siempre es mejorable. Aunque es una opinión personal porque nunca he estado en comités de regulación, creo que la normativa está muchas veces condicionada por la instrumentación analítica disponible. Por eso hay un área de investigación muy importante en química analítica dedicada al desarrollo de instrumentación que permita detectar cantidades cada vez más pequeñas.

¿Debemos alarmarnos por los altos niveles de metales encontrados en varias especies de pescado?
Si comieras grandes cantidades de ese pescado contaminado al final serías un acumulador de metales pesados. Pero primero, no todos los pescados están igual de contaminados y, segundo, no solo consumimos pescado, nuestra dieta es muy variada. Hay que tomar este tipo de noticias con sentido común porque si no, al final no comerías nada. Obviamente hay que intentar que los niveles de contaminación sean más bajos para que no resulten tóxicos aunque comas más pescado o más verduras.

También hay que estudiar las nuevas metodologías de producción agrícola y animal. No sabremos si son perjudiciales hasta que pasado un tiempo se midan los efectos y entonces se establezca una nueva normativa. Nadie puede anticipar que tal compuesto va a ser contaminante a priori. Por una parte, las normativas están allí y, en general son buenas, siempre que se cumplan rigurosamente. La química, por otra parte, no es la causa de todos los males. Al fin y al cabo, los fármacos son también productos químicos y salvan muchas vidas. Además, desde que se extendieron las prácticas de la química ecológica somos mucho más respetuosos con el medio ambiente. De hecho, a quienes más les preocupa ahora el medio ambiente es a los químicos. Lo que pasa es que creo que no se explica bien: la química tiene mala prensa.

Para terminar, ¿podría explicar otra de sus líneas de investigación relacionada con formas innovadoras de preparación de muestras?
Para la preparación de muestras para el análisis hay multitud de posibilidades pero en la mayoría de los casos son lentas y poco ecológicas por lo que hace algunos años empezamos a utilizar la radiación de microondas para disolver las muestras sólidas, como el caso de lodos. Es como cocinarlos. En esa primera época adaptábamos microondas de cocina. Obviamente ahora disponemos de microondas analíticos que, aunque su funcionamiento es el mismo, tienen protección anticorrosión, sistemas de seguridad para posibles explosiones, sensores de presión y temperatura. Más recientemente empezamos a utilizar la energía de ultrasonidos para preparar la muestra. En este caso la gran limitación es que necesitas contacto físico con la muestra, es decir, introducir un medio que transporte el sonido.

Ahora hemos patentado un método combinado, un sistema de microondas y ultrasonidos con el que se logra un efecto sinérgico en el análisis medioambiental, de alimentos, productos cosméticos, industria del calzado y juguete, entre otros. En estos momentos estamos empezando a evaluar de manera novedosa las posibilidades del calentamiento de la muestra por inducción magnética. Trabajaremos por tanto, con un campo magnético. Es otro concepto lleno de posibilidades. Este proyecto ha surgido al estudiar la utilización de nanopartículas magnéticas para concentrar sustancias orgánicas como etapa previa a su análisis.

Perfíl de Antonio Canals

Antonio Canals es miembro del Departamento de Química Analítica, Nutrición y Bromatología y del Instituto Universitario de Materiales de la Universidad de Alicante. Ha realizado estancias de investigación en la Universidad Tecnológica de Georgia (USA), Universidad Nacional del Sur (Argentina) y Universidad Federal de San Carlos (Brasil). Ha sido invitado en distintos centros de investigación y universidades, tanto españolas como extranjeras, destacando la Universidad de Plovdiv, Universidad Nacional del Sur, CEPROCOR (Córdoba, Argentina) y el Instituto de Química Física de Dalian (China).

Actualmente dirige el grupo de investigación “Espectroscopía Atómica-Masas y Química Analítica en Condiciones Extremas”, es miembro del Instituto Universitario de Materiales de la Universidad de Alicante y forma parte del grupo español del proyecto europeo “Training in Metrology in Chemistry” (TrainMiC®). Ha participado activamente dentro del Programa Marco de la UE en el desarrollo de la acción COST D32 “Chemistry in High-Energy Microenvironments” (CHEM). Entre sus actividades en dicha acción se encuentran el formar parte del Comité de Gestión y la coordinación tanto de las STSM (“Short Term Scientific Missions”) como del grupo de trabajo “Microwaves and Ultrasound Activation in Chemical Analysis”.

Lauren Wickman / SINC

Sobre el autor

Jordi Sierra Marquez

Jordi Sierra Marquez

Comunicador y periodista 2.0 - Experto en #MarketingDigital y #MarcaPersonal / Licenciado en periodismo por la UCM y con un master en comunicación multimedia.

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