Keep calm and keep researching.

miércoles, 21 de septiembre de 2011

Fotosíntesis artificial

Portada del libro Solar, cualquiera diría que
 apenas trataba sobre el sol.
Terminé hace poco de leer Solar de Ian McEwan, una novela a la que dedicaré unas palabras. Aunque me decepcionó profundamente la trama (no me esperaba una novela psicológica), despertó mi curiosidad respecto a algunas cuestiones en el campo de la biónica. La novela proponía, como tema secundario y poco mencionado, un desarrollo innovador de la fotosíntesis artificial (FA) en combinación con células fotovoltaicas. La cuestión es que la fotosíntesis artificial es una realidad desde hace ya algunos años y actualmente, se siguen descubriendo nuevos materiales que mejoran el proceso. Por desgracia, la energía necesaria para la producción de hidrógeno es mayor que la producida, por lo tanto, ¿qué hay de innovador en el tema que desarrollaba (malamente) el libro?  Pues bien, profundicemos y saciemos esta curiosidad que me carcome.

Para explicar la fotosíntesis artificial tenemos que saber antes en qué se parece a su homóloga natural. La fotosíntesis se define como el proceso realizado por plantas que convierte la energía solar en energía química ¿cómo? Los fotones inciden sobre las moléculas captadoras (pigmentos encargados de captar la energía, como la clorofila) excitándolas y haciendo que emitan electrones. Las moléculas quedarán cargadas positivamente siempre que la energía del fotón sea la suficiente como para que no vuelvan a su estado basal. Los electrones emitidos serán captados por un agente reductor activando el proceso. La transferencia de energía se llevará acabo pues,  por los pigmentos hacia el centro de reacción (todo ello conformará el fotosistema).


Esquema de un fotosistema.

martes, 13 de septiembre de 2011

Laboratorios ficticios

Multitud de series americanas con temática científica toman la programación. Y es que desde hace algunos años, este género ha atraído a la audiencia de forma significativa, no tenemos más que ver la programación de la mayoría de canales, todos incluyen una serie policíaca en la que vemos la actuación del forense de turno o de la policía científica a la hora de recoger huellas dactilares o rastros de ADN en la escena del crimen. Pues bien, me gustaría explicar algunos de los instrumentos que utilizan para el análisis de muestras muchas veces en el cadáver para averiguar con qué fue asesinado o dónde. Para ello recurriré a algunos fotogramas de series conocidas que me servirán como excusa para explicaros algunas técnicas analíticas. ¡Empecemos!


Fotograma de Bones


Bien, la gráfica de esta escena podría ser un cromatograma o, posiblemente, un espectro de masas. Descompongamos las dos opciones y analicemos, que de eso se trata.


Cromatograma que muestra los tiempo de retención de 1,3 min y 2,5 min de los picos de la aflatoxina B1 y la aflatoxina  B2  respectivamente.

Opción 1. El cromatograma es el resultado gráfico de una cromatografía, técnica que permite la separación de los componentes de una mezcla dependiendo de su diferente movilidad en un medio poroso (fase estacionaria) cuando son arrastrados por un fluido (fase móvil). La muestra se divide pues en sus diferentes componentes y llega a distintos tiempos y velocidades al detector, por ello los picos que se ven en la gráfica. Cada uno de esos picos constituye un componente químico que es identificable por su tiempo de retención, correspondiente al tiempo necesario para que el componente eluya, es decir,  para que llegue hasta el detector.


Movimiento de los distintos componentes
de una muestra por la fase estacionaria.
De esta forma y consultando una biblioteca de compuestos químicos con sus tiempos correspondientes de retención, podemos identificar  los distintos componentes de la muestra analizada. Hay distintos tipos de cromatografías dependiendo del fluido que se utilice (cromatografía de gases, líquidos y fluidos supercríticos) o del medio poroso usado (cromatografía en capa fina o en papel).

Por lo tanto, los picos que apreciamos en la imagen de arriba podrían corresponder a los de una cromatografía. Opción 1 explicada.

 Opción 2. El espectro de masas, en cambio, es la representación gráfica de la espectrometría de masas (MS), potente técnica analítica utilizada para la identificación y cuantificación de compuestos así como la estructura química de algunas moléculas. Es una de las técnicas más importantes utilizadas en análisis químico. Se basa fundamentalmente en la separación de partículas moleculares o atómicas por su diferente masa; permite la detección de iones derivados de moléculas separando los núcleos atómicos en función de su relación masa/carga (m/Z). El proceso está dividido en cuatro etapas en las que se produce una vaporización y posterior ionización de la muestra, una aceleración de los iones resultantes por una campo eléctrico, una dispersión de los iones según su masa/carga y una detección de los mismos y producción de una señal eléctrica específica de cada uno que permitirá identificarlos.


Espectro donde se señala el pico base y su ion molecular más importante; la tabla de la derecha indica la concentración de cada uno de los elementos de la muestra.



A diferencia del cromatógrafo que permite identificar el compuesto con una biblioteca de tiempos de retención, el espectrómetro permite identificar los distintos elementos que forma este compuesto como se muestra en la siguiente imagen de cromatógrafo de gases (GC) acoplado al espectrómetro de masas (MS):


En la imagen, los tres espectros de masas que se obtienen pertenecen a los tres picos del cromatograma inicial, que representan a su vez a tres compuestos distintos.


Una vez terminadas las explicaciones de funcionamiento de cada uno de estos instrumentos (de forma muy resumida, eso sí), quedaría saber para qué se utilizan y qué relación podrían tener en algunas series.

La cromatografía se utiliza, por ejemplo, para identificar distintos tipos de detergentes, algunos fármacos, ácido benzoico en alimentos, plaguicidas en cítricos, aflatoxinas en el hígado, residuos de carbaryl en frutas y hortalizas, patulin en zumo de manzana, etc.

La espectrometría de masas permite la identificación de estructuras moleculares orgánicas e inorgánicas, el peso molecular de péptidos y proteínas, la presencia de drogas de abuso y sus metabolitos en sangre, orina y saliva, análisis de partículas de aerosoles, etc.

Como véis, comprenden todos los campos cuando de análisis químico se trata. Por esto son tan utilizados en algunas series, ya que de ellos depende saber la droga que corría por las venas de las víctima o el veneno que el asesino hizo que ingiriera.

Más fotogramas de Bones (esta gráfica se repite en muchos episodios)


Ahora ya sabremos que significan algunas gráficas cuando las veamos en el cine, o en el laboratorio, misión cumplida.


Nota: Esta entrada participa en el VII Carnaval de Química, que acoge el blog Feelsynapsis .



Referencias:
http://mural.uv.es/caloan/

jueves, 1 de septiembre de 2011

Algunas construcciones fantasma

Obra de ingeniería, ingenio y diseño creada por Guy Maunsell para uso militar eso sí, los Fuertes Navales Marinos de la Segunda Guerra Mundial...


    Las Fortalezas Marinas Maunsell eran torres fortificadas utilizadas en la Segunda Guerra Mundial como defensa antiaérea para Reino Unido. Los fuertes se construyeron en 1942 y se componían de siete plataformas de acero interconectadas por estructuras metálicas, todas alrededor de una plataforma central que se utilizaba de centro de control cuando no de residencia. Se sitúan en los estuarios del Río Támesis (Londres) y Mersey (Liverpool), en el Mar del Norte. Las plataformas fueron ocupadas más tarde como emisoras de radio pirata.


    Otra de las instalaciones que componían las fortificaciones era la HM Fort Roughs o la Roughs Tower, fortaleza naval formada por una plataforma flotante equipada con una superestructura de dos torres unidas por una cubierta. La plataforma fue remolcada hasta un banco de arena donde la base se inundó intencionadamente para fijarla al fondo.