# name
Aislamiento de arsenoazúcares presentes en algas mediante técnicas preparativas. Caracterización por espectrometría de masas

# metadata.dc.contributor.other[].value
Universitat de Barcelona. Departament d'Enginyeria Química i Química Analítica

# metadata.dc.description.abstract[].value
[spa] El arsénico es un elemento presente en la naturaleza en diferentes formas y estados de oxidación y, participa en procesos geoquímicos y biológicos. Su capacidad de ser absorbido por organismos vivos lo convierte en un elemento de interés toxicológico. La toxicidad del arsénico depende de su forma química: las especies inorgánicas, como el arsenito y el arseniato, son altamente tóxicas, mientras que la peligrosidad de las especies orgánicas, como los arsenolípidos y los arsenoazúcares, sigue siendo objeto de debate. En los últimos años, el consumo de algas comestibles ha aumentado considerablemente debido a su elevado contenido en nutrientes esenciales y a sus propiedades terapéuticas. Estas algas contienen arsénico principalmente en forma de arsenoazúcares, siendo más comunes aquellos que presentan glicerol, fosfato, sulfonato o sulfato como grupos funcionales (Gly-Sug, PO4-Sug, SO3-Sug y SO4-Sug, respectivamente). Actualmente, no existe una normativa internacional armonizada que regule el contenido de arsénico en algas comestibles, lo que pone de manifiesto la necesidad de generar datos fiables sobre la composición, toxicidad y metabolismo de estas especies para establecer límites de consumo seguros. Uno de los principales retos en este ámbito de investigación es la ausencia de patrones comerciales de arsenoazúcares, lo que dificulta su cuantificación y caracterización. En este contexto, durante la presente tesis se han desarrollado metodologías para la obtención, aislamiento y caracterización de arsenoazúcares con fines analíticos. Para ello, se ha realizado un cribado de diferentes especies de algas, seleccionando aquellas con mayor concentración de los compuestos de interés. Se ha desarrollado un método de extracción en fase sólida que permite obtener una disolución en la que los arsenoazúcares aniónicos (PO4-Sug, SO3-Sug y SO4-Sug) son las únicas especies de arsénico presentes. También se ha iniciado el desarrollo de un método específico para la obtención del arsenoazúcar catiónico (Gly-Sug). Asimismo, se ha evaluado el comportamiento de los arsenoazúcares aniónicos frente a distintos sorbentes en técnicas de extracción en fase sólida dispersiva, aunque no ha sido posible aislarlos completamente de otras especies de arsénico presentes. Previamente, el grupo de investigación había desarrollado un método de cromatografía de líquidos preparativa de intercambio aniónico que permitía el aislamiento de los arsenoazúcares SO3-Sug y SO4-Sug. En la presente tesis, se ha optimizado la composición de la fase móvil, logrando el aislamiento del PO4-Sug. Además, se ha desarrollado un método de cromatografía en contracorriente, para la obtención de los arsenoazúcares aniónicos. Finalmente, se ha desarrollado un método basado en cromatografía de líquidos de ultra alta eficacia acoplada a espectrometría de masas de alta resolución para la identificación y caracterización de los arsenoazúcares. Para ello, se empleó un analizador de masas cuadrupolo-orbitrap y se complementó el estudio con espectrometría de movilidad iónica en tubo de deriva con un analizador cuadrupolo-tiempo de vuelo con celda de movilidad. Se han obtenido datos de fragmentación en modos de ionización positiva y negativa, permitiendo proponer rutas de fragmentación específicas. Además, por primera vez se han propuesto valores de sección transversal de colisión para los diferentes arsenoazúcares, lo que contribuye significativamente a la identificación de estos compuestos.

# metadata.dc.description.abstract[].value
[cat] L’arsènic és un element present a la natura en diferents formes i estats d’oxidació i, participa en processos geoquímics i biològics. La seva capacitat de ser absorbit pels organismes vius el converteix en un element d’interès toxicològic. La toxicitat de l’arsènic depèn de la seva forma química: les espècies inorgàniques, com l’arsenit i l’arseniat, són altament tòxiques, mentre que la perillositat de les espècies orgàniques, com els arsenolípids i els arsenosucres, continua sent objecte de debat.
En els darrers anys, el consum d’algues comestibles ha augmentat considerablement a causa del seu alt contingut en nutrients essencials i de les seves propietats terapèutiques. Aquestes algues contenen arsènic principalment en forma d’arsenosucres, sent més comuns aquells que presenten glicerol fosfat, sulfonat o sulfat com a grups funcionals (Gly-Sug, PO4-Sug, SO3-Sug i SO4-Sug, respectivament).
Actualment, no existeix una normativa internacional harmonitzada que reguli el contingut d’arsènic en algues comestibles, fet que posa de manifest la necessitat de generar dades fiables sobre la composició, toxicitat i metabolisme d’aquestes espècies per tal d’establir límits de consum segurs.
Un dels principals reptes en aquest àmbit de recerca és l’absència de patrons comercials d’arsenosucres, fet que dificulta la seva quantificació i caracterització. En aquest context, durant la present tesi s’han desenvolupat metodologies per a l’obtenció, aïllament i caracterització d’arsenosucres amb finalitats analítiques. Per això, s’ha realitzat un cribratge de diferents espècies d’algues, seleccionant aquelles amb major concentració dels compostos d’interès.
S’ha desenvolupat un mètode d’extracció en fase sòlida que permet obtenir una solució en què els arsenosucres aniònics (PO4-Sug, SO3-Sug i SO4-Sug) són les úniques espècies d’arsènic presents. També s’ha iniciat el desenvolupament d’un mètode específic per a l’obtenció de l’arsenosucre catiònic (Gly-Sug). Així mateix, s’ha avaluat el comportament dels arsenosucres aniònics davant diferents sorbents en tècniques d’extracció en fase sòlida dispersiva, tot i que no ha estat possible aïllar-los completament d’altres espècies d’arsènic presents.
Prèviament, el grup de recerca havia desenvolupat un mètode de cromatografia de líquids preparativa d’intercanvi aniònic que permetia l’aïllament dels arsenosucres SO3-Sug i SO4-Sug. En aquesta tesi, s’ha optimitzat la composició de la fase mòbil, aconseguint l’aïllament del PO4-Sug. A més, s’ha desenvolupat un mètode de cromatografia en contracorrent per a l’obtenció dels arsenosucres aniònics.
Finalment, s’ha desenvolupat un mètode basat en cromatografia de líquids d’ultra alta eficàcia acoblada a espectrometria de masses d’alta resolució per a la identificació i caracterització dels arsenosucres. Per a això, es va utilitzar un analitzador de masses quadrupol-orbitrap i es va complementar l’estudi amb espectrometria de mobilitat iònica en tub de deriva amb un analitzador quadrupol-temps de vol amb cel·la de mobilitat. S’han obtingut dades de fragmentació en modes de ionització positiva i negativa, fet que ha permès proposar rutes de fragmentació específiques. A més, per primera vegada s’han proposat valors de secció transversal de col·lisió per als diferents arsenosucres, contribuint significativament a la seva identificació.

# metadata.dc.description.abstract[].value
[eng] Arsenic is a naturally occurring element found in various forms and oxidation states, and it participates in both geochemical and biological processes. Its ability to be absorbed by living organisms makes it a toxicologically relevant element. The toxicity of arsenic depends on its chemical form: inorganic species such as arsenite and arsenate are highly toxic, whereas the hazard posed by organic species, such as arsenolipids and arsenosugars, remains a subject of ongoing debate.
In recent years, the consumption of edible algae has increased significantly due to their high content of essential nutrients and therapeutic properties. These algae primarily contain arsenic in the form of arsenosugars, with the most common types featuring glycerol, phosphate, sulfonate, or sulphate as functional groups (Gly-Sug, PO4-Sug, SO3-Sug, and SO4-Sug, respectively).
Currently, there is no harmonized international regulation governing arsenic content in edible algae, highlighting the need to generate reliable data on the composition, toxicity, and metabolism of these species to establish safe consumption limits.
One of the main challenges in this field of research is the lack of commercially available arsenosugar standards, which hinders their quantification and characterization. In this context, the present thesis has developed methodologies for the extraction, isolation, and characterization of arsenosugars for analytical purposes. A screening of various algae species was carried out, selecting those with the highest concentrations of the target compounds.
A solid-phase extraction method was developed to obtain a solution in which anionic arsenosugars (PO4-Sug, SO3-Sug, and SO4-Sug) are the only arsenic species present. Additionally, the development of a specific method for the isolation of the cationic arsenosugar (Gly-Sug) was initiated. The behavior of anionic arsenosugars with different sorbents in dispersive solid-phase extraction techniques was also evaluated, although complete isolation from other arsenic species was not achieved.
Previously, the research group had developed a preparative anion-exchange liquid chromatography method that enabled the isolation of SO3-Sug and SO4-Sug arsenosugars. In this thesis, the mobile phase composition was optimized, achieving the isolation of PO4-Sug. Furthermore, a countercurrent chromatography method was developed for the isolation of anionic arsenosugars.
 

Finally, a method based on ultra-high performance liquid chromatography coupled to high-resolution mass spectrometry was developed for the identification and characterization of arsenosugars. A quadrupole-orbitrap mass analyzer was used, and the study was complemented with drift tube ion mobility spectrometry using a quadrupole-time of flight analyzer with a mobility cell. Fragmentation data were obtained in both positive and negative ionization modes, allowing the proposal of specific fragmentation pathways. Additionally, for the first time, collision cross section values were proposed for the different arsenosugars, significantly contributing to the identification of these compounds.

# metadata.dc.source[].value
Tesis Doctorals - Departament - Enginyeria Química i Química Analítica

# metadata.dc.title[].value
Aislamiento de arsenoazúcares presentes en algas mediante técnicas preparativas. Caracterización por espectrometría de masas