sensores

SensoresJesús Anzano

Diciembre 2010

Idea de sensor

SENSOR: dispositivo que transforma un

parámetro físico o químico de un entorno

en una SEÑAL analíticamente útil.

ANALIZADOR: dispositivo que transforma

un parámetro físico o químico de un

entorno en una INFORMACOÓN

analíticamente útil.

Funciones de un sensor

Transductor: magnitud en señal eléctrica

Información útil

Fiabilidad

Sus propiedades deben ser

complementarias

Sensores de palanca: varios transductores

Receptor Grupo de reactivos que se adaptan al

analito

Reactivos sintéticos: reactivos de Impresión Molecular MIPs (reactivos de polímeros artificiales que se adaptan química y estructuralmente al analito.

MIP se fabrica utilizando como molde físico y químico el propio analito para el que se diseña. (Ej. Cristales fotónicos para glucosa)

Reactivos naturales

Reactivos sintéticos de

Cavidad

Éteres corona

Ciclodesxtrinas (ej. Retención de

colesterol)

PROBLEMAS:

Detección:

Óptica

Electroquímica

Receptor Reactivos naturales:

Material genético Biochips Aptámetros, trozos de DNA Ácidos nucleicos peptídicos (PNAs)

Proteínas Transporte Reguladoras

Enzimas Anticuerpos Fragmentos de anticuerpos

Material Biológico Células completas Aptámetros, trozos de DNA

Ácidos nucleicos peptídicos (PNAs)

Enzimas

Sustancias endógenas

Selectividad adecuada

Requieren un reactivo adicional

No tienen buenas propiedades

transductoras

Anticuerpos

Sustancias exógenas

Buena selectividad

Diiciles de regenerar

Malas propiedades transductoras

NOTA: el diseño de un sensor va a

depender de la complejidad de un

sistema.

Ejemplos de

sensorAlcohol (sin receptor)

pH de la piel (Membrana selectiva)

Gases de combustión (Hilo de Pt)

Glucosa en sangre (enzimático)

Cómo elegir un sensor químico

1.- Definir el problema: considerar toda la información necesaria (concentración, componentes…).

2.- Usar componentes comerciales: búsqueda de información comercial (exactitud, repetividad, linealidad…).

3.- Adaptar un sensor existente aplicando los conocimientos básicos.

4.- Diseñar el sensor.

SENSORES PARA LÍQUIDOS En fase líquida algunas interacciones se atenúan

o desaparecen.

Las muestras son químicamente más complejas.

Los dispositivos se diseñan para analitos en concreto.

No hay muchos dispositivos comerciales.

TIPOS:

Electroquímicos: potenciométricos y voltamperométricos.

Ópticos: colorimétricos, absorción, fluorescencia..

Sensores Electroquímicos

Potenciométricos

Electrodos de membrana

Membrana de vidrio, pH

Membrana cristalina, cristal de sal de plata

Membrana líquida (membrana

porosa/disolución intercambiador) :

www.horiba.com

Sensores Electroquímicos

Voltamperométricos

Medidas voltamperométricas

Se aplica una ddp entre electrodos y se

mide su intensidad, que será proporcional

a la concentración.

Efecto del potencial.

Transporte de materia al electrodo.

Forma de aplicar el E.

Material del electrodo de trabajo (rango

de trabajo, grafito, Pt, pasta de C..)

Sensotres Electroquímicos

Amperométricos

Sensores de medida directa

Sensores de cloro libre

www.hach.com

http://analyticaltechnology.com

Sensores para H2O2

Sensores para O2

Sensores para líquidos Sensores electroquímicos amperométricos Sensores basados en métodos indirectos

Sensores para glucosa (Sensores de primera y segunda generación).

Sensores espectroquímicos colorimétricosDeterminación cuantitativa.

Sistemas desechables. Análisis in situ.

Sensores espectroquímicos de absorción y fluorescencia Medida directa

Analizadores de materia orgánica y nitratos de agua.

Analizadores de O2 en sangre.

Análisis de clorofila en agua.

Sensores Espectroquímicos de Plasmón Superficial Se basan en la medida del índice de refracción (parámetro que

cambia con cualquier sustancia). Su lectura es no selectiva y se hace selectiva añadiendo un reactivo que sea selectivo con lo que deseamos medir.

SENSORES PARA GASES Aspectos generales: Sensores para propiedades y concentración.

Las expresiones de concentración en volúmenes (%, ppm, ppb)

Objetivo de análisis: Peligrosidad: combustión y toxicidad. Especies individuales: contaminación-calidad

Parámetros: Repetitividad.

Medida de referencia

Linealidad

Especificidad

Tipos de sensores para gases Visuales Fotoionización, medidas de potencial de ionización Ópticos, IR (sensibilidad baja, poco mantenimiento, determinación de alifáticos, calibración estable)- Luminiscentes.

Térmicos: cambio térmico asociado al calor liberado o consumido en una reacción. Termistor: material que cambia su resistencia eléctrica con la temperatura.

www.nemototech.com/technology.htm

De masa Efecto piezoeléctrico: presión, efecto dipolar, vibración.

Materiales piezoeléctricos: cristales sin centro de simetría, cuarzo.

Ecuación de Sauberbery, efecto de la masa añadida.

Microbalanza de cuarzo, QCM; http://www.ametekpi.com

- Sensores de onda acústica superficiales SAW, en desarrollo

- http: www.microsensorsystems.com

- Sensor tipo trampolín (Cantilever), en investigación. Microscopio de Fluorescencia tómica.

(http://www.engineering.usu.edu/bie/bio/index.php

Electroquímicos Óxidos metálicos semiconductores (SMO), equivalente eléctrico de los sensores térmicos)

Trabajan a alta temperatura.

Hay un proceso redox..

Basados en medidas de intensidad. Ecuación de Ilkovic

Amperométricos de gases: Gas reductor: (se reduce O2) y gas oxidante (se oxida H2O).

Hhp://www.biosystems-sa.com

Voltamperométricos: Pilas combustibles en los que el analito es uno de los dos componentes de la pila.

Magnéticos