MEDIDAS QUÍMICAS PARA MEIO AMBIENTEE BIOMEDICINA

Dr. Julian Alonso ChamarroGrupo de Sensores y Biosensores

Universidad Autónoma de Barcelona

Workshop “Tecnologias para Microsistemas e Sensores”

Sao Paulo, 21 e 22 de Maio de 2003

TESEO (CYTED) e SIIAM (PD&I - TI - CNPq)

Procedimiento Analítico

Muestreo

Procesado de muestraSeparación

Transporte de muestra

ReacciónMedida

Procesamiento de señal y datosCalibración

Generación de información analítica por procedimientos

clásicosCODIFICACION

DESCODIFICACION

MUESTRAMUESTRA

RESULTRESULTADOADOSSMUESTRAMUESTRA SEÑALSEÑAL RESULTADORESULTADO

CODIFICACION DESCODIFICACION

SENSOR

Integración del Procedimiento AnalíticoIntegración del Procedimiento Analítico

SEÑAL SECUNDARIASEÑAL ELECTRICA

SEÑALTR A

SEÑAL PRIMARIA•SEÑAL OPTICA•SEÑAL ELECTROQUIMICA•SEÑAL MASICA•SEÑAL TERMICA

MUESTRA

SENSORES

CARACTERISTICAS

•EXACTITUD•PRECISION•SELECTIVIDAD•SENSIBILIDAD•LIMITE DE DETECCION•RANGO DE LINEALIDAD•TIEMPO DE RESPUESTA•RUIDO•DERIVA

SENSORES

CARACTERISTICAS

•CALIBRACIÓN•TIEMPO DE VIDA

•LARGO•UN SOLO USO

•COSTE REDUCIDO•FABRICACION•ANALISIS

•ROBUSTEZ•MANTENIMIENTO LIMITADO•PORTATIL•NO DESTRUCTIVO

SENSORES

SELECTIVIDAD

• ELEMENTO DE RECONOCIMIENTO

• ALTA SELECTIVIDAD (ESPECIFICIDAD)

• REVERSIBILIDAD

• ESTABILIDAD

• ELEMENTOS DE RECONOCIMIENTO

• QUIMICOS (IONOFOROS)

• BIOLOGICOS•ENZIMAS BIOSENSORES•ANTICUERPOS INMUNOSENSORES•DNA GENOSENSORES•RECEPTORES .•CELULAS .•TEJIDOS .

SENSORES

SELECTIVIDAD (ELEMENTO DE RECONOCIMIENTO)

• ALTA SELECTIVIDAD (ESPECIFICIDAD)Medidas in-line de muestras complejasSelectividad vs composición muestra

• LIMITADA SELECTIVIDAD Medidas con tratamiento previo de la muestraMedida de percepciones - nariz (olor) o lengua

(sabor) electrónica. (sensor array-pattern recognition)Medidas múltiples sensores con tratamiento

quimiométrico de datos (redes neuronales)

SENSORES

CO

NC

EN

TR

AC

ION

ESPECIES QUIMICAS

MUESTRA COMPLEJA

ESPECIES QUIMICAS

SE

NS

IBIL

IDA

D

SENSOR NO SELECTIVO

jj

j CmSeñal •= ∑

ESPECIES QUIMICAS

SE

NS

IBIL

IDA

D

SENSOR ESPECIFICO

ii CmSeñal •≅

SENSORES

CURVAS DE RESPUESTA

SEÑAL DE SALIDA : RESPUESTA DEL SENSOR CUANDO EL MATERIAL DE RECONOCIMIENTO SUFRE VARIACIONES

TIPOS DE RESPUESTA

LINEAL S = aM + bSituación ideal

NO LINEAL S = f(M)

S

MM1

S1

MSadSensibilid =

S

S1

1MMdMdSadSensibilid

==

MM1

SENSORES

REVERSIBILIDADS

EÑ

AL Adi

ción

de

ana

l i to

E lim

inac

ión

de a

nal i t

oTIEMPO

reversibilidad ideal

•SENSORES REVERSIBLES•SENSORES REGENERABLES•SENSORES DESECHABLES

SENSORES Y BIOSENSORESTECNOLOGIAS IMPLICADAS

MEMBRANASPOTENCIOMETRICAS

DISPOSITIVOS DE TRANSDUCCIÓNOPTICOS ELECTRICOS

SPR SENSORES FIBRA OPTICA

SENSORES OPTO-

ELECTRONICOS

TRANSISTORES DE EFECTO DE CAMPO

(ISFET)

MATERIALESCOMPOSITES

ELECTRODOS SELECTIVOSDE IONES

SENSORES AMPEROMETRICOS

MEMBRANASOPTICAS

DISPOSITIVOS PLANARES

DESECHABLES (SCREEN-PRINTING)

TECNOLOGIA MICROELECTRONICA

TECNOLOGIAPOLIMEROS

MATERIALESBIOCOMPOSITES

TECNOLOGIABIOQUIMICA

ENZIMAS

ANTICUERPOS

TECNOLOGIACONVENCIONAL

DNA

TECNOLOGIA SINTESIS

ADITIVOSIONOFOROSCROMOFOROS

SISTEMAS DE RECONOCIMIENTOSISTEMAS ANALITICOSINTEGRADOS

µ TAS

(BIO) ANALIZADORES

AUTOMATIZADOS

INMUNOSENSORESSENSORES QUIMICOSBIOSENSORES

GENOSENSORES(BIO)ANALIZADORES

METODOLOGIAS DE APLICACIÓNSENSORES Y BIOSENSORES

• IN-LINE • SELECTIVIDAD • ROBUSTEZ• ESTABILIDAD• AUTOCALIBRACION

• ON-LINE• ROBUSTEZ• AUTOMATIZACION• VERSATILIDAD

• IN-SITU– SENCILLEZ– BAJO COSTE– MANUAL– DISPOSITIVOS DESECHABLES

• INFORMACION CONTINUA

• INFORMACION EN TIEMPO CASI REAL

• PRETRATAMIENTO MUESTRA

• INFORMACION DISCRETA• PRETRATAMIENTO

MUESTRA

APLICACIÓN PRACTICA SENSORES Y BIOSENSORES

• PROBLEMAS PLANTEADOS

– SELECTIVIDAD SENSORES– SENSIBILIDAD Y LIMITE DE DETECCION– RANGO DE TRABAJO– TIEMPO DE VIDA– FUNCIONAMIENTO AUTONOMO– MONITORIZACIÓN EN TIEMPO REAL

APLICACIÓN PRACTICA SENSORES Y BIOSENSORES

• SOLUCIONES APORTADAS POR LOS SISTEMAS DE GESTION DE FLUIDOS

– SIMPLIFICACION PROCESO DE AUTOMATIZACION – PRETRATAMIENTO DE MUESTRAS AUTOMATIZADO

(SEPARACION Y PRECONCENTRACION)– MODULACION RANGOS DE TRABAJO – AUTOCALIBRACION

PROCEDIMIENTO ANALITICO

simplificaciónintegración

SIMBIOSIS CONCEPTUAL

SIMBIOSIS PRACTICA

AUTOMATIZACIONSENSOR

SISTEMA AUTOMATICO SENSOR

LINEAS DE INVESTIGACION GSB-UAB

SENSORES POTENCIOMETRICOSCONFIGURACION TUBULAR INTEGRABLE EN SISTEMAS

DE FLUJO CONTINUO cuerpo de metacrilato conector

capa aislante agujero diám. 1'5 mmrelleno de epoxy-grafito

A B

C D E

y pulido

FORMATO DESECHABLESCREEN-PRINTING

SENSORES AMPEROMETRICOSCOMPOSITES/BIOCOMPOSITES CONDUCTORES

FORMATO DESECHABLESCREEN-PRINTING

FORMATO REUTILIZABLE CONFIGURACION CONVENCIONAL

SISTEMAS DE FLUJO CONTINUO

h

REACTIVO

SOL.PORTADORA

MUESTRA

DETECCION

VALVULA INYECCIÓN

PRETRATAMIENTO

MUESTRA

BOMBA

APLICACIÓNES PRACTICAS

SENSORES Y BIOSENSORES

MONITORIZACIÓN

BÁSICA

BIOANALÍTICA

QUÍMICA ANALÍTICA

ANÁLISIS DE SISTEMASNO EVOLUTIVOS

ANÁLISIS DE SISTEMASEN EVOLUCIÓN

APLICADA

MONITORIZACIÓN

INDUSTRIA MEDIOAMBIENTE

MONITORIZACION MEDIOAMBIENTAL

MONITORIZACION MEDIOAMBIENTAL

APLICACIONES DE SISTEMAS DE CONTROL AUTOMATICO BASADOS EN SENSORES

•PREVENCION DE POLUCIÓN INDUSTRIAL•OPTIMIZACION PROCESOS INDUSTRIALES•MINIMIZACION VERTIDOS

•SISTEMAS DE ALERTA•DETECCION DE VERTIDOS PUNTUALES•DETECCION DE CONTAMINACION DIFUSA Y NIVELES BASALES

•CONTROL DE PROCESOS•POTABILIZACION Y DEPURACION

Desarrollo y Evaluación de Analizadores de Parámetros

Químicos de Aplicación Medioambiental

EquiposEquipos

• ANALIZADOR ION AMONIO• ANALIZADOR IONES NITRATO Y CLORURO• ANALIZADOR DE IONES METÁLICOS

– AQUAPLOM (REDES DE DISTRIBUCIÓN)– AQUAMET (AGUAS CONTAMINADAS)

• ANALIZADOR DE IÓN FOSFATO (NUEVOS IONÓFOROS DE IÓN FOSFATO)

• ANALIZADOR DE ION NITRITO• ANALIZADOR DE TENSOACTIVOS ANIÓNICOS Y NO-

IÓNICOS (COMBINADO)• ANALIZADOR SULFUROS• ANALIZADOR DE TOXICIDAD

SISTEMA INTEGRADO DE ESTACIONES DE CONTROL DE

CALIDAD DE AGUAS

RED AUTOMÁTICA DE MONITORIZACIÓN

GÁLLEGO EN ZARAGOZA

EBRO EN MENDAVIA

ZADORRA EN ARCE

Sistema integrado de estaciones de control de calidad de aguas (SAICA-EBRO))

IREGUA EN ISLALLANA

EBRO EN MIRANDA

Sistema integrado de estaciones de control de calidad de aguas (XACQA)

RÍO ANOIA EN MARTORELL

RÍO LLOBREGAT EN CASTELLBELL

RIERA DE RUBÍ EN RUBÍ

VALIDACIÓN EN CAMPO

CAPTACION DE MUESTRA

DECANTADOR

HIDROCICLON

PRETRATAMIENTO DE MUESTRA

VALIDACIÓN EN CAMPO

ANALIZADOR DE ION AMONIO

wasteTRIS

Sample

S2

S1

V

S3

V V V

VNa0H

waste

diffusioncell

A

MC

0.5

0.5

1

ml min-1

P

GDNH4

+

ERE

REF

Potentiometric detection-FIA (FIP system)P, peristaltic pump; V, valve; E, ammonium ion selective electrode (tubular configuration); ER, reference electrode (Ag/AgCl); GD, gas diffusion cell. P, peristaltic pump; V, valve; MC, mixing coil; TRIS, acceptor solution; A, carrier solution: distilled water; Sn, standard ammonium solutions.

VALIDACIÓN EN CAMPO: RESULTADOS I (SAICA)

0

0,5

1

1,5

2

2,5

3

3,5

4

4,5

5

5,5

6

6,5

0 150 300 450 600 750 900 1050 1200 1350 1500 1650

Tiempo (días)

Con

cent

raci

ón (p

pm)

129635 DATOS/ 1618 DÍAS

80 DATOS/DÍA

MEDIA MÓVIL CON UNA VENTANA DE 80 DATOS, UN DATO POR DÍA

VALIDACIÓN EN CAMPO: RESULTADOS II (SAICA)RÍO ZADORRA EN ARCE (EAA 911)

0,0

1,0

2,0

3,0

4,0

5,0

6,0

7,0

8,0

9,0

10,0

521 524 527 530 533 536 539 542 545 548 551 554 557 560 563

Tiempo (días)

Con

cent

raci

ón (p

pm)

de 13-14 hde 22-23 h

de 7-8 h

SE OBSERVA DE FORMA SISTEMÁTICA QUE LA CONCENTRACIÓN DE ION AMONIO SIGUE ESTA PAUTA HORARIA:

22-23 h > 7-8 h > 13-14 h

ANALIZADOR DE ION AMONIO

* ROBUSTEZ Y SIMPLICIDAD OPERACIONAL

* PROTOCOLO DE MANTENIMIENTO ADECUADO

* VERSATILIDAD EN EL RANGO DE TRABAJO

* TIEMPO DE VIDA DEL SENSOR: >8 MESES (FUNCIÓN DE LA FRECUENCIA DE ANÁLISIS)

* PROBLEMA PENDIENTE:-ESTABILIDAD DE LA SOLUCIÓN DE Tris

MULTIPARAMETRIC ANALYZER FOR THE MULTIPARAMETRIC ANALYZER FOR THE ONON--LINE MONITORING OF NITRITE, LINE MONITORING OF NITRITE, NITRATE AND AMONIUM IONS IN NITRATE AND AMONIUM IONS IN WASTEWATER TREATMENT PLANTWASTEWATER TREATMENT PLANT

RiverManufacturingprocess

Aerobic reactor

Anoxic reactor

Ammoniumwastewater

Ethanol

COD wastewater

Settler

1

Sludge recycle

Carbonate

Sludge recycle

NH4+

Alcalinity recycle

Settler

2

Control point (alert system) NH4+

NO2-

NO3-

NH4+

NO2-

NO3-

R1 R3

N/D treatment plant. Sant Sadurní d’Anoia (Barcelona, Spain)

S1 S2

R1

R1 R3Biological nitrification processNH4

+ NO2- NO3

-Biological denitrification process

NO3- NO2

- N2

Key parameters:Ammonium: to test total removing.Nitrate: to test total removing.Nitrite: to prevent dangerous runoff.

Key parameters:Ammonium: to test total oxidation.Nitrate: to control the automated addition of ethanol in R3.Nitrite: to prevent accumulation (inhibitory substance).

OPERATION OPTIMAL CONDITIONS

WORKING RANGE TO ATTAIN

NO2- 0-1600 ppm 0-100 ppm

NO3- 0-4500 ppm 0-150 ppm

NH4+ 5000-6000 ppm 0-100 ppm 0-20 ppm

S1 S2Ammonium wastewater

VERSATILEWORKINGRANGE !!

ANALIZADOR DE ION NITRATO

ER

Sample

S3S2S1

VV VVV

NO3NO3-

waste

RM 1.1

1.1

ml min-1

A

MC

E1

P GE

Potentiometric detection-FIA (FIP system). P, peristaltic pump; V, valve; MC, mixing coil: 50 cm; E, nitrate ion selective electrode (tubular configuration); ER, reference electrode (Ag/AgCl); GE, ground electrode; A, carrier solution: distilled water; Sn, standard nitrate solutions, RM, reagent modifier.

Design FIP system. P, peristaltic pump; Psp, sampling peristaltic pump; D, distribution zone; FS flow system components; E, nitrate ion selective electrode (tubular

configuration); ER, reference electrode (Ag/AgCl);.

P

D

E

PSP

ER

FS

ANALIZADOR DE ION NITRATO

time (minutes)

0 5 10 15 20 25 30 35 40 45

Pote

ntia

l (m

V)

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

110

120

130

100

100 100 100

1000 1000 1000

2500 2500

5000 5000

CNO3- (ppm)

10 100 1000 10000

Calibration and sample runs for the 100-5000 ppm NO3- range

ANALIZADOR DE ION AMONIO

wasteTRIS

Sample

S2

S1

V

S3

V V V

VNa0H

waste

diffusioncell

A

MC

0.5

0.5

1

ml min-1

P

GDNH4

+

ERE

REF

Potentiometric detection-FIA (FIP system)P, peristaltic pump; V, valve; E, ammonium ion selective electrode (tubular configuration); ER, reference electrode (Ag/AgCl); GD, gas diffusion cell. P, peristaltic pump; V, valve; MC, mixing coil; TRIS, acceptor solution; A, carrier solution: distilled water; Sn, standard ammonium solutions.

ANALIZADOR DE ION NITRITO

Spectrophotometric detection-FIA. P, peristaltic pump; V, valve; MC, mixing coil: 50 cm; RC, reaction coil: 300 cm; RM, reagent modifier: H2SO4 0.05M; RS, nitrite reagent solution: mixing NED: sulfanilamide (Standard Methods); AS, acceptor solution: phosphate buffer 0.025 M pH=7.2; A, carrier solution: distilled water; Sn, standard nitrite solutions; GD, gas diffusion cell; D, detector (10µl-flow through cell) set to 540 nm.

wasteAS

Sample

S2

S1

V

S3

V V V

VRM

waste

diffusioncell

ARS

RCMC

D

0.5

0.5

1

1

ml min-1

P

GD

ANALIZADOR DE ION NITRITO

MEMBRANA Y CAMARA DE DIFUSION GASEOSABLOQUE GESTION DE FLUIDOS

Y DETECTOR

PROTOTIPO ANALIZADOR

ANALIZADOR PARA LA DETERMINACION DE TENSOACTIVOS ANIONICOS Y NO-IONICOS

ANALIZADOR DE TENSOACTIVOS ANIONICOS Y NO-IONICOS

Sample

S2

S1

V

S3

V V V

V ELUENT

waste

A

P ANIONICOSNO-IONICOS-

ERE1

REF

P

AIA

waste

E2

ANALIZADOR DE TENSOACTIVOS ANIONICOS Y NO-IONICOS

time (s)0 50 100 150 200 250 300 350 400 450 500

Pea

k-he

ight

(mV

)

0

10

20

30

40

50

5.10-7M

1.10-6M

2.10-6M

5.10-6Mwith pre-concentrationconventional calibrationPARAMETERS OPTIMUM VALUES

ELUENT acetonitril 75% (v/v)

V ELUENT 50µL

VPRECONCENTRATION 3 mL

ANIONICOS

log [SDS] (M)-7 -6 -5 -4 -3

Pea

k-he

ight

(m

V)

0

20

40

60

80

100

120

140

SDSSDS, Cl-,NO3

-

Calibration with pre-concentrationConventional calibration

Evaluation of the FIA system using on-line preconcentration

V PRECONCENTRATION, 3mL

ANALIZADOR DE TENSOACTIVOS ANIONICOS Y NO-IONICOS

ANIONICOS

ANALIZADOR DE TENSOACTIVOS ANIONICOS Y NO-IONICOS

Comparación NPOE / Mezcla 1

Log (NPOE) ppm

-4 -3 -2 -1 0 1 2

Pote

ncia

l (m

V)

0

10

20

30

40

50

60

Log(NPOE) ppmLog(M1) ppm

Calibrado M1 = 5:1 NPOE/ AEO Calibrado M1 = 5:1 NPOE/ AEO Calibrado M2 = 3.3:1 NPOE/ AEOCalibrado M2 = 3.3:1 NPOE/ AEOCalibrado M3 = 1:1 NPOE/ AEOCalibrado M3 = 1:1 NPOE/ AEO

Comparación de mezclas NPOE

Log (NPOE) ppm

-4 -3 -2 -1 0 1 2

Pote

ncia

l (m

V)

0

10

20

30

40

50

60

Log(NPOE) ppmLog(M1) ppmLog(M2) ppmLog(M3) ppm

Calibrado NPOE= nonylphenol polietoxiladoVerificación respuesta indistinta a diferentes tensoactivos noVerificación respuesta indistinta a diferentes tensoactivos no--iónicosiónicos

ANALIZADOR DE TENSOACTIVOS ANIONICOS Y NO-IONICOS

Características de respuesta

0.10.05Limite detección (ppm)

21.9428.51Pendiente (b)

25.4149.42Ordenada origen (a)

Tensoactivos no-iónicos (Ig12)

Tensoactivos aniónicos (STBS)Parámetros

ANALIZADOR DE TENSOACTIVOS ANIONICOS Y NO-IONICOS

DETERMINACIONES BIOMEDICASDETERMINACIONES BIOMEDICAS

BIOSENSORES, INMUNOSENSORES,

GENOSENSORES

• MATERIALES BIOLOGICOS COMO ELEMENTOS DE RECONOCIMIENTO SELECTIVO

(IMMUNO)BIOCOMPOSITES

SAMPLESelectivedetectionof the analyte

IMMUNOCOMPOSITE SIGNAL

POLYMERIC MATRIX,GRAPHITE POWDER,IMMUNOLOGICAL MATERIAL

(INMUNO)BIOSENSORES BASADOS EN (INMUNO)BIOCOMPOSITES

Evento de reconocimiento irreversible

DISPOSITIVOS DESECHABLES O REGENERABLES

medio complejo

reconocimientodel analito

sensibilidad a uncambio físico o

químicotransducción obtención de una

señal mensurableobtención de

resultados

GENOSENSOR

señaleléctrica

Analito Biorreceptor Transductor Captura de datos Procesador

M

HRP

red ox

ox red

H2O2H2O

ne-

Diseño y construcción de un genosensor amperométrico

Formato dot-blot

Bioanalizador de urea y creatinina para la monitorización de procesos de

hemodiálisis

ureasa

Creatinina desiminasa

W

válvula 1

válvula 2

Bombaperistáltica

SANGRE

Hemodializador

LiOH 1M

W

UNIDAD DE CONTROL

WMódulo de

difusión de gasesISE-NH4 ReferenciaBomba

peristáltica

Bioanalizador de urea y creatinina para la monitorización de procesos de hemodiálisis

(INMUNO)BIOPARTICULAS MAGNETICAS

M-280 M-450(INMUNO)BIOSENSORES BASADOS EN PARTICULASMAGNETICAS

Evento de reconocimiento irreversible

ELEMENTO RECONOCIMIENTO DESECHABLE

AUTOMATED CONFIGURATION(COMPETITIVE IMMUNOASSAY)

magnetISFET

magnetISFET

PREINCUBATION INCUBATIONINJECTION OF MAGNETIC PARTICLES

magnetISFET

magnetISFET

Urea

NH3

ISFET

magnet

MEASUREMENT OF ENZYMATIC ACTIVITY

REGENERATIONWASHING STEP

IMMUNOSENSOR BASED ON MAGNETIC IMMUNOPARTICLES

Microfluidica

Implementación practica

•INTEGRACION MICROVALVULAS Y MICROBOMBAS•INTERCONEXION COMPONENTES•PERDIDAS DE LIQUIDOS•LLENADO, BURBUJAS, ETC•INTEGRACION DE MATERIALES HETEROGENEOS Y ETAPAS DE PROTRATAMIENTO PREVIO DE MUESTRA•PROBLEMAS GRAVES AL ANALIZAR MUESTRAS COMPLEJAS REALES•(OBTURACION MICROCANALES)•SENSIBILIDAD LIMITADA POR EL VOLUMEN DE MUESTRA

SENSORES OPTICOS TIPO SENSORES OPTICOS TIPO IWAOIWAODISEÑO CONCEPTUAL DEL DISPOSITIVODISEÑO CONCEPTUAL DEL DISPOSITIVO

FUENTE

Membrana óptica selectiva a ionesFibras ópticas

Dirección transferencia de

masa

DETECTOR

Guía de onda de salidaGuía de onda de entrada

L

Camino óptico(zona libre propagación)

d

Grueso Membrana

SENSOR OPTOQUIMICO: DISEÑO CONCEPTUAL Y TECNOLÓGICO

sensor basado en la integración de membranas selectivas de iones en estructuras de guiado planas construidas con tecnología IC

fibras ópticas

guía de entrada membrana

guía de salida

L = CAMINO ÓPTICOd = GRUESO DE MEMBRANA

- SENSIBILIDAD Y TIEMPO DE RESPUESTA

TIEMPO DE RESPUESTA

controlado por el proceso de difusión

trDm90%d2

113= .

d = grosor membrana (cm)D = coeficiente de difusión =1e-8cm2/s (1mm)

A =ε d C=ε l C

A =ε l C

l = CAMINO ÓPTICO (cm)C=1e-3 mol/kgε =1e 5 Kg/mol cm

00.02

0.040.06

0.080.1 0

Nuevo diseño

Configuración

convencional0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

camino óptico (cm)

Abs

orba

ncia

00.02

0.040.06

0.0 80.1 0

Nuevo diseño

Configuración

convencional0

10

20

30

40

50

60

70

80

camino óptico (cm)

tr95

%

(h)

SENSIBILIDAD

CONFIGURACIÓN CONVENCIONAL

NUEVO DISEÑO PLANO

REALIZACIÓN TECNOLÓGICA

fibra óptica

guías de onda membrana

500 µm

ACTIVACIÓN DEL DISPOSITIVOACTIVACIÓN DEL DISPOSITIVO

Transmisión de la radiación Transmisión de la radiación en la región de libre en la región de libre propagación

Fotografía de la Fotografía de la membrana tras su membrana tras su deposición propagacióndeposición

SENSOR INTEGRADO SELECTIVO DE IONES PARA APLICACIÓN MEDIOAMBIENTAL

1er prototipo sensor integrado basado en guías de onda rectas

nuevo prototipo integradobasado en guías de onda curvas

guía de entrada

guía de salida

NUEVA CONFIGURACIÓN GUÍAS CURVAS

0.06 X 3.0 X 3.0 cm

(0.06 X 3.0 X 2.0 cm)

guía de entradaguía de salida

0.5 X 3.0 X 1.5 cm

plataforma base

desechable/ intercambiable

soportegrabado canales “V”

SENSORES OPTICOSDISPOSITIVO OPTICO INTEGRADO CON TRANSDUCTOR OPTOQUIMICO INTERCAMBIABLE

ELEMENTO DE RECONOCIMIENTO / FASE REACTIVA

MATRICES POLIMÉRICAS PLASTIFICADAS/ MEMBRANAS SELECTIVAS DE IONES

MATRIZ TRIDIMENSIONALalteración global de propiedades espectroscópicas del cromoionóforo

disuelto en la matriz por equilibrios de extracción membrana/disolución acuosa

INTERCAMBIO CATIÓNICO COEXTRACCIÓN

membrana

I C

MZ+

H+

MIZ+

CH+

(z+1) R-

disolución acuosa

membrana

I C

XZ-

zH+

XIZ-

zCH+

disolución acuosa

DISPOSITIVO OPTICO INTEGRADO ACTIVADO CON MEMBRANA SELECTIVA DE ION POTASIO

membrana

I C

MZ+

H+

MIZ+

CH+

(z+1) R-

solución acuosa

tiempo (s)

0 100 200 300 400 500 600 700 800 900

Abs

orba

ncia

0.00.40.81.21.62.02.42.83.23.64.04.4

a

b

c

d

e

f

a

h

g

a c d e f g ha

sensor

espectrofotómetroComparación de los calibrados de K+

obtenidos en las mismas condiciones con el IWAO y el sensor de configuración convencional a λ= 670 nm. a: tampón acético/ acetato 0.05 M pH = 5.55, b: 1x10-5 M, c: 1x10-4 M, d: 1x10-3 M, e: 1x10-2 M, f: 1x10-1 M, g: 5x10-1 M, h: 1 M

Nuevos elementos de reconocimientoNuevos elementos de reconocimiento

Síntesis de Síntesis de nuevosnuevos cromóforoscromóforos para para susuimplementaciónimplementación en Sensores en Sensores ÓpticosÓpticos

R2

N+

ZO

O-

YX

H

Z'

N

Y'

X'

H

N+

Z

YX

R

Z'

N

Y'X'

R'

N

Z

YX O

R

Z'

N

Y'X'

R'

N+

Y'X'

HN

O-

OO

H

YX

EscuarinasEscuarinas650650--700 nm700 nm

λ (nm)

400 500 600 700 800 900 1000

Abs

orba

nci

a0.0

0.5

1.0

1.5

2.0

2.5

3.0

croconinasescuarinasheptametincianinascetocianinas

HeptametincianinasHeptametincianinas780780--820 nm820 nm

CetocianinasCetocianinas770770--790 nm790 nm

CroconinasCroconinas780780--820 nm820 nm

SINTESIS NUEVOS CROMOFOROS ZONA NIR

Nor-indocarbocyanines

TsOH

N

YX Cl O

H

H

HO+N

YX Cl

HN

YX

HTsO -

2

0 . 0

0 . 2

0 . 4

0 . 6

0 . 8

1 . 0

1 . 2

4 0 0 5 0 0 6 0 0 7 0 0 8 0 0 9 0 0 1 0 0 0

W a ve le n g t h (n m )

Abs

orba

nce

-0 . 2

0 . 0

0 . 2

0 . 4

0 . 6

0 . 8

1 . 0

1 . 2

0 2 4 6 8 1 0 1 2 1 4p H

Abso

rban

ce

Espectro de absorción y curva de valoración del colorante snc7 en etanol

DISPOSITIVO OPTICO INTEGRADO ACTIVADO CON MEMBRANA SELECTIVA DE

pH INCORPORANDO INDICADOR NIR

t (s)

0 600 1200 1800 2400 3000

Abs

orba

ncia

(-lo

g P

/ Po)

0.0

0.2

0.4

0.6

0.8

1.0

1.2

1.4

1.6

1.8

jih

g

sensor

Configuraciónconvencional

fedcba

T

S

R

QP

ON

MK L

λ (nm)

400 500 600 700 800

Abs

orba

ncia

0.0

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

0.6

0.7pH=3.0

pH=4.3

pH=5.0

pH=5.5

pH=6.5

pH=5.9

INTEGRACION DE MATERIALES HETEROGENEOS Y ETAPAS DE TRATAMIENTO PREVIO DE MUESTRA

INTERCONEXION COMPONENTES

PROBLEMAS GRAVES AL ANALIZAR MUESTRAS COMPLEJAS REALES

(OBTURACION MICROCANALES)

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