sensores
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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