Development of an optical fiber probe for mercury detection

• Autores: Javier Pérez Hernández
• Directores de la Tesis: Emilio J. Palomares Gil (dir. tes.), Xavier Correig (dir. tes.)
• Lectura: En la Universitat Rovira i Virgili ( España ) en 2008
• Idioma: inglés
• ISBN: 9788469194744
• Tribunal Calificador de la Tesis: Javier de Mendoza Sans (presid.), Eduard Llobet Valero (secret.), X. Vilanova (voc.), Ramón Martínez Máñez (voc.), Francisco Javier Arregui San Martín (voc.)
• Materias:
  • Ciencias tecnológicas
    • Tecnología electrónica
• Enlaces
  • Tesis en acceso abierto en: TDX
• Resumen

  • El mercurio presenta una alta toxicidad, pudiendo causar adversos efectos en la salud humana. Los procedimientos recomendados para la detección analítica de metales pesados no son apropiados para aquellas aplicaciones donde se requiere un bajo coste y equipos ligeros que permitan realizar medidas de campo. Por el contrario, los sensores opto-químicos son una tecnología con un alto potencial para el desarrollo de dispositivos detectores de bajo coste y dimensiones reducidas. Esta Tesis describe los aspectos más relevantes en el desarrollo de una sonda opto-química basada en fibra óptica para la determinación de mercurio en agua. La investigación se plantea a partir de un compuesto de rutenio(II) descubierto recientemente que presenta un cambio de color desde un rojo púrpura oscuro hasta el naranja en solución orgánica ante la exposición a iones de mercurio(II). Otro factor importante es la capacidad de anclaje de la molécula a finas capas de óxidos metálicos como puede ser el TiO2. Los logros principales alcanzados en este trabajo de investigación son: (1) un software de análisis espectral multi-variable que reduce notablemente las interferencias principales del reactivo en fase líquida. El modelo matemático se basa en la regresión lineal por mínimos cuadrados parciales (PLS), y además se ha optimizado el resultado mediante una comparativa entre diferentes modelos PLS que incluyen un tratamiento previo de los datos mediante wavelet, corrección ortogonal de la señal, algoritmos genéticos, y selección de características estadísticas. (2) Una mejora de la estabilidad acuosa de la molécula al soportarla sobre una matriz de nanopartículas de Al2O3. Algunos trabajos preliminares con el complejo de Ru(II) se centraron en la inmovilización de la molécula sobre capas finas mesoporosas de TiO2. No obstante, pérdidas del colorante son apreciables cuando se analizan muestras acuosas. Resultados de la presente investigación garantizan la estabilidad acuosa de la molécula soportada sobre películas de Al2O3 y tratadas con ácido sulfúrico, con pérdidas por debajo del 2% (durante 3 horas). (3) La construcción del transductor basado en fibra óptica consiste en la sustitución de un trozo de cubrimiento (2 cm) del núcleo de la fibra óptica por el material sensibilizado compuesto por las nanopartículas de Al2O3. El principio de funcionamiento se basa en los cambios ópticos del material reactivo ante la exposición a iones de Hg2+, modulando así la intensidad de luz que se transmite a través del núcleo óptico. Se intuye a priori que la configuración del dispositivo conlleva a admitir que la propagación de la luz en la interfase núcleo y película de alumina tratada es mediante la aparición del campo evanescente. Sin embargo, al tener la cubierta de alumina un mayor índice de refracción que el núcleo, la condición de reflexión interna total no se satisface completamente, y como resultado se tiene una respuesta de la sonda óptica a la que contribuye tanto el campo evanescente como el modo de radiación generado por la porción de luz que se refracta a través de la cubierta de alumina-molécula. Finalmente, si tenemos en cuenta que la respuesta de este tipo de sondas ópticas varía significativamente de sonda a sonda, la cuantificación de mercurio ha sido posible a través de una calibración multivariable. Se ha logrado un error en la predicción de mercurio de un 11.5 por ciento, considerando un rango de 0 a 6 mg L-1 de iones de Hg2+. De este modo, se ha conseguido una sonda opto-química basada en fibra óptica cuyo modo de funcionamiento no es muy habitual en la literatura. La originalidad del presente trabajo se fundamenta en los pocos ejemplos de dispositivos ópticos de estas características que existen para la detección de metales pesados. En lo referente al autor, este es el primer dispositivo con configuración de fibra óptica evanescente destinado a la determinación de mercurio en medio acuoso.