Identificador: TDX:828
Autores: Crespo Paravano, Gastón Adrián
Resumen:
El principal objetivo de esta tesis es el desarrollo de electrodos selectivos de iones de contacto sólido, ESIs-CS, utilizando como capa transductora una red compuesta de nanotubos de carbono.<br/><br/>Los electrodos potenciométricos selectivos de iones han sido utilizados en aplicaciones analíticas desde comienzos de 1900. La determinación de pH mediante electrodos de vidrio selectivo de iones fue el primer ESI desarrollado. Hoy en día, el electrodo de vidrio para la determinación de pH es todavía uno de los más útiles y robustos sensores utilizados en mediciones rutinarias tanto en laboratorios como en industrias.<br/><br/>A lo largo de los años, nuevas tecnologías, ideas y diseños han sido desarrollados e incorporados satisfactoriamente en el campo potenciométrico proporcionando soluciones a las necesidades en continua evolución de la sociedad. De esta manera, los electrodos selectivos de iones desarrollados en esta tesis son un paso más en el progreso de los ESIs y deben ser considerados como el producto de una sólida base científica, del crecimiento y de la cooperación interdisciplinaria de diversos grupos de investigación durante varios años.<br/><br/>La parte del sensor donde tiene lugar el reconocimiento químico y donde se genera el potencial dependiente de la muestra en estudio en los ESIs se puede considerar, en estos días, ampliamente desarrollada, aunque considerables mejoras han tenido lugar durante los últimos años, especialmente en el desarrollo de nuevas membranas poliméricas, ionóforos e iones lipofílicos. Sobretodo, el estudio y la comprensión del mecanismo teórico del sensor ha sido muy importante en el crecimiento y desarrollo de los ESIs.<br/><br/>El concepto de electrodos selectivos de iones de estado sólido surge como requisito vital para evitar las intrínsecas desventajas de la solución interna, en el proceso de miniaturización de los ESIs clásicos. De esta forma, la capa transductora ha sido el principal punto de atención durante dos décadas. Así, nuevos transductores de contacto sólido con la capacidad de convertir una corriente iónica en una corriente electrónica han sido desarrollados. Entre ellos, los polímeros conductores han jugado un importante papel en la transducción de la señal potenciométrica, siendo éstos los más empleados en los electrodos selectivos de iones de contacto sólido (ESIs-CS). Sin embargo el comportamiento de los polímeros conductores puede ser mejorado. Por ejemplo, la sensibilidad hacia la luz de estos materiales es un inconveniente todavía no resuelto. <br/><br/>En este contexto de investigación de nuevos materiales capaces de actuar como transductor de una señal potenciométrica, se han escogido y estudiado los nanotubos de carbono (NTCs) como transductores. Los NTCs fueros redescubiertos por Ijima en 1991, y muestran excelentes propiedades electrónicas en términos de traducción de señal. Además, debido a su reactividad química, los NTCs pueden ser fácilmente funcionalizados con receptores u otros grupos funcionales. De hecho, sus propiedades macroscópicas y microscópicas pueden ser afectadas drásticamente dependiendo del tipo y grado de funcionalización. Este material nanoestructurado no había sido previamente utilizado como transductor en ISEs.<br/><br/>El principal propósito de esta tesis es demostrar que los nanotubos de carbono pueden actuar de forma eficiente como transductor en electrodos selectivos de iones de estado sólido logrando vencer las desventajas de los transductores previamente mencionados. Los electrodos desarrollados fueron usados en diferentes condiciones para determinar distintos iones en diversos tipos de sistemas, demostrando las extraordinarias capacidades de este material nanoestructurado. <br/><br/><br/>Esta tesis ha sido estructurada en capítulos que contienen la siguiente información:<br/><br/>· El Capítulo 1 proporciona una breve visión histórica de lo electrodos potenciométricos selectivos de iones. Se ilustra la evolución desde los 'clásicos ESIs' hasta los actuales 'ESIs-CS'. Además se señalan en esta sección los objetivos generales y específicos. <br/>· El Capitulo 2 contiene las bases científicas de los electrodos desarrollados. Se introducen todos los componentes que integran un ESI, tales como: capa reconocedora, capa transductora y sistema de detección. A continuación se describen los parámetros analíticos de calidad de los ESIs. <br/><br/>· El Capitulo 3 describe la parte experimental. Se recogen los reactivos, protocolos, procedimientos e instrumentos usados a lo largo de la tesis.<br/>· El Capitulo 4 provee de la demostración de que los NTCs pueden actuar eficientemente como capa transductora en SC-ISEs. Se caracteriza el primer ESI-CS integrado por NTCs mediante técnicas ópticas y electroquímicas.<br/>· El Capitulo 5 contiene los resultados experimentales que permiten la posible elucidación del mecanismo de transducción de los NTCs en los ESIs-CS. La Espectroscopia de Impedancia Electroquímica (ESI) es utilizada como la principal técnica de caracterización. <br/>· El Capitulo 6 está integrado por cuatro secciones con diferentes aplicaciones analíticas. En la primera sección, se desarrolla un electrodo de pH que usa NTCs como nueva tecnología transductora en ESIs-CS. En la segunda sección se muestra el desarrollo de un ESI-CS integrado por un ionóforo sintético selectivo a colina, y NTCs como transductores. En la tercera sección, ESIs-CS basados en NTCs, resistentes a altas presiones y totalmente herméticos, se desarrollan y prueban en investigaciones acuáticas con la finalidad de obtener información sobre los gradientes de concentración de iones en función de la profundidad de un lago. En la cuarta sección ESIs-CS basados en NTCs se adaptan para el control on-line de un proceso catalítico de desnitrificación.<br/>· El Capitulo 7 presenta la posibilidad de la miniaturización de los ESIs-CS basados en NTCs logrando obtener un electrodo nanométrico. Se muestran en esta sección la caracterización óptica y potentiométrica. Además, se discuten las limitaciones de la miniaturización real de los ESIs en potenciometría.<br/>· El Capitulo 8 contiene las conclusiones de la tesis. Adicionalmente, se sugieren las perspectivas futuras del trabajo presentado.<br/>· Finalmente, se añaden algunos apéndices como complemento de la tesis doctoral.
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