Sensores químicos

Introduccion

Los sensores químicos han cobrado gran importancia, especialmente en sus aplicaciones industriales. Esto ha sido debido a la aplicación de tecnologías de miniaturización en la fabricación de electrodos, lo que facilita la producción en masa de sensores, reduciendo así los costes en su fabricación, y asegurando una gran reproducibilidad.

Sensores químicos

Dispositivo capaz de traducir la información química de una muestra en una señal analítica útil.

Clasificación

Características de los sensores químicos

• Selectividad• Sensibilidad• tiempo de respuesta• Bajo coste• Manejabilidad, portabilidad y tamaño

reducido• Robustez

Sensores electroquímicos

• Transforman el efecto de la interacción electroquímica entre el analito y un electrodo en una señal útil. Estos efectos pueden ser estimulados eléctricamente o ser resultado de una interacción espontánea en la condición de corriente cero.

Transductores Conductimétricos• Conductimetria La conductimetría se basa en el hecho de que las disoluciones electrolíticas se comportan como conductores eléctricos donde los iones en disolución son los responsables del transporte de cargas. Como conductor obedece a la ley de Ohm

Conductividad. Se puede definir a la conductividad como una medida de la aptitud de una disolución para permitir el paso de corriente eléctrica y matemáticamente, es la recíproca de la resistencia.

• Este tipo de transductores se basan en la medida de cambios de conductividad (o alguna propiedad asociada a ésta) provocados por el analito, ya sea en la solución de medida o en la membrana selectiva.

La medición eléctrica se efectúa mediante un puente de Wheastone para medir resistencias.

Transductores potenciométricos• Consisten en la determinación de una diferencia de potencial

en condiciones de circuito abierto entre un electrodo de trabajo y uno de referencia.

• ai es la actividad del ion principal, aj la actividad del ion interferente, Zi y Zj son las cargas de los iones principal e interferente, y kijpot es el coeficiente de selectividad

• La mayor aplicación de este tipo de sensores es la fabricación de electrodos selectivos de iones (ISE´s), e (ISFET´s)

Electrodos selectivos de iones (ISE´s)

• En los electrodos selectivos a iones (ISEs), la membrana es responsable tanto del reconocimiento selectivo como de la transformación del potencial generado en una señal eléctrica que se puede medir, es decir el receptor y el transductor están integrados en un único elemento.

Variables a considerar en una medida con ISE

• Escala de medida: Electrodo de Referencia

Electrodos Indicadores

Los transistores de efecto de campo sensibles a iones (ISFET´s)

Sensor químico de estado sólido empleado para la detección de la actividad iónica de una solución electrolíticaEste sensor emplea al transistor MOS como el dispositivo transductor principal entre la señal química a detectar y la señal eléctrica de salida

ESTRUCTURA DEL ISFETSon basados en un MOSFET de enriquecimiento

Posee un electrodo metálico, separado de la oblea de silicio por una delgada película de óxido. El substrato semiconductor está contaminado con impurezas tipo p, de modo que la corriente eléctrica es debida a portadores de carga positiva.

Transductores amperométricos

• Se basan en la aplicación de un potencial fijo sobre un electrodo de trabajo, generalmente de platino, oro o grafito, respecto a un electrodo de referencia.

• se fundamentan en la proporcionalidad existente entre la concentración de una determinada especie electroactiva y la corriente eléctrica registrada al oxidarse o reducirse sobre la superficie de un electrodo polarizado.

Ley de Fick,

funcionamiento

• Estos sensores generan una corriente al aplicar un potencial ente dos electrodos, que es proporcional a las variaciones producidas en el receptor.

Al aplicar una tensión entre los electrodos Counter i Working (Power suplí,) se establece una corriente (i) a través de estos. Al mismo tiempo aparece una tensión entre Reference y Working (V), que produce el inicio de la reacción electroquímica en el electrodo Working.

Análisis voltamétrico cíclico (Voltametría Cíclica)

Este análisis consiste en aplicar una variación de potencial en función del tiempo entre los electrodos de Working y Reference mientras se mide la corriente generada en el Working.

Transductor Óptico

• Se basan en la medición de las variaciones que se producen en las propiedades de la luz como consecuencia de la interacción física o química entre el analito a detectar y el elemento quimico de reconocimiento del sensor

• El sistema básico de medida consiste en una fuente de luz, el elemento sensor (donde se encontrarían las moléculas receptoras) y el detector.

Sensor de Fibra Óptica • consiste en una fibra óptica en uno de cuyos

extremos se inmoviliza el elemento de reconocimiento, que puede ser de tipo biocatalíco o de bioafinidad y en el otro el elemento de detección

Detección por absorción de infra-rojos

• aprovecha la propiedad que tienen los gases, de absorber parte del espectro de los infra-rojos (banda de 2 - 12 pm) al ser atravesado por ellos.

Onda Evanescente (Ew)

• Se basa en un fenómeno conocido como reflexión interna total de fluorescencia, que consiste en la absorción y emisión de fotones. En este sensor una radiación que viaja a través de una guía de ondas por reflexión interna total crea un campo electromagnético denominado campo evanescente, que puede penetrar una determinada distancia desde la superficie dependiendo del ángulo de incidencia en la interfase y la longitud de onda de la radiación de excitación.

Características de los distintos transductores ópticos

Transductor Piezoeléctrico

El fundamento de este tipo de sensor es muy simple: La frecuencia de vibración de un cristal de cuarzo disminuye cuando una especie se adsorbe sobre la superficie.

Transductor Termométrico

• Catarometros: Se basan en la conductividad térmica del gas.

• es una célula termostatizada, que es recorrida por el gas analizado.Cuando una tensión constante se aplica en los extremos del filamento, éste alcanza una temperatura que es función del calor producido por el efecto Joule, que por una parte se disipa por radiación y convección, y por otra por la conductividad térmica del gas.

• Aplicaciones de los sensores químicos.

Tratamiento electrónico de la señal