Nuevas estrategias para sensores ópticos de dióxido de carbono gas

Resumen

En esta tesis Doctoral se han propuesto diferentes estrategias para conseguir mejorar los sensores secos para determinar dióxido de carbono gaseoso en términos de sensibilidad, tiempos de vida, condiciones de almacenamiento del sensor, tiempo de respuesta y de recuperación, así como poner de manifiesto el potencial de este tipo de sensores para su uso en empaquetado inteligente. Para conseguir esto, se han propuesto el cambio del agente de transferencia de fase hidróxido de tetraoctilamonio (TOAOH), tradicionalmente usado, por hidróxido de terametilamonilamonio (TMAOH), ya que, al no presentar protones en posición β, como le ocurre al TMAOH, evita la degradación de Hoffman y por lo tanto se consigue aumentar el tiempo de vida del sensor; se sustituye la habitual matriz hidrofóbica de los sensores de dióxido de carbono por una matriz hidrofílica, en este caso se sustituye la etíl celulosa por la hidroxipropilmetil celulosa (HPMC), de esta forma, se consigue aumentar la retención de agua en la membrana sensora, que es necesaria para el correcto funcionamiento del sensor, así como se aumenta de forma muy considerable la durabilidad del sensor. Al introducir estas dos variantes en el diseño de la zona sensora, se consigue también eliminar la necesidad de almacenar los sensores en atmosferas especiales como es habitual en estos sensores. En este caso las membranas deben almacenarse en un recipiente cerrado, en oscuridad y en condiciones atmosféricas ambientales. Otra alternativa propuesta, es incluir líquidos iónicos en la zona sensora, para ello, se ha partido de una membrana sensora anteriormente propuesta que se basa en un proceso de transferencia de energía, filtro interno, entre un indicador de pH α-naftoltaleína y un luminóforo octaetil porfirina de Pt (II) (PtOEP). Concretamente se desarrollan satisfactoriamente cinco sensores para determinar dióxido de carbono gaseoso, cada sensor incluye un líquido iónico diferente: tetrafluoroborato de 1-etil-3-metilimidazolio (LI-I), cloruro de 1-etil-3-metilimidazolio (LI-II), tetrafluoroborato de 1-hexil-3-metilimidazolio (LI-VI), 1-etil-3-metilimidazolio bis(trifluorometilsulfonil)imida (LI-VII) y cloruro de 1- metil- 3- octilimidazolio (LI-VIII). Con estos sensores se consigue disminuir los límites de detección, los tiempos de respuesta y de recuperación, así como mejorar el tiempo de vida del sensor. Se demostró la viabilidad de su aplicación en empaquetado inteligente, para ello, se seleccionó el sensor que contiene tetrafluoroborato de 1-etil-3-metilimidazolio (LI-I), obteniendo la información del contenido en dióxido de carbono a partir de las coordenadas de color calculadas a partir de fotografías realizadas. Se han encontrado buenos resultados en cuanto a sensibilidad con la coordenada tonal R y comparables a los resultados obtenido con la medida de luminiscencia. Por último se han propuesto dos sensores para determinar dióxido de carbono gaseoso empleando reactivos que originan señal luminiscente en la región del IR cercano, con las ventajas que conlleva el trabajar en esta región del espectro: baja interferencia por dispersión Raman, coeficientes de absorción molar altos, altos rendimientos cuánticos de fluorescencia, estabilidad frente a la fotodescomposición y degradación química, entre otras, incluyendo valores de constantes de acidez compatibles con aplicaciones fisiológicas. Se basan en en un proceso de transferencia de energía tipo FRETentre indicadores de pH tipo azaBODIPYs de estructura simple, sintetizados por nosotros, que presentan pKa compatibles con aplicaciones fisiológicas, junto con el luminóforo inorgánico borato de aluminio y gadolinio dopado con Cr(III) (GAB), formando una única membrana sensora. Los sensores propuestos, presentan buenas características analíticas que los hacen útiles para su uso.