Sensores químicos basados en vidrios calcogenuros

Título

Sensores químicos basados en vidrios calcogenuros

Colaborador

Ureña, María Andrea
Arcondo, Bibiana

Editor

Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ingeniería

Fecha

2013-08-22

Extensión

301 p.

Resumen

Los vidrios calcogenuros (base Te, Se o S) vienen siendo estudiados desde hace varios años como membranas sensitivas de electrodos selectivos de iones (ISEs) para la detección de iones de metales pesados en solución. Su empleo en las membranas de los ISEs presenta ventajas sobre sus contrapartes cristalinas y son fácilmente depositables en forma de películas delgadas, lo cual permite la miniaturización de los electrodos. El objetivo de esta tesis fue el estudio de las propiedades estructurales, eléctricas, ópticas y sensoras de vidrios de los sistemas AgGeSe y CuAgGeSe apuntando a su aplicación como membranas sensitivas de sensores químicos, específicamente, electrodos selectivos de iones y sensores optoquímicos. Se fabricaron vidrios calcogenuros en volumen (mediante la técnica de melt quenching) y en películas delgadas (mediante la técnica de deposición por ablación láser, PLD). Se estudiaron las propiedades estructurales de los vidrios mediante difracción de rayos X, SEM-EDS y espectroscopía Raman, las propiedades eléctricas mediante la técnica espectroscopía de impedancias y las propiedades ópticas mediante espectrofotometría en el rango UV-Visible-NIR. Se fabricaron electrodos selectivos de iones con membranas sensitivas en volumen y en películas delgadas y se estudiaron sus propiedades sensoras: rango de linealidad, límite de detección, estabilidad, reproducibilidad, respuesta en el tiempo, selectividad y efecto de iones interferentes. Se observó que tanto los ISEs con membrana en volumen como en película delgada muestran una clara respuesta frente a la presencia de los iones Ag+, Cu2+ y Pd2+, una pequeña respuesta frente a los iones Cd2+ y Cr3+ y una ausencia total de respuesta frente a los iones Mg2+ y K+. Se concluyó que, debido a esta selectividad mixta, los electrodos podrían ser utilizados en sistemas multisensores llamados lenguas electrónicas. Finalmente, la alta transmisión en las longitudes de onda del IR cercano, el alto índice de refracción y la sensibilidad a la presencia de iones en solución de todas las películas estudiadas indica que éstas son buenas candidatas para utilizarse en la fabricación de guías de ondas y como elementos de reconocimiento en sensores optoquímicos (optrodes).
Chalcogenide glasses (base Te, Se or S) have been studied for years as sensitive membranes of ion selective electrodes (ISEs) for the detection of heavy metal ions in solutions. Their employ in ISE membranes presents several advantages over their crystalline counterparts and are easily deposited as thin films, which allows the miniaturization of the electrodes. The objective of this thesis was the study of the structural, electrical, optical and sensing properties of glasses of the AgGeSe and CuAgGeSe systems aiming to their application as sensitive membranes of chemical sensors, specifically ion selective electrodes and optochemical sensors. Bulk chalcogenide glasess and thin films were manufactured by melt quenching and PLD, respectively.
Structural properties of the glasses were studied through XRD, SEM-EDS and Raman spectroscopy, electrical properties were studied through impedance spectroscopy and optical properties were studied through spectrophotometry in the UV-Vis-IR range.
Ion selective electrodes were manufactured with bulk and thin films membranes and their sensing properties were studied: linear range, detection limit, stability, reproducibility, response time, selectivity and interfering ions effects. It was observed that both the ISEs with bulk and thin films membranes show a clear response to the presence of the ions Ag+, Cu2+ and Pd2+, a small response to the presence of the ions Cd2+ and Cr3+ and a total lack of response to the presence of the ions
Mg2+ and K+. It was concluded that, due to this mixed selectivity, the electrodes could be used in multisensor systems called electronic tongues. Finally, the high transmission in the near IR range, the high refractive index and the sensitivity to the presence of ions in solutions of all the films indicate that they are good candidates to be used in the manufacture.