Sensores Quimicos

I.- ASPECTOS GENERALES

La combinación de la microelectrónica y la ingeniería química han contribuido al bienestar de la humanidad, y al aumento de la calidad de vida, en mucha mayor proporción que otras disciplinas científicas. Las más significativas contribuciones se han llevado a cabo en el área de sanidad, nutrición y medio ambiente. Las rápidas transformaciones sociales, económicas e industriales de los últimos tiempos requieren un constante esfuerzo en la investigación para ofrecer nuevas e ingeniosas soluciones a los problemas planteados especialmente en el caso de los sistemas de análisis electroquímico donde a veces sus aplicaciones están limitadas por el tamaño o las características de los electrodos sensibles a iones que utilizan.

El creciente interés por realizar análisis de forma rápida y económica, así como por optimizar la producción mediante análisis en continuo (“online”), ha dirigido la investigación hacia la puesta a punto de métodos analíticos que sean compatibles con sus necesidades.

En los últimos años, se han desarrollado sensores basados en la combinación de la tecnología microelectrónica con la tecnología de las membranas para la determinación de parámetros químicos. Estos dispositivos presentan una serie de ventajas con respecto a las técnicas tradicionales, como son la miniaturización de dimensiones, el bajo coste económico, y la estructura sólida que les confiere una mayor resistencia mecánica.

Los sensores son dispositivos que transforman la información física o química en una señal útil que pueda ser procesada y, por tanto, que facilite información de interés de una manera rápida y sin necesidad de análisis complejos. Así, existen dos clases de sensores según el tipo de información que sean capaces de transformar:

-Físicos: Dispositivos que detectan cambios en parámetros físicos (temperatura, presión, flujo de masa, etc…).

-Químicos: Detectan cambios de pH, concentración, composición, etc…

Actualmente, la mayor parte de los sensores utilizados para el control de procesos industriales son físicos, pero la necesidad de obtener información química ha favorecido la investigación y el desarrollo del sensor químico.

II.- SENSORES QUÍMICOS Y BIOSENSORES

En el campo de la Química Analítica, la tendencia es simplificar el protocolo de análisis de una muestra determinada, reduciendo así los tiempos de análisis y su coste. Tradicionalmente se ha utilizado instrumentación analítica muy sofisticada, tal como cromatógrafos, espectrofotómetros, ICP-masas, etc., de coste elevado y que requiere especialización por parte del operario. Además, este tipo de equipos son incompatibles con análisis en continuo o pruebas de campo.

Los sensores químicos se presentan como una clara alternativa, ya que permiten realizar análisis online, en cambio, su sensibilidad y fiabilidad es mucho menor que la ofrecida por la instrumentación analítica convencional.

Los campos donde los sensores químicos han tenido una mayor implantación son principalmente, la biomedicina, el medioambiente, y en los últimos años, en la industria alimentaria, y en el sector de la bioseguridad, donde se han desarrollado de forma exponencial.

Entre este tipo de sensores caben destacar los biosensores, que son los dispositivos con más selectividad y por tanto, con mas aplicaciones potenciales en Química Analítica.

II. 1.- DEFINICIÓN Y CLASIFICACIÓN

Un sensor químico es un dispositivo capaz de traducir la información química de una muestra en una señal analítica útil. Constan de dos componentes básicos: un sistema de reconocimiento o receptor cuya función es la de reconocer selectivamente la información química presenta en la muestra, y convertirla de forma que pueda ser reconocida por el segundo componente, el transductor. Y éste, a su vez, la transforma de una señal primaria a una secundaria procesable fácilmente, generalmente eléctrica.

Así, un transductor químico produce una señal eléctrica proporcional a un parámetro químico.

La clasificación de los sensores y los biosensores se puede realizar atendiendo a diferentes criterios, como puede ser el tipo de receptor utilizado, o también atendiendo al principio de transducción, es decir, al tipo de transductor utilizado, siendo ésta última clasificación la más aceptada. Así pues, en la siguiente tabla se recogen los distintos tipos de sensores y biosensores según éste criterio.

Tipos de transductores

Descripción

Electroquímicos La señal transformada es debida a una interacción electroquímica entre el analito y el electrodo.

Ópticos Transforman los cambios producidos en una señal óptica por la interacción de un analito con el receptor.

Piezoeléctricos o Másicos Dispositivos que transforman un cambio de masa que se da sobre el electrodo modificado con materiales con propiedades piezoeléctricas.

Térmicos Dispositivos capaces de medir cambio de calor sobre la superficie del electrodo.

Dependiendo de la naturaleza de la interacción entre el elemento de reconocimiento y la especie de interés se puede utilizar un tipo de transductor u otro.

En los últimos años, los sensores basados en transductores electroquímicos son los que más publicaciones científicas han generado. Esto está claramente ligado al hecho de que estos dispositivos son más robustos, su fabricación es más simple y económica que la del resto de los transductores, poseen un amplio intervalo de linealidad y tiempos de respuesta muy cortos. De la misma manera, los equipos necesarios para recoger y procesar la señal, tales como potenciostatos y conductímetros, son económicos, de fácil mantenimiento, manejo y miniaturización, y son de uso común en la mayoría de los laboratorios de análisis.

Por ello, a continuación, son en los que nos vamos a centrar con más detalle.

II.2.- TRANSDUCTORES ELECTROQUÍMICOS

Se fundamentan en los métodos electroquímicos que son un grupo de métodos analíticos cuantitativos basados en las propiedades eléctricas de una disolución de analito cuando forma parte de una celda electroquímica. Así, tenemos dos tipos fundamentales de celdas electroquímicas y en ambas tiene lugar una reacción redox:

- Celda electrolítica: transforma una corriente eléctrica en una reacción química redox

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