Aplicaciones de materiales nanoestructurados en determinaciones de impacto ambiental

Abstract

El cobre es un metal importante en la vida cotidiana presente en una diversa gama de objetos desde cables y monedas hasta pinturas y circuitos impresos. En las distintas etapas de su obtención a partir del mineral y en su purificación se usan aditivos que en general no sonamigables con el medio ambiente, como el etilxantato de potasio y la tiourea. El monitoreo de su concentración es importante para mantenerlos en niveles óptimos desde el punto de vista de calidad del producto y también del reacondicionamiento de soluciones, permitiendo su reutilización, para lo cual es importante contar con métodos simples, robustos y económicos de cuantificación de estos compuestos en aguas de procesos y en efluentes.En esta tesis se desarrollaron diferentes sensores para los dos compuestos mencionados, los cuales incluyen la utilización de técnicas espectroscópicas (UV-vis) y electroquímicas (voltametrías cíclica y de onda cuadrada y espectroscopía de impedancia).Orientados a las etapas intermedias de producción, donde el pH es muy bajo y la fuerza iónica, elevada; se desarrollaron sensores basados en la interacción de los analitos con materiales nanoestructurados inmovilizados en una matriz polimérica, ya sea en tiras de acetato para obtener sensores espectrofotométricos, o en electrodos de grafito obtenidos por serigrafía para lograr sensores electroquímicos. En el primer caso se evaluó el efecto del analito sobre la banda del plasmón de resonancia superficial de las nanopartículas y en el segundo, su efecto sobre los procesos de oxidación y/o la resistencia a la transferencia de carga de la superficie.Por otra parte, con el objetivo de medir tiourea en efluentes y dado que la misma es un conocido inhibidor enzimático, se hizo una prueba de concepto de un sensor enzimático, basado en peroxidasa de rábano picante (HRP). Así, mediante la técnica de voltametría cíclica se midió la corriente catalítica de reducción de peróxido de hidrógeno, la cual se vio disminuida en presencia de tiourea debido a la inhibición de la enzima.Finalmente, completando la explicación del principio de funcionamiento de los sensores, se realizaron caracterizaciones de los mismos mediante técnicas de microscopía (SEM), electroquímicas (voltametría cíclica), espectroscópicas de absorción en el IR (PM-IRRAS, ATR) y de microbalanza de cristal de cuarzo (QCM).

Copper is an important metal in daily life present in a broad spectrum of objects ranging from wires and coins to paints and imprinted circuits. At the different stages of its winning from the mineral sources and for its purification, additives are used which are in general not friendly with the environment, such as potassium ethyl xanthate and thiourea. The monitoring of their concentrations is important to maintain their concentrations at the optimal levels from the point of view of the product quality, as well as the reconditioning of solutions, allowing their reutilization, for which it is important to count on simple, robust and inexpensive methods of quantification of these pollutants in process waters and effluents. In this thesis, different sensors for the mentioned compounds were developed, which include the use of spectroscopic (UV-vis) and electrochemical (cyclic and square wave voltammetries and electrochemical impedance spectroscopy) techniques. Oriented to the intermediate stages of production, in which the pH is very low and the ionic strength, elevated; sensors were developed based on the interaction of the analytes with nanostructured materials immobilized in a polymeric matrix, be it on cellulose acetate strips to obtain spectrophotometric sensors, or on screen printed graphite electrodes to obtain electrochemical sensors. In the first case, the effect of the analyte on the surface plasmon resonance band of the nanoparticles was evaluated and in the second, the effect on the oxidation processes and/or the surface charge transfer resistance. On the other hand, with the goal of measuring thiourea in effluents, and given the fact that this compound is a known enzymatic inhibitor, a proof of concept for an enzymatic sensor was carried out, based on horseradish peroxidase (HRP). Thus, using cyclic voltammetry, the catalytic current for the reduction of hydrogen peroxide was measured, which was attenuated due to enzyme inhibition. Finally, completing the explanation of the working principles of the sensors, characterizations of them were carried out using microscopic (SEM), electrochemical (cyclic voltammetry), IR spectroscopic (PM-IRRAS, ATR) and acoustic (quartz crystal microbalance, QCM) techniques.