Desarrollo de sensores optoquímicos miniaturizados basados en medidas de fluorescencia y el uso de fluoroionóforos VIS-NIR

Abstract

En el presente trabajo se han diseñado, construido y evaluado dos fluorosensores miniaturizados y portátiles, que pueden representar una alternativa a la instrumentación analítica clásica de elevado coste, gran tamaño y elevado consumo de reactivos, que necesita de mantenimiento y de personal especializado para su utilización. El empleo de fluorescencia representa intrínsecamente una ventaja en términos de sensibilidad y minimización de interferencias, ya que existen muy pocas moléculas que sean fluorescentes, y menos aún en la zona vis-NIR del espectro electromagnético. Asimismo, los dos dispositivos desarrollados presentan una gran versatilidad para su posible uso en la detección de diversos analitos en función del optodo seleccionado. Los optodos empleados en los dispositivos desarrollados incluyen cromo(fluoro)ionóforos que han sido diseñados, sintetizados y caracterizados en el presente trabajo para operar con la instrumentación miniaturizada y de bajo coste disponible. Se han diseñado, sintetizado y caracterizado nuevos colorantes cianina (croconinas, cetocianinas y (nor)cianinas-anilinas) para su utilización como cromo(fluoro)ionóforos en optodos, tanto en medidas basadas en absorbancia como en fluorescencia.<br/>El primer dispositivo opera integrado como detector en un sistema de análisis por inyección de flujo continuo (FIA), y tanto con un optodo selectivo a potasio, como con uno selectivo a plomo, ha mostrado unas apropiadas características analíticas. Su utilización en la determinación de potasio en muestras dopadas de agua potable de red y de plomo en extractos de suelos contaminados ha demostrado su aplicabilidad en muestras reales. <br/>El segundo dispositivo consiste en una sonda más portátil y manejable y en la que la intercambiabilidad de la membrana es más fácil, para realizar medidas in-situ y en discontinuo. Ésta se ha activado químicamente con un optodo selectivo a plomo y ha mostrado adecuadas propiedades analíticas de respuesta. Finalmente, se ha aplicado a la determinación de plomo en muestras naturales, verificándose su buen funcionamiento.

In this study two miniaturized and portable fluorosensors were designed, constructed and evaluated. These sensors represent an alternative to classical analytical instrumentation which can be expensive, bulky and reagent dependent, not to mention the need for specialized technicians for its use and maintenance. <br/>The use of fluorescence represents an intrinsic advantage with regard to sensibility and interference minimization, since few fluorescent molecules exist in the vis-NIR region of the electromagnetic spectrum. These devices are also versatile; depending on the selected optode they can be used in the detection of diverse analytes. The optodes employed in these devices include chromo(fluoro)iononophores and were designed, synthesized and characterized in this study to operate with miniaturized and low-cost instrumentation. New cyanine dyes (croconines, ketocyanines and (nor)cyanine-anilines) were designed, synthesized and characterized for use as chromo(fluoro)iononophores in optodes for absorbance-based measurements as well as for fluorescence-based measurements. <br/>The first device operates as an integrated detector in a continuous flow injection analysis (FIA) system and showed excellent analytical performance with a potassium-selective optode, as well as with a lead-selective one. Its use in the determination of potassium in doped potable water samples, and of lead in contaminated soil extracts, demonstrates its applicability to natural samples. <br/>The second device consists of a more portable and user-friendly dip-probe which facilitates the interchangeability of the membrane when in-situ and continuous measurements are carried out. The dip-probe device was chemically activated with a lead-selective optode and also demonstrated good analytical response properties.<br/>Finally, this second device was applied to lead determination in natural samples, resulting in positive verifiable performance.