Este documento describe el desarrollo de sensores electroquímicos nanoestructurados para la detección de mercurio y plomo en aguas. Se estudian y caracterizan tres tipos de transductores (SPCnAuEs, SPCNTnAuEs y SPGOnAuEs) y se determina que los SPCNTnAuEs proporcionan los mejores resultados, con límites de detección de 0.2 ppb para mercurio y 1.9 ppb para plomo. El sensor se aplica con éxito para la cuantificación de mercurio

1. UNIVERSIDAD DE OVIEDO
DEPARTAMENTO DE QUÍMICA FÍSICA Y ANALÍTICA
Determinación de mercurio en
aguas con transductores
electroquímicos
nanoestructurados
TRABAJO FIN DE MÁSTER
Daniel Martín Yerga
Oviedo, 21 de Julio, 2011

2. Problema a resolver
Mercurio -> Alta toxicidad 1 ppb
Espectroscopia de
absorción atómica
Métodos más Espectroscopia de
utilizados fluorescencia atómica
ICP-MS

3. Problema a resolver
Mercurio -> Alta toxicidad 1 ppb
Complejos
Métodos más Coste elevado
utilizados
No portables
Miniaturización
Métodos Sensores
Coste
alternativos electroquímicos
Tiempo análisis

4. Problema a resolver
Mercurio -> Alta toxicidad 1 ppb
Complejos
Métodos más Coste elevado
utilizados
No portables
Métodos Sensores
Nanotecnología
alternativos electroquímicos

5. Objetivos
1) Estudio de diferentes transductores
electroquímicos nanoestructurados
2) Sensor electroquímico de mercurio
3) Determinación simultánea de plomo
y mercurio

6. Herramientas utilizadas
Bajo precio
Electrodos
Versatilidad
serigrafiados
Fácil modificación
Nanoestructuración de
electrodos serigrafiados
• SPCnAuEs
• SPCNTnAuEs
• SPGOnAuEs

7. Estudio de la UPD de Hg-Au
Alta afinidad
Mercurio-Oro
Procesos UPD

8. Estudio de la UPD de Hg-Au
Hg2+ Hg0 Hg(Au)**
Hg2+ Hg0 Hg(Au)*
1ª UPD
2ª UPD
(0.42 V)
(0.25 V)
Hg2+ Hg0
BD
(-0.05 V)

9. Estudio de la UPD de Hg-Au
Señal analítica
Hg2+ Hg0 Hg(Au)**
1ª UPD
(0.42 V)
Fundamento del sensor 1ª UPD

10. Caracterización microscópica por SEM
SPCnAuEs SPCNTnAuEs SPGOnAuEs
Transductor nanoestructurado Diámetro AuNP (nm)
SPCnAuEs 135 ± 16
SPCNTnAuEs 148 ± 12; 87 ± 10
SPGOnAuEs 298 ± 35; 154 ± 33; 90 ± 10

11. Estudio de transductores
Caracterización microscópica
nanoestructurados
Optimización
Técnica de Medio Potencial y
Nanoestructura redisolución electrolítico tiempo de Parámetros
de oro acumulación SWV
SWV HCl 0.1 M
SPCnAuEs SPCNTnAuEs SPGOnAuEs
Intervalo lineal 5-100 ppb 0.5-50 ppb 2-50 ppb
Sensibilidad 0.120 µA/ppb 0.237 µA/ppb 0.082 µA/ppb
Límite de
3.3 ppb 0.3 ppb 1.9 ppb
detección
Repetitibilidad
8.5 % (50 ppb) 11.4 % (10 ppb) 9.4 % (20 ppb)
(n=8)
Reproducibilidad
7.3 % (50 ppb) 3 % (10 ppb) 16.4 % (20 ppb)
(n=5)

12. Estudio de transductores
Caracterización microscópica
nanoestructurados
SPCnAuEs SPCNTnAuEs SPGOnAuEs
Intervalo lineal 5-100 ppb 0.5-50 ppb 2-50 ppb
Sensibilidad 0.120 µA/ppb 0.237 µA/ppb 0.082 µA/ppb
Límite de
3.3 ppb 0.3 ppb 1.9 ppb
detección
Repetitibilidad
8.5 % (50 ppb) 11.4 % (10 ppb) 9.4 % (20 ppb)
(n=8)
Reproducibilidad
7.3 % (50 ppb) 3 % (10 ppb) 16.4 % (20 ppb)
(n=5)

13. Determinación de Hg en aguas
SPCNTnAuEs
• Matriz: agua de grifo
Intervalo lineal 0.5 – 5 ppb
Sensibilidad 0.213 µA/ppb
Límite de detección 0.2 ppb
• Agua de grifo dopada con Hg
Concentración de Hg2+ en muestra 10 ppb
Concentración medida con el
9.9 ± 0.9 ppb
sensor
Recuperación 99 %

14. Determinación simultánea de Pb y Hg
SPCNTnAuEs Hg
Pb

15. Determinación simultánea de Pb y Hg
SPCNTnAuEs
Pb
Pb Hg
Intervalo lineal 2-100 ppb 2-60 ppb
Sensibilidad 0.203 µA/ppb 0.228 µA/ppb
Límite de detección 2.0 ppb 1.9 ppb

16. Conclusiones
Nanoestructuras Análisis sensible
de oro de metales pesados
Materiales Mejora de las
nanohíbridos características analíticas
Selectividad
Sensibilidad
Características Rápidez Sensores
ideales de un
Sencillez de Hg y Pb
sensor
Bajo precio
Portabilidad

17. UNIVERSIDAD DE OVIEDO
DEPARTAMENTO DE QUÍMICA FÍSICA Y ANALÍTICA
Determinación de mercurio en
aguas con transductores
electroquímicos
nanoestructurados
TRABAJO FIN DE MÁSTER
Daniel Martín Yerga
Oviedo, 21 de Julio, 2011