PROPUESTA PROYECTO FIN DE CARRERA CURSO 2005/06

José María Pedrosa Poyato

Título: "Estudio de la potencialidad de colorantes orgánicos para la fabricación de narices electrónicas "

Objetivo: Estudiar la potencialidad de determinados colorantes orgánicos (principalmente Porfirinas) como sensores ópticos de gases y compuestos orgánicos volátiles (VOC´s) contaminantes.

Resumen: El origen de los colorantes orgánicos se encuentra en su presencia en numerosos seres vivos (pigmentos). En concreto, las porfirinas y sus derivados son los responsables de nuestro “mundo verde” y nuestra “sangre roja”, donde realizan importantes funciones como la fotosíntesis (clorofila) o el transporte de oxígeno (grupo hemo de la hemoglobina). Desde el punto de vista químico, se trata de moléculas orgánicas con un núcleo central plano de electrones p deslocalizados (anillo tetrapirrólico) que hace que presenten una fuerte absorción de luz en la zona del visible (400-750 nm), y donde pueden acomplejar un gran número de iones metálicos. El desarrollo de la química órgánica a dado lugar a la síntesis de un gran numero de derivados de porfirina que encuentran aplicación en numerosos campos de interés científico y tecnológico (conversión de energía, fotoelectrónica, sensores químicos, etc.)

En concreto, la fuerte y rápida alteración del espectro de absorción de estos compuestos en presencia de bajas concentraciones (< ppm) de determinados gases o VOC´s, supone la base para el desarrollo de sensores ópticos de alta sensibilidad. Más aún, la combinación de varios colorantes puede permitir la confección de patrones únicos para cada analito, dando lugar a sistemas altamente selectivos.

Ejemplo. Evolución temporal del espectro de absorción de una porfirina expuesta a NO₂ gas (4.5 ppm en Nitrógeno). Intervalo de tiempo: 2 seg.

Película ultradelgada

Disolución

Metodología:

Estudio básico.

- Elección de los colorantes (porfirinas) objeto de estudio.

- Elección de los contaminantes objeto de estudio.

- Preparación de disoluciones orgánicas del colorante.

- Obtención y análisis del espectro de absorción UV-Vis.

- Recta de calibrado y determinación del coeficiente de absorción molar (e) de cada colorante.

- Influencia del disolvente en la solubilidad y agregación del colorante.

- Cambios espectrales (respuesta) producidos por la presencia (borboteo) del gas o volátil analito en la disolución del colorante.

- Estudio de la magnitud, rapidez y reversibilidad de la respuesta.

- Elección y combinación de colorantes para la elaboración de patrones de respuesta selectiva.

Ejemplo de posibles patrones de respuesta selectiva de un conjunto de porfirinas a diversos VOC´s.

Estudio avanzado.

- Estudio y análisis de posibles sistemas de representación de patrones de respuesta.

- Deposición de colorantes (películas) sobre soportes sólidos (vidrio, cuarzo).

- Influencia del nuevo medio soportado en la respuesta.

- Viabilidad de los resultados para el diseño de un prototipo de sensor experimental.

Material e instrumentación:

- Material básico de laboratorio (matraces, espátula, balanza analítica, etc.).

- Disolventes, colorantes y analitos (disponibles en las distintas casas comerciales)

- Espectrofotómetro ultravioleta-visible

- Material accesorio (carbón activo, tubos de teflón)

Para el estudio avanzado se necesitaría material extra según el grado de avance (sistemas de deposición de películas, espectrofotómetro con sonda de fibra óptica, etc.)

Previsión de dedicación: Pese a lo desarrollado de la metodología se trata de un proyecto de fácil ejecución experimental, al menos en su estudio básico. Dicho estudio básico, conforma en sí mismo material suficiente para un proyecto fin de carrera. La realización del estudio el avanzado dependería de los resultados obtenidos y la disponibilidad del alumno. En cualquier caso, el estudio básico alcanzaría con éxito los objetivos de la asignatura.

La previsión de dedicación es la que corresponde a los créditos de la asignatura (120 horas) distribuidos a lo largo del curso.

Datos de contacto: José María Pedrosa

Localización: Edif. 24B, 3ª Planta, despacho 14 (24B-3-14)

Telf.: 954 34 95 37

Email: jmpedpoy@upo.es