SUB PROGRAMA IXMicroelectrónica

RED IX.I: TESEO“Tecnologías para el Desarrollo de Sensores y Microsistemas”

Taller de “Tecnologías MEMS para Sensores”29-31 de julio de 2002, Buenos Aires

MICRO Y NANO-SENSORES PARA DETERMINACIÓN ANALÍTICA: NECESIDADES Y REQUERIMIENTOS

Dr. Julian Alonso Chamarro, Grupo de Sensores y Biosensores

Universidad Autónoma de Barcelona

Muestreo

Procesado de muestraSeparación

Transporte de muestra

ReacciónMedida

Procesamiento de señal y datos

MUESTRAMUESTRA

Calibración

RESULTRESULTADOADOSSMUESTRAMUESTRA SEÑALSEÑAL RESULTADORESULTADO

CODIFICACION DESCODIFICACION

Generación de información analítica por procedimientos

clásicosCODIFICACION

Procedimiento Analítico

DESCODIFICACION

Integración del Procedimiento AnalíticoIntegración del Procedimiento Analítico

SEÑAL

SEÑAL PRIMARIA•SEÑAL OPTICA•SEÑAL ELECTROQUIMICA•SEÑAL MASICA•SEÑAL TERMICA

MUESTRA TR A

SEÑAL SECUNDARIASEÑAL ELECTRICA

SENSOR

CARACTERISTICAS

•EXACTITUD•PRECISION•SELECTIVIDAD•SENSIBILIDAD•LIMITE DE DETECCION•RANGO DE LINEALIDAD•TIEMPO DE RESPUESTA•HISTERESIS•RUIDO•ESTABILIDAD•DERIVA

SENSORES

CARACTERISTICAS

•ROBUSTEZ•CALIBRACIÓN•TIEMPO DE VIDA

•LARGO•UN SOLO USO

•COSTE REDUCIDO•ANALISIS•FABRICACION

•MANTENIMIENTO LIMITADO•PORTATIL•ECOLOGICO•NO DESTRUCTIVO

SENSORES

ESPECIES QUIMICAS

SE

NS

IBIL

IDA

D

SENSOR ESPECIFICO

ii CmSeñal •≅

ESPECIES QUIMICAS

SE

NS

IBIL

IDA

D

SENSOR NO SELECTIVO

jj

j CmSeñal •= ∑

CO

NC

EN

TR

AC

ION

ESPECIES QUIMICAS

MUESTRA COMPLEJA

SENSORES

SELECTIVIDAD

• ELEMENTO DE RECONOCIMIENTO

• ALTA SELECTIVIDAD (ESPECIFICIDAD)

• REVERSIBILIDAD

• ESTABILIDAD

• ELEMENTOS DE RECONOCIMIENTO

• QUIMICOS (IONOFOROS)

• BIOLOGICOS•ENZIMAS BIOSENSORES•ANTICUERPOS INMUNOSENSORES•DNA GENOSENSORES•RECEPTORES .•CELULAS .•TEJIDOS .

SENSORES

SELECTIVIDAD (ELEMENTO DE RECONOCIMIENTO)

• ALTA SELECTIVIDAD (ESPECIFICIDAD)Medidas in-line de muestras complejasSelectividad vs composición muestra

• LIMITADA SELECTIVIDAD Medidas con tratamiento previo de la muestra Medida de percepciones - nariz (olor) o lengua

(sabor) electrónica. (sensor array-pattern recognition)Medidas múltiples sensores con tratamiento

quimiométrico de datos (redes neuronales)

SENSORES

CURVAS DE RESPUESTA

SEÑAL DE SALIDA : RESPUESTA DEL SENSOR CUANDO EL MATERIAL DE RECONOCIMIENTO SUFRE VARIACIONES

TIPOS DE RESPUESTA

LINEAL S = aM + bSituación ideal

NO LINEAL S = f(M)

S

MM1

S1

S

MM1

S1

MSadSensibilid =

1MMdMdSadSensibilid

==

SENSORES

REVERSIBILIDADS

EÑ

AL

Adi

ción

de

ana

lito

Elim

inac

ión

de a

nalit

o

TIEMPO

reversibilidad ideal

•SENSORES REVERSIBLES•SENSORES REGENERABLES•SENSORES DESECHABLES

SENSORES

SENSORES Y BIOSENSORESTECNOLOGIAS IMPLICADAS

MEMBRANASPOTENCIOMETRICAS

DISPOSITIVOS DE TRANSDUCCIÓNOPTICOS ELECTRICOS

SPR SENSORES FIBRA OPTICA

SENSORES OPTO-

ELECTRONICOS

TRANSISTORES DE EFECTO DE CAMPO

(ISFET)

MATERIALESCOMPOSITES

ELECTRODOS SELECTIVOSDE IONES

SENSORES AMPEROMETRICOS

MEMBRANASOPTICAS

DISPOSITIVOS PLANARES

DESECHABLES (SCREEN-PRINTING)

SENSORES QUIMICOSBIOSENSORES

TECNOLOGIA MICROELECTRONICA

TECNOLOGIAPOLIMEROS

MATERIALESBIOCOMPOSITES

TECNOLOGIABIOQUIMICA

ENZIMAS

ANTICUERPOS

INMUNOSENSORES

TECNOLOGIACONVENCIONAL

DNA

GENOSENSORES

TECNOLOGIA SINTESIS

ADITIVOSIONOFOROSCROMOFOROS

SISTEMAS DE RECONOCIMIENTOSISTEMAS ANALITICOSINTEGRADOS

µ TAS

(BIO) ANALIZADORES

AUTOMATIZADOS

(BIO)ANALIZADORES

Sensores Electroquímicos

Potenciométricos• Paso de corriente nulo• Alta Impedancia(E/I)• Superficie activa

selectiva al analitoEjemplos• pH• Electrodos selectivos de

iones (ISE)

VENTAJAS

•AMPLIO RANGO DE MATERIALES SELECTIVOS Y SENSORES.

•AMPLIO CONOCIMIENTO DE LA RELACION ENTRE COMPOSICION Y PROPIEDADES

•INSTALACION SIMPLE, FACIL MANEJO, MEDIDA DIRECTA

•AMPLIO NUMERO DE CONFIGURACIONES (ESTATICA, FLUJO, MICRO, ETC.)

•FACIL APLICACIÓN EN ANALISIS AUTOMATICO Y/O INDUSTRIAL

•BAJO COSTE

DESVENTAJAS

•SELECTIVIDAD INSUFICIENTE

Voltamétricos• Modulación de potencial• Especiación electroquímica• Sistema con tres electrodos• Preconcentración• (VRA) LD inferiores a 10-11 MEjemplos• Metales pesados

Sensores ElectroquímicosAmperométricos• Potencial aplicado fijo en

función de las propiedades electroquímicas del analito

• Corriente registrada en función del tiempo

Ejemplos• Sensor de oxigeno tipo

Clark (disco de Ptpolarizado a -0,7 V vs. Ag/AgCl)

• Peroxido de hidrogeno • Glucosa (Clark)

ISFETs-CHEMFETs

Ventajas• Sensores de estado sólido • Señal de baja impedancia• Tiempo de respuesta rápido • Tamaño y precio

Transistores de efecto de campo selectivos a iones

δnFADCi = )log()303,2( jZ

iZ

akaFZRTKE iji

i++=

Calibración Sensor

AmperometriaElectrodo planar

Convección

VoltametriaEcuación CotrellNo convección

PotentiometriaEcuación Nikolski-Eisenman

Ecuación Nernst concorreccion de selectividad

TRANSDUCCION ELECTROQUIMICA

*OX

OX Ct

DnFAIπ

=

– Intensidad de corriente proporcional a la concentración – Logaritmo del potencial proporcional a la concentración

Técnicas Ópticas• Transmisión• Reflexión• Fluorescencia• Fosforescencia

Sensores Ópticos• Oximetría• pH, indirectamente: CO2

• pO2

OximetroOximetro

Sensores Ópticos

SENSORES OPTICOS

FENOMENOS OPTICOS:

•ABSORCION/ TRANSMISION •FLUORESCENCIA

TECNOLOGIA DE FABRICACIÓN DE CIRCUITOS INTEGRADOSSENSORES TIPO ISFET

TECNOLOGIA DE INDUSTRIA DE TELECOMUNICACIONESSENSORES OPTICOS

COMPONENTES OPTICOS ACTIVOS Y PASIVOS•EMISORES•DETECTORES•GUIAS DE ONDA (CILINDRICAS O PLANAS)

LINEAS DE INVESTIGACION GSB-UAB

FORMATO DESECHABLESCREEN-PRINTING

CONFIGURACION TUBULAR INTEGRABLE EN SISTEMAS

DE FLUJO CONTINUO cuerpo de metacrilato conector

capa aislante agujero diám. 1'5 mmrelleno de epoxy-grafito

A B

C D E

y pulido

SENSORES POTENCIOMETRICOS

SENSORES AMPEROMETRICOSCOMPOSITES/BIOCOMPOSITES CONDUCTORES

FORMATO DESECHABLESCREEN-PRINTING

FORMATO REUTILIZABLE CONFIGURACION CONVENCIONAL

SENSORES POTENCIOMETRICOS TIPO ISFET

FUENTE

Membrana óptica selectiva a ionesFibras ópticas

Dirección transferencia de

masa

DETECTOR

Guía de onda de salidaGuía de onda de entrada

L

Camino óptico(zona libre propagación)

d

Grueso Membrana

SENSORES OPTICOS TIPO SENSORES OPTICOS TIPO IWAOIWAODISEÑO CONCEPTUAL DEL DISPOSITIVODISEÑO CONCEPTUAL DEL DISPOSITIVO

ACTIVACIÓN DEL DISPOSITIVOACTIVACIÓN DEL DISPOSITIVO

Fotografía de la Fotografía de la membrana tras su membrana tras su deposicióndeposición

Transmisión de la radiación Transmisión de la radiación en la región de libre en la región de libre propagaciónpropagación

SENSORES OPTICOSDISPOSITIVO OPTICO INTEGRADO CON TRANSDUCTOR OPTOQUIMICO INTERCAMBIABLE

tiempo (s)

0 100 200 300 400 500 600 700 800 900

Abs

orba

ncia

0.00.40.81.21.62.02.42.83.23.64.04.4

a

b

c

d

e

f

a

h

g

a c d e f g ha

sensor

espectrofotómetroComparación de los calibrados de K+

obtenidos en las mismas condiciones con el IWAO y el sensor de configuración convencional a λ= 670 nm. a: tampón acético/ acetato 0.05 M pH = 5.55, b: 1x10-5 M, c: 1x10-4 M, d: 1x10-3 M, e: 1x10-2 M, f: 1x10-1 M, g: 5x10-1 M, h: 1 M

DISPOSITIVO OPTICO INTEGRADO ACTIVADO CON MEMBRANA SELECTIVA DE ION POTASIO

membrana

I C

MZ+

H+

MIZ+

CH+

(z+1) R-

solución acuosa

SINTESIS NUEVOS CROMOFOROS ZONA NIR

-0 . 2

0 . 0

0 . 2

0 . 4

0 . 6

0 . 8

1 . 0

1 . 2

0 2 4 6 8 1 0 1 2 1 4p HAb

sorb

ance

0 . 0

0 . 2

0 . 4

0 . 6

0 . 8

1 . 0

1 . 2

4 0 0 5 0 0 6 0 0 7 0 0 8 0 0 9 0 0 1 0 0 0W a ve le n g t h (n m )

Abso

rban

ce

Espectro de absorción y curva de valoración del colorante snc7 en etanol

Nor-indocarbocyanines

TsOH

N

YX Cl O

H

H

HO+N

YX Cl

HN

YX

HTsO -

2

t (s)

0 600 1200 1800 2400 3000

Abs

orba

ncia

(-lo

g P

/Po)

0.0

0.2

0.4

0.6

0.8

1.0

1.2

1.4

1.6

1.8

jih

g

sensor

Configuraciónconvencional

fedcba

T

S

R

QP

ON

MK L

λ (nm)

400 500 600 700 800

Abs

orba

ncia

0.0

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

0.6

0.7pH=3.0

pH=4.3

pH=5.0

pH=5.5

pH=6.5

pH=5.9

DISPOSITIVO OPTICO INTEGRADO ACTIVADO CON MEMBRANA SELECTIVA DE

pH INCORPORANDO INDICADOR NIR

BIOSENSORES, INMUNOSENSORES,

GENOSENSORES

• MATERIALES BIOLOGICOS COMO ELEMENTOS DE RECONOCIMIENTO SELECTIVO

BIO-IMMUNOCOMPOSITES

INMUNOSENSORES BASADOS EN INMUNOCOMPOSITES

Evento de reconocimiento irreversible

DISPOSITIVOS DESECHABLES O REGENERABLES

SAMPLESelectivedetectionof the analyte

IMMUNOCOMPOSITE SIGNAL

POLYMERIC MATRIX,GRAPHITE POWDER,IMMUNOLOGICAL MATERIAL

medio complejo

señaleléctrica

Analito Biorreceptor Transductor Captura de datos Procesador

GENOSENSOR

reconocimientodel analito

sensibilidad a uncambio físico o

químicotransducción obtención de una

señal mensurableobtención de

resultados

M

HRP

red ox

ox red

H2O2H2O

ne-

Diseño y construcción de un genosensor amperométrico

Formato dot-blot

III PASO REACCIÓN DE COMPLEJACIÓN ENTRE DNA-BIOTINAY CONJUGADO HRP-ESTREPTAVIDINA. 30 MIN, 42º C. DETERMINACIÓN ENZIMÁTICA: 15 min

II PASO HIBRIDACIÓN CON LA SONDA MARCADA CON BIOTINA: 45 MIN, 42º C. LAVADO: 5 MIN, 42ºC

I PASO HIBRIDACIÓN CON EL ANALITO: 60 min, 42º C.

PREPARACIÓN DEL GENOSENSOR ADSORCIÓN DE LA SONDA DE CAPTURA: 50 min

Determinación: 160 min

Diseño y construcción de un genosensor amperométrico

Formato de captura secuencial

II PASO REACCIÓN DE COMPLEJACIÓN ENTRE DNA-BIOTINAY CONJUGADO HRP-ESTREPTAVIDINA. 30 MIN, 42º C. DETERMINACIÓN ENZIMÁTICA: 15 min

I PASO HIBRIDACIÓN CON EL ANALITO Y CON LA SONDA BIOTINILADA: 60 min, 42º C. LAVADO: 5 MIN, 42ºC

PREPARACIÓN DEL GENOSENSOR ADSORCIÓN DE LA SONDA DE CAPTURA: 50 min

Determinación: 110 min

Diseño y construcción de un genosensor amperométrico

Formato de captura en un paso

Formato de captura secuencial

dos reacciones en fase heterogénea

Formato de captura en un paso

Diseño y construcción de un genosensor amperométrico

Formato de captura

Diseño y construcción de un genosensor amperométrico

Formato de captura

una reacción en fasehomogénea (más rápida)y una reacción en fase

heterogénea (más lenta)

Determinación: 160 min Determinación: 110 minFormato de captura secuencial Formato de captura en un paso

dos reacciones en fase heterogénea

AUTOMATIZACION DEL PROCESO ANALÍTICO (PA)

OBJETICOS BÁSICOS•PROCESADO DE UN ELEVADO NUMERO DE MUESTRAS•DETERMINACIÓN DE DIFERENTES COMPONENTES DE UNA MISMA MUESTRA• REDUCCIÓN DE LA PARTICIPACIÓN HUMANA •LIMITACIÓN DE ERRORES•REDUCCIÓN DE COSTES•INCREMENTO DE LA VELOCIDAD DE ANÁLISIS•CONTROL DE PROCESOS (INDUSTRIAL U OTROS)•REDUCCIÓN DEL CONSUMO DE MUESTRA Y/O REACTIVOS•SIMPLIFICACIÓN DE UNA TÉCNICA O METODO ANALÍTICO

ANALIZADOR:SERIE DE ELEMENTOS (MODULAR O NO) QUE OPERA DE FORMA AUTOMATIZADA Y HA SIDO DISEÑADO PARA LA DETERMINACIÓN CUALI O CUANTITATIVA DE UNO O VARIOS ANALITOS EN UNA O UNA SERIE DE MUESTRAS EN BASE A CAMBIOS EN SUS PROPIEDADES FÍSICAS, QUÍMICAS O FISICO-QUIMICAS

SIMBIOSIS HACIA LA PERFECCION PRACTICA

SENSOR AUTOMATIZACION

PERFECCION CONCEPTUAL

AUTOMATIZACION / SENSOR

SISTEMA AUTOMATICO SENSOR

• IN-LINE • SELECTIVIDAD • ROBUSTEZ• ESTABILIDAD• AUTOCALIBRACION

• ON-LINE• ROBUSTEZ• AUTOMATIZACION• VERSATILIDAD

• IN-SITU– SENCILLEZ– BAJO COSTE– MANUAL– DISPOSITIVOS DESECHABLES

METODOLOGIAS DE APLICACIÓNSENSORES Y BIOSENSORES

• INFORMACION CONTINUA

• INFORMACION EN TIEMPO CASI REAL

• PRETRATAMIENTO MUESTRA

• INFORMACION DISCRETA• PRETRATAMIENTO

MUESTRA

• PROBLEMAS PLANTEADOS

– SELECTIVIDAD SENSORES– SENSIBILIDAD Y LIMITE DE DETECCION– RANGO DE TRABAJO– TIEMPO DE VIDA– FUNCIONAMIENTO AUTONOMO– MONITORIZACIÓN EN TIEMPO REAL

APLICACIÓN PRACTICA SENSORES Y BIOSENSORES

• SOLUCIONES APORTADAS POR LOS SISTEMAS DE GESTION DE FLUIDOS

– SIMPLIFICACION PROCESO DE AUTOMATIZACION – PRETRATAMIENTO DE MUESTRAS AUTOMATIZADO

(SEPARACION Y PRECONCENTRACION)– MODULACION RANGOS DE TRABAJO – AUTOCALIBRACION

APLICACIÓN PRACTICA SENSORES Y BIOSENSORES

REACTIVO

SOL.PORTADORA

MUESTRA

DETECCION

VALVULA INYECCIÓN

h

SISTEMAS DE ANÁLISIS EN FLUJO CONTINUO

PRETRATAMIENTO

MUESTRA

BOMBA

ANALIZADORES BASADOS EN LA TECNICA SIA

����������������������������

����������������������������

����������������������������

����������������������������

����������������������������

����������������������������

�����������������������������������������������

�����������������������������������������������

�����������������������������������������������

�����������������������������������������������

�����������������������������������������������

�����������������������������������������������

�����������������������������������������������

�����������������������������������������������

�����������������������������������������������

12

3

456

7

8 ����

���������������

������������������

������������������

������������������������������������������������������������������������������������

�������������������������������

�������������������������������

�������������������������������

�������������������������������

�������������������������������

�������������������������������

�������������������������������

�������������������������������

12

34

5

6

Peristalticpump Multiposition valve

Groundelectrode

Tubularelectrode

Referenceelectrode

Sample

Computer

Potenciometer

ReagentMultiposition

valve

WasteWater

Eluent Ion exchanger column

L1

APLICACIÓN PRACTICA

SENSORES Y BIOSENSORES

BÁSICA

BIOANALÍTICA INDUSTRIA

QUÍMICA ANALÍTICA

MONITORIZACIÓN

MEDIOAMBIENTE

ANÁLISIS DE SISTEMASNO EVOLUTIVOS

ANÁLISIS DE SISTEMASEN EVOLUCIÓN

APLICADA

MONITORIZACIÓN

MONITORIZACION MEDIOAMBIENTAL

MONITORIZACION MEDIOAMBIENTAL

APLICACIONES DE SISTEMAS DE CONTROL AUTOMATICO BASADOS EN SENSORES

•PREVENCION DE POLUCIÓN INDUSTRIAL•OPTIMIZACION PROCESOS INDUSTRIALES•MINIMIZACION VERTIDOS

•SISTEMAS DE ALERTA•DETECCION DE VERTIDOS PUNTUALES•DETECCION DE CONTAMINACION DIFUSA Y NIVELES BASALES

•CONTROL DE PROCESOS•POTABILIZACION Y DEPURACION

SISTEMA INTEGRADO DE ESTACIONES DE CONTROL DE

CALIDAD DE AGUAS

RED AUTOMÁTICA DE MONITORIZACIÓN

GÁLLEGO EN ZARAGOZA

EBRO EN MENDAVIA

ZADORRA EN ARCEIREGUA EN ISLALLANA

EBRO EN MIRANDA

Sistema integrado de estaciones de control de calidad de aguas (SAICA-EBRO))

Sistema integrado de estaciones de control de calidad de aguas (XACQA)

RÍO LLOBREGAT EN CASTELLBELL

RIERA DE RUBÍ EN RUBÍ

RÍO ANOIA EN MARTORELL

�������������������

�������������������

�������������������

amplificador

ESI Eref

residuo�������������������

�������������������

�������������������

�������������������

PLC

tecladopantalla

muestraP1

P2

H2O

NaOH

masabomba

residuoválvula válvula

inyectora

unión T

selectora

TRISresiduo difusor

de gases

ANALIZADOR DE ION AMONIO

VALIDACIÓN EN CAMPO

VALIDACIÓN EN CAMPO: RESULTADOS I (SAICA)

0

0,5

1

1,5

2

2,5

3

3,5

4

4,5

5

5,5

6

6,5

0 150 300 450 600 750 900 1050 1200 1350 1500 1650

Tiempo (días)

Con

cent

raci

ón (p

pm)

129635 DATOS/ 1618 DÍAS

80 DATOS/DÍA

EN EL GRÁFICO SE REPRESENTA MEDIA MÓVIL CON UNA VENTANA DE

80 DATOS, UN DATO POR DÍA

ANALIZADOR SIMULTANEO DE ION NITRATO Y CLORURO

CONSTRUCCIÓN DEL EQUIPO

-válvula -electrodo-sistema desburbujeador Pi - Solución patrón iV

ErefCl-

residuo

K2SO4

H2O

Muestra

P3P2P1

VV VVV

bomba

NO3NO3- residuo

electrodo de tierra

* SISTEMA BICANAL Y BIPARAMÉTRICO

RANGO DE CONCENTRACIÓN: NITRATO 10-30 ppmCLORURO 50-250 ppmCl- : NO3

- 5-25

VALIDACIÓN EN CAMPO (III) : RÍO EBRO (SAICA)

0

2

4

6

8

1 0

1 2

1 4

1 6

1 8

2 0

2 2

2 4

2 6

Con

cent

raci

ón (p

pm)

0

2 0

4 0

6 0

8 0

1 0 0

1 2 0

1 4 0

1 6 0

1 8 0

2 0 0

2 2 0

2 4 0

2 6 0

2 8 0

3 0 0

3 2 0

0 3 0 6 0 9 0 1 2 0 1 5 0 1 8 0 2 1 0 2 4 0

T i e m p o ( d í a s )

Con

cent

raci

ón (p

pm)

CLORUROVENTANA= 69

NITRATOVENTANA= 73

CICLOS DE 25-35 DÍAS

MULTIPARAMETRIC ANALYZER FOR THE MULTIPARAMETRIC ANALYZER FOR THE ONON--LINE MONITORING OF NITRITE, LINE MONITORING OF NITRITE, NITRATE AND AMONIUM IONS IN NITRATE AND AMONIUM IONS IN WASTEWATER TREATMENT PLANTWASTEWATER TREATMENT PLANT

RiverManufacturingprocess

Aerobic reactor

Anoxic reactor

Ammoniumwastewater

Ethanol

COD wastewater

Settler

1

Sludge recycle

Carbonate

Sludge recycle

NH4+

Alcalinity recycle

Settler

2

Control point (alert system) NH4+

NO2-

NO3-

NH4+

NO2-

NO3-

R1 R3

N/D treatment plant. Sant Sadurní d’Anoia (Barcelona, Spain)

S1 S2

R1

Key parameters:Ammonium: to test total oxidation.Nitrate: to control the automated addition of ethanol in R3.Nitrite: to prevent accumulation (inhibitory substance).

Biological nitrification processNH4

+ NO2- NO3

-R3

Key parameters:Ammonium: to test total removing.Nitrate: to test total removing.Nitrite: to prevent dangerous runoff.

Biological denitrification processNO3

- NO2- N2

R1

NO2- 0-1600 ppm 0-100 ppm

NO3- 0-4500 ppm 0-150 ppm

NH4+ 5000-6000 ppm 0-100 ppm 0-20 ppm

OPERATION OPTIMAL CONDITIONS

WORKING RANGE TO ATTAIN

VERSATILEWORKINGRANGE !!

S1 S2Ammonium wastewater

NITRATE DETERMINATIONNITRATE DETERMINATION

FIA MANIFOLD-NITRATE

Figure 8. Potentiometric detection-FIA (FIP system). P, peristaltic pump; V, valve; MC, mixing coil: 50 cm; B, de-bubbling system; E, nitrate ion selective electrode (tubular configuration) see above; ER, reference electrode (Ag/AgCl); GE, ground electrode; A, carrier solution: distilled water; Sn, standard nitrate solutions, RM, reagent modifier Na2SO4 1 M.

Eref

waste

Sample

S3S2S1

VV VVV

NO3NO3- waste

RM 1.1

1.1

ml min-1

0.25

A

MC

E

P

B

ER

GE

Design FIP system. P, peristaltic pump; Psp, sampling peristaltic pump; D, distribution zone; FS flow system components; E, nitrate ion selective electrode (tubular configuration); ER, reference electrode (Ag/AgCl);.

P

D

E

PSP

ER

FS

time (minutes)

0 5 10 15 20 25 30 35 40 45

Poten

tial n

ormali

zed (

mV)

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

110

120

130

100

100 100 100

1000 1000 1000

2500 2500

5000 5000

CNO3- (ppm)

100 1000 10000

CNO3- (ppm)Time (minutes)

Calibration and sample runs for the 100-5000 ppm NO3- range

ANALIZADOR PARA LA DETERMINACION DE TENSOACTIVOS ANIONICOS Y NO-IONICOS

CALIBRATIONS WITH PRE-CONCENTRATION

Evaluation of the FIA system using on-line preconcentration

time (s)0 50 100 150 200 250 300 350 400 450 500

Peak

-hei

ght (

mV)

0

10

20

30

40

50

5.10-7M

1.10-6M

2.10-6M

5.10-6Mwith pre-concentrationconventional calibrationPARAMETERS OPTIMUM VALUES

ELUENT acetonitril 75% (v/v)

V ELUENT 50µL

VPRECONCENTRATION 3 mL

INTERFERENCE REMOVAL

log [SDS] (M)-7 -6 -5 -4 -3

Pea

k-he

ight

(m

V)

0

20

40

60

80

100

120

140

SDSSDS, Cl-,NO3

-

Calibration with pre-concentrationConventional calibration

Evaluation of the FIA system using on-line preconcentration

COLUMN

V PRECONCENTRATION, 3mL

DETERMINACIÓN DE SULFURO EN LODOS: ANALISIS POR INYECCION EN FLUJO CON PERVAPORACION

CAMBRA DONADORA

CAMBRA ACCEPTORA

Solució acceptora

HCl

23

1

4

MOSTRA

H2S (g)

S2- (s)

S2- (l)

1

2

3

4

DISEÑO Y CONSTRUCCION DE LA CELDA DE PERVAPORACION

CAMARA ACEPTORA

(A) Sistema de difusión de gases.1, membrana PVDF; 2, camara aceptora(espiral); 3, rejilla protectora. (B) La membrana se coloca entremedio de 2 i 3

Ubicación del sistema de difusión en la celda

1 3

2

(A)

(B)

12

3

5

Componentes básicos del analizador: (1) bomba peristáltica; (2) válvula de inyección; (3) sistema de detección: electrodo selectivo a ión sulfuro (Ag2S), electrodo de referencia (Ag/AgCl); (4) tubos de teflón que conforman el circuito de fluidos; (5) potenciómetro-amplificador conectado a un PC. Con la integración del sistema de pervaporación se obtiene el diseño inicial del analizador

4

temps (s)0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100110120130140150

Potencial (mV)

490

500

510

520

530

540

550

560

Va (ml)0.0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6

(Vo+Va)10(∆

E/g)

0

2

4

6

8

10

12

14

a=1.12 mlb= 23.29r ²=0.9981

Solución aceptora: SAOB + 0.68 ppm S2-

Reactivos para el pretractamiento: 0.4 ml agua MilliQ / 1.1 ml 1 M HClTiempo de acumulación total: 2’ 10’’

Sensibilidad electrodo: 28.2 mV/dec de concentración

CONCENTRACIÓN muestra real solida: 100 ppm S2-

Mostra Mostra + 25 µl 0.073 M S2-

Mostra + 200 µl 0.073 M S2-

Mostra + 500 µl 0.073 M S2-

ADDICIÓN ESTANDAR MUESTRA EDAR (Igualada)

DETERMINACIONES BIOMEDICASDETERMINACIONES BIOMEDICAS

Bioanalizador de urea y creatinina para la monitorización de procesos de

hemodiálisis

UNIDAD DE CONTROL

ureasa

Creatinina desiminasa

W

válvula 1

válvula 2

Bombaperistáltica

Bombaperistáltica

SANGRE

Hemodializador

Módulo dedifusión de gases

ISE-NH4 Referencia

LiOH 1MW

W

INMUNOPARTICULAS MAGNETICAS

M-280 M-450INMUNOSENSORES BASADOS EN PARTICULAS MAGNETICAS

Evento de reconocimiento irreversible

ELEMENTO RECONOCIMIENTO DESECHABLE

magnetISFET

magnetISFET

magnetISFET

magnetISFET

Urea

NH3

ISFET

magnet

AUTOMATED CONFIGURATION(COMPETITIVE IMMUNOASSAY)

IMMUNOSENSOR BASED ON MAGNETIC IMMUNOPARTICLES

INJECTION OF MAGNETIC PARTICLES PREINCUBATION INCUBATION

WASHING STEP MEASUREMENT OF ENZYMATIC ACTIVITY

REGENERATION

INDUSTRIA ALIMENTARIA Y INDUSTRIA ALIMENTARIA Y AGROPECUARIAAGROPECUARIA

ISFETpH

ISFETpH

DETERMINACION DE SO2 EN VINOS

Determinación de NH4+ y urea

DETERMINACION DEL GRADO ALCOHOLICO PROBABLE EN MOSTO

SENSOR SPR BASADO EN COMPONENTES OPTICOS DISCRETOS

ANALIZADOR DE FLUJO CONTINUO CON DETECCION MULTIPARAMETRICA

VINO

VINO ESTABILIZADO

Pump

GE K+ REFW

pH Ca2+

Carrier Solution

Samplevalve

RC

Time (min)

0 60 120 180 240

Pote

ntia

l (m

V)

300

325

350

375 Calcium

Time (min)

0 60 120 180 240

Pote

ntia

l (m

V)

-150

-125

-100

-75Potassium

Time (min)

0 60 120 180 240

Pote

ntia

l (m

V)

-250

-225

-200

-175

-150 pH

RESPUESTA DE LOS ISFETS DE PH, CALCIO Y POTASIO

VINO SIN TRATAR (----) VINO QUE SE ELUYE DE LA COLUMNA (L)

APLICACIÓN DIRECTA DE SENSORES EN SUELO

FER

TIL

IZA

NT

E Sistema controlOptimizacion de la DOSIFICACION del fertilizante

Sistema sensoranalisis in situ de los niveles de nutrientes

Time (h)

12 16 20 24 28 32 36

Pote

ntia

l (m

V)

-150

-100

-50

0

mg

Nitr

ate/

g s

oil

0.00

0.02

0.04

0.06

0.08

0.10

0.12

0.14

0.16

Results obtained at a depth of 15 cm using ( ) the nitrate probe and (•) following the kjehndalmethod.

Time (min)

0 50 100 150 200

Pote

ntia

l (m

V)

0

20

40

60

80

100

120

140

160

180

200

2 3 4 5 6

1

Variation of the potential with the addition of different solutions delivered by the calibration pipes. The solutions added were: 1. 0.001M sodium nitrate, 2. 0.01M sodium nitrate, 3. water, 4. 0.001M sodium nitrate, 5. 0.01M sodium nitrate and 6. wash cycle using water.

MEDIDAS IN-SITU DENITRATO EN SUELOS

MICROANALIZADORES DE FLUJO CONTINUO (µTAS)

MICROSISTEMA DE GESTION DE FLUIDOS. A) VISTA SUPERIOR ; B) VISTA INFERIOR. SE PUEDEN OBSERVAR CINCO PUERTOS DE ENTRADA/SALIDAY DOS AREAS DE DETECCION

Micro-Electric Mechanical Systems (MEMS)

RECIBE Y PROCESA DATOS, DECIDE QUE HACER EN FUNCION DE ESTOS

CAPTA INFORMACION AMBIENTAL (FISICA, QUIMICA YBIOLOGICA)

ACTIVA DISPOSITIVOS EXTERNOS

VALVULAS, BOMBAS, MICROFLUIDICA

Microfluidica

Implementación practica

•INTEGRACION MICROVALVULAS Y MICROBOMBAS•INTERCONEXION COMPONENTES•PERDIDAS DE LIQUIDOS•LLENADO, BURBUJAS, ETC•INTEGRACION DE MATERIALES HETEROGENEOS Y ETAPAS DE PROTRATAMIENTO PREVIO DE MUESTRA•PROBLEMAS GRAVES AL ANALIZAR MUESTRAS COMPLEJAS REALES•(OBTURACION MICROCANALES)•SENSIBILIDAD LIMITADA POR EL VOLUMEN DE MUESTRA

INTEGRACION DE MATERIALES HETEROGENEOS Y ETAPAS DE PROTRATAMIENTO PREVIO DE MUESTRA

INTERCONEXION COMPONENTES

PROBLEMAS GRAVES AL ANALIZAR MUESTRAS COMPLEJAS REALES

(OBTURACION MICROCANALES)