Este documento describe el desarrollo de un sensor electroquímico para la detección de mercurio en aguas utilizando electrodos serigrafiados de carbono nanoestructurados con nanopartículas de oro. Se optimizaron tres tipos de electrodos con diferentes nanoestructuras y se encontró que los electrodos con nanotubos de carbono y oro tenían la mayor sensibilidad y el límite de detección más bajo, por debajo del límite legal de 1 ppb. El sensor se utilizó con éxito para medir mercurio en ag

1. UTILIZACIÓN DE MATERIALES NANOHÍBRIDOS
COMO TRANSDUCTORES DE SENSORES DE MERCURIO
Daniel Martín Yerga, María Begoña González García, Agustín Costa García*
UNIVERSIDAD DE OVIEDO, Departamento de Química Física y Analítica. 33006 Oviedo (Asturias). España
Universidad de Oviedo *e-mail: costa@uniovi.es
Introducción Instrumentación
El mercurio es un metal tóxico. Su nivel en aguas debe estar perfectamente controlado, siendo 1 ppb el Se utilizaron electrodos
límite máximo permitido en aguas de consumo. serigrafiados de carbono
Por tanto, se necesita un método barato, rápido, sencillo, sensible y con instrumentación portable para la DropSens 110
determinación de mercurio en aguas. (www.dropsens.com).
El presente trabajo describe el desarrollo y optimización de un sensor electroquímico utilizando Estos dispositivos
electrodos serigrafiados de carbono (SPCEs) para la determinación de mercurio en aguas. Esta determinación consisten en una pequeña
se facilita empleando un transductor electroquímico que posea oro debido a la alta afinidad que presentan tarjeta que presenta una
ambos metales, y al proceso UPD (“underpotential deposition”). El uso de nanomateriales en la superficie configuración de tres
electródica exhibe unas características superiores a los materiales convencionales. electrodos: un electrodo de
pseudoreferencia de plata y
SPCnAuEs: electrodos serigrafiados de carbono nanoestructurados con nanopartículas
electrodos de trabajo y
de oro.
Transductores auxiliar de carbono.
electroquímicos SPGOnAuEs: electrodos serigrafiados de carbono nanoestructurados con óxido de
nanoestructurados grafeno y nanopartículas de oro.
utilizados
SPCNTnAuEs: electrodos serigrafiados de carbono nanoestructurados con nanotubos de
carbono y nanopartículas de oro.
Procedimiento Fundamento del sensor
1) Preconcentración de Hg(0) sobre el oro 2) Oxidación del Hg(0)
Nanoestructuración según el primer proceso UPD adsorbido en la 1ª UPD
mediante voltamperometría
nAu CNT GO de onda cuadrada
1ª UPD Hg2+ Hg0 Hg(Au)**
Las nanopartículas de oro (nAu) se La nanoestructuración con nanotubos
generan mediante la aplicación de La nanoestructuración con óxido de Señal
de carbono (CNT) se lleva a cabo analítica
una corriente constante de reducción grafeno (GO) se lleva a cabo mediante
mediante la deposición sobre el
durante un tiempo determinado a una la deposición sobre el electrodo de
electrodo de trabajo de una gota de 4
gota de 40 µL de una disolución de trabajo de una gota de 10 µL de una Hg2+ Hg0 Hg(Au)*
µL de una dispersión 0.1 g/L de
dispersión 0.1 g/L de GO en agua. 2ª UPD
AuCl4- en HCl (0.1 M). MWCNT-COOH en agua/DMF (1:1). 2ª UPD
1ª UPD
Se optimizaron diversos parámetros analíticos como la nanoestructura de Bulk Hg2+ Hg0
oro utilizada, la concentración del medio (HCl), el potencial y tiempo de deposition
deposición, y los parámetros de la voltamperometría de onda cuadrada.
Resultados
SPCnAuEs SPGOnAuEs SPCNTnAuEs
SEM
x10000 1 µm x10000 1 µm
x10000 1 µm
Nanoestructuración
con oro: Condiciones: Edep=0.3 V; tdep=240 s; Condiciones: Edep=0.3 V; tdep=200 s; Condiciones: Edep=0.3 V; tdep=200 s;
SWV (Ei=0.3 V; Ef=0.55 V; f=80 Hz; SWV (Ei=0.3 V; Ef=0.55 V; f=40 Hz;
-100 A amplitud=30 mV; step=4 mV) amplitud=20 mV; step=8 mV)
SWV (Ei=0.3 V; Ef=0.55 V; f=40 Hz;
amplitud=20 mV; step=8 mV)
1 mM AuCl4-
180 s
SPCnAuEs SPGOnAuEs SPCNTnAuEs
Intervalo lineal (ppb) 5-100 2-50 0.5-50
Sensibilidad (µA/ppb) 0.120 0.082 0.237
Límite de detección (ppb) 3.3 1.9 0.3
Se utilizó el sensor con mejores características analíticas (SPCNTnAuEs) para la determinación de mercurio
Determinación de Hg(II)
en agua de grifo. No se observó una señal de mercurio en la muestra, por lo que se dopó hasta una
en agua de grifo concentración de Hg(II) de 10 ppb. La recuperación obtenida fue del 99 %.
Hg2+ Pb2+
El sensor desarrollado es capaz Intervalo lineal
de determinar de manera 5-60 2-100
(ppb)
Determinación simultánea simultánea dos metales pesados Sensibilidad
de Hg(II) y Pb(II) muy importantes, como son plomo y (µA/ppb)
0.228 0.203
mercurio. Límite de
1.9 2.0
detección (ppb)
Condiciones: Edep = -0.5 V; tdep = 120 s; SWV (Ei=-0.5 V; Ef=0.55 V; f=50 Hz; amplitud=25 mV; step=4 mV)
Conclusiones
La utilización de nanopartículas de oro permite realizar el análisis electroquímico de mercurio de manera sensible gracias a las
propiedades del material nanométrico y la alta afinidad entre ambos metales.
Si, además, las nanopartículas de oro se depositan sobre superficies nanoestructuradas de carbono, como óxido de grafeno o nanotubos de
carbono, se genera un material nanohíbrido totalmente innovador que mejora las características analíticas del sensor.
En el caso de SPCNTnAuEs se consigue medir concentraciones por debajo del límite establecido por la legislación.
Estas excelentes propiedades se pueden aprovechar para la fabricación de un sensor voltamperométrico de mercurio en aguas, que permite
el análisis rápido, barato y sencillo detectando cantidades por debajo de los límites establecidos por la legislación.
V WORKSHOP NANOCIENCIA Y NANOTECNOLOGÍA ANALÍTICAS