Publication: Potenciometría dinámica con electrodos selectivos de iones de membrana polimérica plastificada
Authors
González Franco, José Antonio
item.page.secondaryauthor
Escuela Internacional de Doctorado
item.page.director
Ortuño Sánchez-Pedreño, Joaquín ; Olmos Martínez, José Manuel
Publisher
Universidad de Murcia
publication.page.editor
publication.page.department
DOI
item.page.type
info:eu-repo/semantics/doctoralThesis
Description
Abstract
Objetivos de la tesis
El objetivo general de esta Tesis Doctoral es la utilización de la potenciometría dinámica como un enfoque innovador para el estudio y aplicación de la respuesta transitoria de potencial de electrodos selectivos de iones (ISEs), desde el contacto inicial con la muestra. Esta señal, potencial-tiempo, contiene información analítica sobre la composición de la muestra. Los objetivos concretos son:
Identificación de los logros y posibilidades actuales de la potenciometría dinámica con ISEs de membrana polimérica plastificada.
Utilización de las señales transitorias de potencial para el análisis cualitativo y cuantitativo de iones inorgánicos y orgánicos.
Desarrollo de una lengua electrónica basada en las señales transitorias de potencial de una red de ISEs.
Desarrollo y aplicación de nuevas metodologías de potenciometría dinámica basadas en el control de la agitación de la muestra.
Modelización teórica de la respuesta transitoria de potencial de ISEs de membrana polimérica plastificada mediante ecuaciones analíticas.
Metodología
La técnica instrumental utilizada es la potenciometría a intensidad nula o circuito abierto. Se construyen ISEs de membrana polimérica plastificada con diversas composiciones, variando el tipo de plastificante y la presencia/ausencia de aditivo iónico e ionóforo. Se hacen medidas con ISEs individuales y con una red de ISEs.
Como técnicas quimiométricas se emplean Análisis de Componentes Principales (PCA) y Regresión de Componentes Principales (PCR).
Se utiliza el lenguaje de programación C++ para implementar computacionalmente las ecuaciones analíticas del modelo teórico desarrollado.
Resultados o conclusiones
Se han revisado los principales conceptos asociados a los ISEs, los modelos teóricos más relevantes para la respuesta transitoria de potencial, las aplicaciones analíticas de la potenciometría dinámica, los fundamentos de las lenguas electrónicas potenciométricas y los tratamientos quimiométricos de componentes principales. La gran mayoría de modelos teóricos utilizan tratamientos numéricos, a pesar de que las ecuaciones analíticas permiten cálculos más rápidos y son más fáciles de interpretar e implementar computacionalmente. Por otra parte, hay muy pocas lenguas potenciométricas que utilicen señales transitorias y las técnicas quimiométricas PCA y PCR destacan como las más versátiles.
Se han obtenido las señales transitorias de potencial de un ISE de membrana de PVC plastificada con 2-nitrofenil-octil-éter, que incluye el intercambiador de iones tetrakis(4-clorofenil)borato potásico, para diversos cationes inorgánicos (H⁺, Li⁺, Na⁺, K⁺, Rb⁺, Ca²⁺, Mg²⁺) y orgánicos (colina, acetilcolina y procaína). Las señales transitorias presentan diferentes tipos de forma, dependiendo del coeficiente de selectividad del catión. Estas señales permiten la identificación y cuantificación de los cationes mediante PCA y PCR.
Se ha estudiado el efecto de la composición de la membrana sobre las señales transitorias de los ISEs hacia cationes mono-, di- y trivalentes inorgánicos y orgánicos (K+, Na+, NH4+, dopamina, procaína, Ca2+, Mg2+, Cu2+, Zn2+y La3+). El tipo de plastificante (2-nitrofenil-octil-éter o bis-2-etilhexil-sebacato) y la presencia del intercambiador catiónico (tetrakis(4-clorofenil)borato potásico) y/o del ionóforo de bajo perfil de selectividad (dibenzo-18-corona-6), tienen una influencia importante sobre las señales transitorias para los diferentes cationes. Esto ha permitido desarrollar una lengua electrónica constituida por varios electrodos para la identificación y cuantificación de los cationes ensayados, que supera en prestaciones a cada uno de los electrodos individuales.
Se ha desarrollado una modalidad de potenciometría dinámica mediante la desactivación-activación (OFF-ON) de la agitación de la muestra, propuesta a partir del drástico efecto de la convección sobre las señales transitorias, que permite la determinación simultánea del ion primario y de un ion interferente en ciertas situaciones.
Se ha elaborado un modelo teórico que proporciona ecuaciones analíticas que permiten describir las señales transitorias experimentales obtenidas con potenciometría dinámica OFF-ON. El modelo presenta gran potencial para la modelización de señales transitorias de ISEs en otras condiciones de trabajo.
Objetivos de la tesis
El objetivo general de esta Tesis Doctoral es la utilización de la potenciometría dinámica como un enfoque innovador para el estudio y aplicación de la respuesta transitoria de potencial de electrodos selectivos de iones (ISEs), desde el contacto inicial con la muestra. Esta señal, potencial-tiempo, contiene información analítica sobre la composición de la muestra. Los objetivos concretos son:
Identificación de los logros y posibilidades actuales de la potenciometría dinámica con ISEs de membrana polimérica plastificada.
Utilización de las señales transitorias de potencial para el análisis cualitativo y cuantitativo de iones inorgánicos y orgánicos.
Desarrollo de una lengua electrónica basada en las señales transitorias de potencial de una red de ISEs.
Desarrollo y aplicación de nuevas metodologías de potenciometría dinámica basadas en el control de la agitación de la muestra.
Modelización teórica de la respuesta transitoria de potencial de ISEs de membrana polimérica plastificada mediante ecuaciones analíticas.
Metodología
La técnica instrumental utilizada es la potenciometría a intensidad nula o circuito abierto. Se construyen ISEs de membrana polimérica plastificada con diversas composiciones, variando el tipo de plastificante y la presencia/ausencia de aditivo iónico e ionóforo. Se hacen medidas con ISEs individuales y con una red de ISEs.
Como técnicas quimiométricas se emplean Análisis de Componentes Principales (PCA) y Regresión de Componentes Principales (PCR).
Se utiliza el lenguaje de programación C++ para implementar computacionalmente las ecuaciones analíticas del modelo teórico desarrollado.
Resultados o conclusiones
Se han revisado los principales conceptos asociados a los ISEs, los modelos teóricos más relevantes para la respuesta transitoria de potencial, las aplicaciones analíticas de la potenciometría dinámica, los fundamentos de las lenguas electrónicas potenciométricas y los tratamientos quimiométricos de componentes principales. La gran mayoría de modelos teóricos utilizan tratamientos numéricos, a pesar de que las ecuaciones analíticas permiten cálculos más rápidos y son más fáciles de interpretar e implementar computacionalmente. Por otra parte, hay muy pocas lenguas potenciométricas que utilicen señales transitorias y las técnicas quimiométricas PCA y PCR destacan como las más versátiles.
Se han obtenido las señales transitorias de potencial de un ISE de membrana de PVC plastificada con 2-nitrofenil-octil-éter, que incluye el intercambiador de iones tetrakis(4-clorofenil)borato potásico, para diversos cationes inorgánicos (H⁺, Li⁺, Na⁺, K⁺, Rb⁺, Ca²⁺, Mg²⁺) y orgánicos (colina, acetilcolina y procaína). Las señales transitorias presentan diferentes tipos de forma, dependiendo del coeficiente de selectividad del catión. Estas señales permiten la identificación y cuantificación de los cationes mediante PCA y PCR.
Se ha estudiado el efecto de la composición de la membrana sobre las señales transitorias de los ISEs hacia cationes mono-, di- y trivalentes inorgánicos y orgánicos (K+, Na+, NH4+, dopamina, procaína, Ca2+, Mg2+, Cu2+, Zn2+y La3+). El tipo de plastificante (2-nitrofenil-octil-éter o bis-2-etilhexil-sebacato) y la presencia del intercambiador catiónico (tetrakis(4-clorofenil)borato potásico) y/o del ionóforo de bajo perfil de selectividad (dibenzo-18-corona-6), tienen una influencia importante sobre las señales transitorias para los diferentes cationes. Esto ha permitido desarrollar una lengua electrónica constituida por varios electrodos para la identificación y cuantificación de los cationes ensayados, que supera en prestaciones a cada uno de los electrodos individuales.
Se ha desarrollado una modalidad de potenciometría dinámica mediante la desactivación-activación (OFF-ON) de la agitación de la muestra, propuesta a partir del drástico efecto de la convección sobre las señales transitorias, que permite la determinación simultánea del ion primario y de un ion interferente en ciertas situaciones.
Se ha elaborado un modelo teórico que proporciona ecuaciones analíticas que permiten describir las señales transitorias experimentales obtenidas con potenciometría dinámica OFF-ON. El modelo presenta gran potencial para la modelización de señales transitorias de ISEs en otras condiciones de trabajo.
Thesis objectives The overall objective of this thesis is to study and apply the transient potential response of ion-selective electrodes (ISEs) from initial contact with the sample using dynamic potentiometry as an innovative approach. This potential-time signal contains analytical information about the sample's composition. The specific objectives are: Identification of the current achievements and possibilities of dynamic potentiometry with plasticised polymer membrane ISEs. Use of transient potential signals for the qualitative and quantitative analysis of inorganic and organic ions. Development of an electronic tongue based on transient potential signals from an array of ISEs. Development and application of new dynamic potentiometry methodologies based on sample stirring control. Theoretical modelling of the transient potential response of plasticised polymer membrane ISEs using analytical equations. Methodology The instrumental technique used is zero-current or open-circuit potentiometry. Polymeric membrane ion-selective electrodes (ISEs) are constructed with different compositions, varying the type of plasticiser and the presence or absence of ionic and ionophore additives. Measurements are taken using individual ISEs and an array of ISEs. Principal component analysis (PCA) and principal component regression (PCR) are used as chemometric techniques. The C++ programming language is used to implement the analytical equations of the developed theoretical model computationally. Results or conclusions A review of the main concepts associated with ISEs, the most relevant theoretical models for transient potential response, the analytical applications of dynamic potentiometry, the fundamentals of potentiometric electronic tongues and chemometric treatments of principal components has been conducted. While the vast majority of theoretical models use numerical treatments, analytical equations allow for faster calculations and are easier to interpret and implement computationally. Very few potentiometric tongues use transient signals, and PCA and PCR chemometric techniques stand out as the most versatile. Transient potential signals have been obtained from a PVC membrane ion-selective electrode (ISE) plasticised with 2-nitrophenyl-octyl ether and containing the ion exchanger potassium tetrakis(4-chlorophenyl)borate. These signals were obtained for various inorganic (H⁺, Li⁺, Na⁺, K⁺, Rb⁺, Ca²⁺ and Mg²⁺) and organic (choline, acetylcholine and procaine) cations. The shapes of these transient signals depend on the cation selectivity coefficient. These signals enable cations to be identified and quantified using PCA and PCR. The effect of membrane composition on transient signals from ISEs towards monovalent, divalent and trivalent inorganic and organic cations (K⁺, Na⁺, NH₄⁺, dopamine, procaine, Ca²⁺, Mg²⁺, Cu²⁺, Zn²⁺ and La³⁺) has been studied. The type of plasticiser (2-nitrophenyl-octyl ether or bis(2-ethylhexyl)sebacate) and the presence of the cation exchanger (potassium tetrakis(4-chlorophenyl)borate) and/or the low-selectivity ionophore (dibenzo-18-crown-6) significantly influence the transient signals for different cations. This has led to the development of an electronic tongue consisting of several electrodes for identifying and quantifying the tested cations, which outperforms the individual electrodes. A dynamic potentiometry method using OFF-ON sample stirring has been developed. This method is based on the drastic effect of convection on transient signals and allows the simultaneous determination of the primary and interfering ions in certain situations. A theoretical model has been developed that provides analytical equations to describe transient signals obtained using OFF-ON dynamic potentiometry in experiments. This model could be used to describe ISE transient signals under different working conditions.
Thesis objectives The overall objective of this thesis is to study and apply the transient potential response of ion-selective electrodes (ISEs) from initial contact with the sample using dynamic potentiometry as an innovative approach. This potential-time signal contains analytical information about the sample's composition. The specific objectives are: Identification of the current achievements and possibilities of dynamic potentiometry with plasticised polymer membrane ISEs. Use of transient potential signals for the qualitative and quantitative analysis of inorganic and organic ions. Development of an electronic tongue based on transient potential signals from an array of ISEs. Development and application of new dynamic potentiometry methodologies based on sample stirring control. Theoretical modelling of the transient potential response of plasticised polymer membrane ISEs using analytical equations. Methodology The instrumental technique used is zero-current or open-circuit potentiometry. Polymeric membrane ion-selective electrodes (ISEs) are constructed with different compositions, varying the type of plasticiser and the presence or absence of ionic and ionophore additives. Measurements are taken using individual ISEs and an array of ISEs. Principal component analysis (PCA) and principal component regression (PCR) are used as chemometric techniques. The C++ programming language is used to implement the analytical equations of the developed theoretical model computationally. Results or conclusions A review of the main concepts associated with ISEs, the most relevant theoretical models for transient potential response, the analytical applications of dynamic potentiometry, the fundamentals of potentiometric electronic tongues and chemometric treatments of principal components has been conducted. While the vast majority of theoretical models use numerical treatments, analytical equations allow for faster calculations and are easier to interpret and implement computationally. Very few potentiometric tongues use transient signals, and PCA and PCR chemometric techniques stand out as the most versatile. Transient potential signals have been obtained from a PVC membrane ion-selective electrode (ISE) plasticised with 2-nitrophenyl-octyl ether and containing the ion exchanger potassium tetrakis(4-chlorophenyl)borate. These signals were obtained for various inorganic (H⁺, Li⁺, Na⁺, K⁺, Rb⁺, Ca²⁺ and Mg²⁺) and organic (choline, acetylcholine and procaine) cations. The shapes of these transient signals depend on the cation selectivity coefficient. These signals enable cations to be identified and quantified using PCA and PCR. The effect of membrane composition on transient signals from ISEs towards monovalent, divalent and trivalent inorganic and organic cations (K⁺, Na⁺, NH₄⁺, dopamine, procaine, Ca²⁺, Mg²⁺, Cu²⁺, Zn²⁺ and La³⁺) has been studied. The type of plasticiser (2-nitrophenyl-octyl ether or bis(2-ethylhexyl)sebacate) and the presence of the cation exchanger (potassium tetrakis(4-chlorophenyl)borate) and/or the low-selectivity ionophore (dibenzo-18-crown-6) significantly influence the transient signals for different cations. This has led to the development of an electronic tongue consisting of several electrodes for identifying and quantifying the tested cations, which outperforms the individual electrodes. A dynamic potentiometry method using OFF-ON sample stirring has been developed. This method is based on the drastic effect of convection on transient signals and allows the simultaneous determination of the primary and interfering ions in certain situations. A theoretical model has been developed that provides analytical equations to describe transient signals obtained using OFF-ON dynamic potentiometry in experiments. This model could be used to describe ISE transient signals under different working conditions.
publication.page.subject
Citation
item.page.embargo
Collections
Ir a Estadísticas
Este ítem está sujeto a una licencia Creative Commons. http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/