Detección y cuantificación de ion metálico Cd2+ en muestras de agua mediante un sensor basado en un polímero hídrido con impresión iónica (IIHP) - Adauto Ureta, Anais Elena (2020)
El presente trabajo de tesis tiene como finalidad la cuantificación del ion metálico Cd2+ en soluciones acuosas y muestras de agua mediante un sensor basado en un polímero híbrido impreso iónico (IIHP). Se sintetizaron varios polímeros híbridos impresos iónicos (IIHPs) mediante un proceso de polimerización utilizando Cd2+ como plantilla, 1-vinilimidazol (VIN) y 4-vinilpiridina (VP) como el monómero funcional, (3- mercaptopropil) trimetoxisilano (MP) y (3-aminopropilo) trimetoxisilano (AMP) como organosilano funcional, trimetacrilato de trimetilolpropano (TRIM) como agente reticulante y 2,2′-azobis-isobutironitrilo (AIBN) como iniciador radical. Para fines comparativos se sintetizaron su respectivo polímero sin impresión iónica (NIHP). La interacción del ion metálico Cd2+ con el átomo de nitrógeno del anillo de la piridina (VP) o del imidazol (VIN) y del grupo tiol (SH) del MP o del grupo amina (NH2) de AMP permitieron la formación de los complejos de coordinación de Cd2+. Los monómeros funcionales se seleccionaron considerando cálculos basados en la teoría funcional de la densidad (DFT). Los materiales sintetizados se caracterizaron por microscopía electrónica de barrido acoplado a una espectroscopía de rayos X por dispersión de energía (SEM-EDS), espectroscopía infrarroja (FTIR) y análisis termogravimétrico (TGA). En general, el modelo cinético que presentó un mejor ajuste con los resultados experimentales de adsorción, fue el modelo de pseudo-segundo orden. Con respecto a las isotermas de adsorción de Cd2+, se encontró un mejor ajuste con el modelo Langmuir. La capacidad máxima de adsorción de Cd2+ se logró a un pH de 7.2 en el medio Tris-HCl. Los coeficientes de selectividad relativa (kʹ) de los polímeros híbridos para Cd2+/Pb2+, Cd2+/Cu2+, Cd2+/Zn2+, Cd2+/Ni2+, Cd2+/Hg2+, Cd2+/Ca2+, Cd2+/Mg2+ y Cd2+/Na+ fueron mayores a uno indicando una adecuada creación de sitios de reconocimiento específicos para iones Cd2+ producto de la impresión realizada durante la síntesis. En síntesis, se observó a lo largo del estudio de adsorción que el polímero IIHP-VIN-MP (polímero sintetizado utilizando el monómero VIN y el organosilano MP presentó resultados más eficientes en comparación con el resto de los polímeros híbridos impresos iónicos. Con respecto al estudio electroquímico, se desarrolló un nuevo sensor electroquímico para el reconocimiento selectivo y la cuantificación de Cd2+ en agua utilizando un electrodo de pasta de carbono (EPC) modificado con el polímero IIHP-VIN-MP. La cuantificación de Cd2+ se llevó a cabo empleando la técnica de voltamperometría de separación anódica de pulso diferencial (DPASV). Asimismo, al comparar las señales de respuesta de los sensores EPC/IIHP-VIN-MP y EPC/NHIP-VIN-MP se observó una clara diferencia en la señal de corriente debido al proceso de impresión del ion Cd2+ en el material IIHP-VIN-MP. Al optimizar los parámetros de medida y operacionales de la cuantificación de Cd2+, se evidenció que se obtiene una mejor señal de respuesta en medio de HCl 0.1 mol L-1 con 20 mg de IIHP-VIN-MP y 80 mg de polvo de grafito y a un potencial de deposición de -1.2 V con un tiempo de deposición de 300 s. El sensor EPC/IIHP-VIN-MP mostró un LD y LC de 0.10 µg L-1 y 0.34 µg L-1, respectivamente. Se reportaron 3 rangos lineales: de 1 a 100 µg L-1 Cd2+ (r= 0.999), de 100 a 2750 µgL-1 Cd2+ (r= 0.998) y de 2750 a 5000 µg L-1 Cd2+ (r= 0.997). Los iones interferentes estudiados en este trabajo no mostraron variación en las señales de respuesta del ion Cd2+, obteniéndose valores de porcentaje de recuperación por encima del 90 % en la cuantificación de 50 µg L-1 de Cd2+. La validación del método se realizó de manera exitosa para 3 tipos de matrices (agua de consumo, agua residual doméstico y agua de río). Con respecto a la aplicación del sensor en la cuantificación de muestras reales, los resultados demostraron que este método es válido para el fin propuesto.