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Gradientes difusivos en películas delgadas

La técnica de gradientes difusivos en películas delgadas (DGT) es una técnica de química ambiental para la detección de elementos y compuestos en ambientes acuosos , incluyendo ...

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La técnica de gradientes difusivos en películas delgadas (DGT) es una técnica de química ambiental para la detección de elementos y compuestos en ambientes acuosos , incluyendo aguas naturales , [ 1 ] sedimentos [ 2 ] y suelos . [ 3 ] Es muy adecuada para la detección in situ de contaminantes traza de metales tóxicos biodisponibles . [ 4 ] [ 5 ] [ 6 ] La técnica implica el uso de un muestreador pasivo especialmente diseñado que contiene un gel de unión , un gel difusivo y un filtro de membrana . El elemento o compuesto pasa a través del filtro de membrana y el gel difusivo y es asimilado por el gel de unión de manera controlada por velocidad. El análisis posterior al despliegue del gel de unión puede usarse para determinar la concentración promedio ponderada en el tiempo de la solución global del elemento o compuesto a través de una ecuación simple.

Según la teoría DGT, la concentración de un analito, [C], tiende a 0 (μg/L, ng/L, etc.) a medida que el analito se aproxima a la capa de unión, pasando por la capa límite difusiva (DBL, ẟ) y el gel difusivo del dispositivo DGT (con un espesor de Δg). No se supone que se produzca una difusión inversa del analito hacia la solución.

Historia

La técnica DGT fue desarrollada en 1994 por Hao Zhang y William Davison en el Centro Ambiental de Lancaster de la Universidad de Lancaster en el Reino Unido . La técnica se utilizó por primera vez para detectar cationes metálicos en ambientes marinos utilizando Chelex 100 como agente de unión. Una caracterización más detallada de DGT, incluyendo los resultados de despliegues de campo en el Estrecho de Menai y el Océano Atlántico Norte , se publicó en 1995. [ 7 ] La técnica se probó por primera vez en suelos en 1998, y los resultados demostraron que la cinética de disociación de especies lábiles en el agua intersticial (solución del suelo) podía determinarse mediante DGT. [ 8 ] Desde entonces, la técnica DGT se ha modificado y ampliado para incluir un número significativo de elementos y compuestos, incluidos metales catiónicos, [ 7 ] nitrato, [ 9 ] fosfato y otros oxianiones ( V , Cr VI , As , Se , Mo , Sb , W ), [ 2 ] [ 10 ] [ 11 ] [ 12 ] [ 13 ] [ 14 ] antibióticos , [ 15 ] bisfenoles , [ 16 ] y nanopartículas , [ 17 ] e incluso se ha modificado para la exploración geoquímica del oro . [ 18 ] La DGT también se ha desarrollado y calibrado para la medición de radionúclidos , incluido el análisis de actínidos como U , Pu , Am y Cm , tanto en el medio ambiente [ 19 ] como incluso en piscinas de refrigeración para barras de combustible nuclear gastado. [ 20 ]

DGT Research Ltd. fue fundada en julio de 1997 por los desarrolladores originales de la técnica, los profesores Davison y Zhang, y vende dispositivos DGT® listos para usar en agua, suelo y sedimentos para medir diferentes analitos, así como los componentes para el autoensamblaje. La empresa posee las patentes originales del dispositivo y DGT® es una marca registrada en todo el mundo. En 2014, el profesor Shiming Ding fundó una empresa rival, " EasySensor ", que suministra dispositivos que, según afirma, son análogos a los productos DGT® originales. [ 21 ]

El dispositivo DGT

Fotografía de un dispositivo DGT desmontado, donde se aprecian el pistón y la tapa. El dispositivo de la imagen incorpora carbón activado para la asimilación de oro y/o bisfenoles .

El dispositivo DGT más utilizado es una sonda de plástico tipo pistón, que consta de una base cilíndrica de policarbonato y una tapa circular ajustada con una abertura (ventana DGT). Un gel de unión, un gel difusivo (típicamente un hidrogel de poliacrilamida) y una membrana filtrante se apilan sobre la base, y la tapa se utiliza para sellar las capas de gel y filtro en el interior [ 4 ] : 4.2.3 Las dimensiones de las capas de gel varían según las características del entorno, como el caudal del agua que se muestrea; [ 4 ] : 4.2.1 un ejemplo es un  dispositivo de aproximadamente 2 cm de diámetro que contiene una capa de gel de 1 mm. [ 22 ] Otras configuraciones de sonda de uso común incluyen las que se despliegan en sedimentos (para medir la movilización de solutos con la profundidad) [ 23 ] y en forma planar para medir la dinámica de solutos en la rizosfera de las plantas. [ 24 ]

Principios de funcionamiento

Despliegue

Dispositivos DGT instalados en aguas subterráneas en el desierto de Tanami , Australia.

Los dispositivos DGT se pueden desplegar directamente en medios ambientales acuosos, incluyendo aguas naturales, sedimentos y suelos. [ 1 ] En aguas de flujo rápido, la cara del dispositivo DGT debe ser perpendicular a la dirección del flujo, para asegurar que la capa límite difusiva (DBL) no se vea afectada por el flujo laminar . En aguas de flujo lento o estancadas, como en estanques o aguas subterráneas , el despliegue de dispositivos DGT con diferentes espesores de gel difusivo puede permitir la determinación de la DBL y una determinación más precisa de la concentración global. [ 4 ] : 4.2.1 [ 25 ] [ 9 ] También se pueden realizar modificaciones al gel difusivo (por ejemplo, aumentar o disminuir el espesor) para asegurar límites de detección bajos. [ 26 ]

Análisis de geles de unión e imágenes químicas

Después de recuperar los dispositivos/sondas DGT, los geles de unión se pueden eluir utilizando métodos que dependen del analito objetivo y del gel de unión DGT (por ejemplo, se puede usar ácido nítrico para eluir la mayoría de los cationes metálicos de los geles Chelex-100). [ 4 ] : 4.2.1 Se puede usar NaOH para eluir la mayoría de los oxianiones de Zr-Oxide (Ding et al., 2010, 2011, 2016; Sun et al., 2014). El eluyente se puede analizar cuantitativamente mediante una variedad de técnicas analíticas, que incluyen, entre otras: ICP-MS , GFAAS [ 4 ] : 4.2.1 ICP-OES , AAS , [ 22 ] espectroscopia UV-Vis o densitometría de imágenes computarizada . [ 27 ] Para la obtención de imágenes químicas y para obtener una distribución bidimensional (2D) de alta resolución submilimétrica de analitos en entornos heterogéneos, como sedimentos y rizosfera , las tiras de gel recuperadas pueden analizarse mediante PIXE o LA-ICP-MS después del secado del gel. [ 12 ] [ 28 ] [ 29 ] [ 30 ] [ 31 ]

La ecuación DGT

DGT se basa en la aplicación de la ley de Fick . [ 22 ] Una vez que se ha determinado la masa de un analito, la concentración promedio en el tiempo del analito en el volumen,doDGRAMOT{\displaystyle C_{DGT}}, puede determinarse mediante la aplicación de la siguiente ecuación:

doDGRAMOT=METROΔgramoDtA {\displaystyle C_{DGT}={\frac {M\Delta g}{DtA}}\ }

dóndeMETRO{\displaystyle M}es la masa del analito en la resina,Δgramo{\displaystyle \Delta g}es el espesor combinado de la capa de hidrogel y la membrana de filtro ( es decir, la "capa de difusión"). El coeficiente de difusión del analito, determinado previamente, en el tipo de capa de difusión utilizada y a temperatura ambiente se representa porD{\displaystyle D}, [ 32 ]t{\displaystyle t}es el tiempo de despliegue yA{\displaystyle A}es el área de la ventana DGT. [ 4 ] : Ec.2 Se pueden requerir técnicas de análisis más elaboradas en casos donde la fuerza iónica del agua es baja y donde hay una cantidad significativa de materia orgánica presente. [ 33 ]

Véase también

Referencias

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  • "Investigación DGT" .
  • Global-EasySensor.com