Desarrollo de un sensor óptico de formaldehído para ambientes industriales

• Autores: María del Mar Darder Amengual
• Directores de la Tesis: Guillermo Orellana Moraleda (dir. tes.)
• Lectura: En la Universidad Complutense de Madrid ( España ) en 2022
• Idioma: español
• Número de páginas: 247
• Tribunal Calificador de la Tesis: Ana Belén Descalzo López (presid.), Javier Ruíz Ruíz (secret.), Mª Dolores Fernández Ramos (voc.), Ignacio Raúl Matías Maestro (voc.), Jose Manuel Costa Fernandez (voc.)
• Programa de doctorado: Programa de Doctorado en Química Avanzada por la Universidad Complutense de Madrid
• Materias:
  • Química
    • Química analítica
    • Química orgánica
      • Química de los colorantes
• Enlaces
  • Tesis en acceso abierto en: Docta Complutense
• Resumen
  • español

    El formaldehído es un compuesto orgánico volátil muy apreciado en sectores industriales dedicados a la producción de resinas, materiales de construcción, compuestos químicos, agrícolas y biosanitarios, entre otros. Los trabajadores relacionados con el manejo del formaldehído, así como de los productos derivados de las anteriores industrias, son especialmente vulnerables a sufrir la sobreexposición a este aldehído durante su jornada laboral. De acuerdo con los potenciales efectos perjudiciales del formaldehído, la Comisión Europea ha establecido límites de exposición laboral a corto y largo plazo de 0.6 ppmv y 0.3 ppmv, respectivamente. En España, el Instituto de Seguridad y Salud en el trabajo ha adoptado los mismos límites. Con la finalidad de velar por la salud de los trabajadores de los sectores señalados, es fundamental disponer de dispositivos de detección fiables, rápidos y automatizados capaces de operar in situ, de forma continua y en tiempo real o cuasi-real. El objetivo principal de esta tesis doctoral es el desarrollo y aplicación de un sensor colorimétrico de formaldehído para la medida de formaldehído atmosférico en ambientes industriales.

    El principio químico de medida del sensor de fibra óptica de campo evanescente desarrollado se centra en el uso de un indicador colorimétrico selectivo al analito, denominado comúnmente "reactivo de Schiff" o leucofucsina. Para ello, el indicador se inmoviliza electrostáticamente en el interior del recubrimiento, modificado con un polímero iónico (Nafion(R)), del núcleo de una robusta fibra óptica de plástico. En presencia de formaldehído, el cambio de color producido por la reacción (reversible) del formaldehído con el indicador afecta a la transmisión de la luz a través de la fibra, modificando la potencia radiante transmitida a ciertas longitudes de onda del intervalo visible (400 - 700 nm). Esta variación permite la detección del analito de interés tras la adecuada calibración. Consecuentemente, el sensor fabricado proporciona una respuesta integrada a lo largo del tiempo de muestreo, a medida que el analito se acumula en el interior del recubrimiento sensible de la fibra óptica. El fenómeno detrás del cambio en la potencia radiante transmitida a través de la fibra óptica tras la variación de color del indicador colorimétrico es la absorción de luz en el campo evanescente.

    Con el fin de implementar el principio de medida en un sensor desplegable en campo, el proceso se llevó a cabo de forma secuencial, tomando como punto de inicio la construcción de un banco de pruebas apropiado para la caracterización analítica y calibración de los terminales sensibles fabricados. A continuación, se sintetizó y caracterizó espectroscópicamente indicador colorimétrico, seguido por la caracterización y optimización de las propiedades analíticas de los terminales sensibles fabricados atendiendo a las condiciones de inmovilización, al material seleccionado como guía de luz o a su conformación. Finalmente se desarrolló la instrumentación y el programa de control del equipo de medida empleado para la interrogación de los terminales sensibles y se desplegó en campo el equipo desarrollado.

    Tras el análisis recopilatorio sobre la caracterización analítica de los terminales sensibles y el análisis de los resultados en campo, se hizo un balance sobre la viabilidad del nuevo sensor de formaldehído. A diferencia de los métodos discontinuos de medida, como el método DNPH, el sensor óptico desarrollado ha sido capaz de proporcionar valores de concentración in situ cada 20-60 min. La nueva mejora en los tiempos de respuesta, la moderada sensibilidad (LoD 0.03 ppmv al 67%RH, 0.05 ppmv al 50%RH y 0.2 ppmv al 33%RH) y la buena selectividad del equipo, junto con la posibilidad de ofrecer una monitorización desatendida, permitirían perfeccionar la capacidad de respuesta en entornos amenazados por la posible sobreexposición al formaldehído atmosférico.

  • English

    Formaldehyde (HCHO) is a volatile organic compound that is highly valued in industrial sectors dedicated to the production of resins, building materials, chemical, agricultural and bio-health products, among others. Workers involved in the handling of formaldehyde, aswell as workers handling products derived from the mentioned industries, are particularly vulnerable to the overexposure to this aldehyde during their occupational activities. These include workers in the paper, textile, wood, rubber, construction, decoration industries, etc. The most worrying risks related to overexposure to this pollutant are its carcinogenic potential in humans and its association with respiratory disorders resulting from acute or chronic exposure to formaldehyde*. In accordance with the potential harmful effects of formaldehyde on workers' health, the European Commission has established short- and long-term occupational exposure limits of 0.74 mg m¯³ (0.6 ppmv) and 0.37 mg m¯³ (0.3 ppmv), respectively. In Spain, the Institute for Safety and Health at Work (INSST) has adopted the same limits. On the international scene, the US Occupational Safety and Health Administration (OSHA) has established permissible exposure limits (PEL) of 0.75 ppmv for a time-weighted average (TWA) of 8 hand a PEL of 2 ppmv for short-term exposure limits (15 min; STEL)...