Sistema Infrarrojo de Fibra Óptica para el Monitoreo en línea de la ...

está compuesto de un espectrómetro de rango medio-IR, queconsiste de una fuente ajustable de IR y un detector IR, y unacabeza de sensor en forma de U.Un elemento clave ha sido la elaboración de la cabezade sensor en forma de U (Figura 2). Tiene dos brazos que seencuentran bien protegidos por un tubo plástico, con el segmentode fibra expuesto de AgClBr en el centro, sirviendo comoelemento sensor. Este elemento se pone en contacto con el agua.La cabeza del sensor se conecta fácilmente al sistema FTIR.Experimentos preliminaresSe llevaron a cabo experimentos en perforaciones en Munich,Alemania y Viena, Austria con la participación de investigadoresde IPM en Friburgo, Alemania, y de los Institutos Tecnológicosde las Universidades de Munich y Viena. Se utilizó una fibra deseis metros (19.68 pies) de longitud total. La fibra tenía formade ‘U’ y 10 cm (3.94 pulgadas) en su centro funcionaban comoelemento sensor. Este elemento fue dejado expuesto, mientrasque las dos pata de la ‘U’ funcionaban como cables IR y estabancubiertos con un tubo protector de teflón.Se utilizó un espectrómetro FTIR para las mediciones deabsorción. Se introdujo el elemento sensor al acuífero ubicadoen el fondo de la perforación. Se introdujo tetracloroetileno (TCE)como solución metanólica en un compartimiento especial cercaFigura 4. Epectros de absorción de distintas concentraciones de pesticidas en el agua: DDVP, diacinón y paratiónAbsorbencia0.01500.01000.00500.0000n e raci n de rea de númerosde onda 1105–10250. 50. 00.250.200.150.100.050.00110010 0 10 0 10 0 10 0 1050 10 0 10 0 0 5 10 15 20 25 0número de onda (cm –1 ) oncen raci n de ( m)Absorbencia (a.u.)0.02000.01500.01000.0050rea de in e raci n de ra 120 o 1 51.00.0.0.0.2Absorbance (a.u.)0.00000.0 000.02000.01000.000010701100 10 5 1050 1025 1000 5 50Número de onda (cm –1 )10 10 0 10 10 0 10 10 0 10 10 0 10 10 0 101 1010 100 1000Número de onda (cm –1 )rea de in e raci n de ra o 10 –1 cm0.01.1.21.00.0.0.0.20.00 5 10 15 20 25 0oncen raci n de diacin n ( ) m0 5 10 15 20 25 0oncen raci n de ara i n ( ) mA g u a L a t i n o a m é r i c a

Figura 3. Los cuadrados representan los resultadosobtenidos a través de cromatografía de gases, y loscírculos representan los resultados obtenidos con FEWS500 50 00 50 00 50 00 50 00del lecho lleno de grava, el cual ya estaba lleno de agua fría.El analito emanó del lecho de grava hacia el pozo en el que secolocó la cabeza del sensor.Se llevó a cabo un monitoreo continuo durante dos días, y elsistema FEWS comprobó ser efectivo. Las mediciones empezaronen realidad después de una demora de 200 minitos cuando losanalitos llegaron al sensor. Luego, naturalmente, aumentópaulatinamente la concentración de sustancias químicas.En paralelo, se removieron periódicamente muestras deagua del acuífero y se midió la concentración de TCE utilizandocromatografía de gases (CG) estándar (Figura 3). Los resultadoscuantitativos del método FEWS fueron muy similares a los que seobtuvieron con la CG estándar, con los resultados preliminaresindicando el gran potencial del sistema para el monitoreo en líneade contaminantes in situ y en tiempo real.Mediciones de pesticidasOtro ejemplo de las habilidades del sistema fue puesto aprueba cuando soluciones acuosas de pesticidas altamentetóxicos fueron inyectadas al agua. Se prepararon soluciones defosfato de dimetil 2,2-diclorovinilo (DDVP), paratión y diacinónen concentraciones de 0.5 a 30 ppm para la prueba.En cada caso, se midieron los espectros de absorción deIR (Figura 4). Está claro que cada pesticida tiene un espectro deabsorción característico, y que uno puede utilizar el método paradetectar e identificar pesticidas en concentraciones menores queuna ppm (o posiblemente aun más bajas).Investigaciones futurasSe llevaron a cabo mediciones de investigación iniciales,utilizando un sistema FTIR muy caro—no diseñado para el trabajode campo. Las investigaciones futuras deberán llevarse a cabocon un FTIR más pequeño y robusto, que sea menos sensible ala humedad. Un mini-FTIR como tal, hará posible la construcciónde un sistema FEWS compacto y robusto que pueda ser utilizadoen el campo.Además, hay varias formas de aumentar la sensibilidad delsistema FEWS. Algunas de éstas dependen de la geometría delelemento sensor. Por ejemplo, al aplanar el centro del elementose puede aumentar la sensibilidad por un factor de 10 o más.Existen otros métodos utilizados por los químicos paraaumentar la sensibilidad, los cuales deben ser investigados. Porejemplo, el elemento sensor podría ser revestido con una capaenriquecida, la cual permite que las moléculas de contaminantespenetren en las inmediaciones del elemento sensor, pero nopermite moléculas de agua. Esto lleva a una mayor sensibilidady además hace posible detectar un contaminante en la presenciade otros.La fuente infrarroja (Figura 1) puede ser un FTIR o unláser IR ajustable. El sistema FTIR cubre un amplio rango delespectro infrarrojo y, por lo tanto, puede cubrir una amplia gamade contaminantes.Por otra parte, la intensidad de FTIR no es muy alta y,como resultado, la sensibilidad del sistema no es muy alta. Losrayos láser IR ajustables emiten una muy alta intensidad, perosolamente cubren un rango muy limitado. Por lo tanto, son másadecuados para la detección de un contaminante específico,aunque pueden detectar este contaminante con una sensitividadbastante alta.AplicabilidadSe espera que este sistema novedoso FEWS pueda tenermuchas aplicaciones. Será altamente útil para la protecciónambiental y además contribuirá a la seguridad del agua ante laamenaza global de terrorismo.Dicho sistema sería bastante útil en varios campos ymuchos países, y podría ser utilizado para el monitoreo de aguaresiduales tratadas, agua de riego y agua potable. Además,podría monitorear la calidad del agua en línea en los reservorios,ríos, lagos y agua superficial o subterránea. El sistema FEWSde miniatura podría además ser descendido muy por debajo dela superficie del agua, y podría utilizarse para el monitoreo decontaminantes en el fondo del océano.Acerca del autorEl Profesor Abraham Katzir, un experto de renombre mundial enelectro óptica y óptica biomédica, es el Director del Grupo de FísicaAplicada en la Universidad de Tel Aviv, Israel. Anteriormente,trabajó en algunos de los principales laboratorios de investigaciónde los Estado Unidos: científico visitante enel Instituto Tecnológico de California (CIT),miembro del personal visitante en ATT BellLaboratories en Nueva Jersey, y catedráticovisitante en la Universidad de Boston (BU) yen el Instituto Tecnológico de Massachusetts(MIT). El trabajo del Dr. Katzir consiste enla investigación y elaboración de nuevos métodos y sistemasdiseñados para aplicaciones médicas, aplicaciones industriales,protección ambiental y seguridad de la patria. Puede ponerse encontacto con él a través de correo electrónico, Katzir@post.tau.ac.il, por teléfono: ++ 972 3 6408301 o por fax: ++ 972 3 6415850.Además, usted puede visitar el sitio de Internet de la universidad:www.tau.ac.il/~applphys.A g u a L a t i n o a m é r i c a