CONDUCTIMETRÍA

La conducción de una corriente eléctrica a través de una disolución iónica se realiza por medio del movimiento de los iones en la disolución. Una forma de conocer la capacidad conductora de la disolución es poner dos electrodos en una disolución y medir su resistencia. Sin embargo el valor de la resistencia depende no solamente de las propiedades de la disolución, sino también de la geometría y separación de los electrodos. Por tanto la resistencia (unidad Ω), o su inversa la conductancia (unidad Ω- 1 _{ó Siemens - S) no se utiliza para describir las propiedades de las disoluciones iónicas.}

Las unidades usadas son: la resistividad (Ω.⋅ m ) o la conductividad (Ω-1⋅ m-1 ó S⋅ m-1). La conductividad de las disoluciones depende de los tipos de iones presentes y de sus concentraciones. Todos los iones presentes en la disolución participan en el proceso de conducción Para clasificar estas contribuciones, sirve de ayuda tener en cuenta la conductividad por cada ion equivalente (por cada ión). La conductividad total se compone de las contribuciones de todos los iones presentes.

7.2.1 Medida de la Conductividad

Se puede realizar medidas de la conductancia empleando una batería, un galvanómetro para medir la corriente, y dos electrodos inmersos en la disolución a

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B. Van der Schoot, P. Bergveld. Coulometric Sensors, the Application of a Sensor-Actuator System for Long-Term Stability in Chemical Sensing. Sensors and Actuators, 13, (1986) 251-262.

analizar. Sin embargo, utilizando este sistema tan simple, nos encontramos con algunos problemas importantes, especialmente si se necesitan medidas precisas. La dificultad estriba en la influencia del sobrepotencial y de la polarización a causa de procesos electrolíticos por concentración en las corrientes que pasan por la celda cuando se aplica un potencial externo a los electrodos. El potencial real de la disolución será impreciso debido a que las caídas de potencial en las interfases son poco conocidas y, en consecuencia, producen errores en la conductancia de la disolución electrolítica. Los posibles problemas, debidos a la polarización por concentración, desaparecen tomando las medidas tan rápidas para que no de tiempo a que se produzca ninguna polarización por concentración apreciable cerca de las superficies de los electrodos. En la práctica se aplica un potencial variable en forma de onda cuadrada de frecuencia entre 100 Hz y 1 kHz68_.

La conductividad es un parámetro que se suele incorporar en los análisis de sistemas de lenguas electrónicas. Como un indicador claro y objetivo de la concentración total de iones en la disolución, pero en cambio no ofrece información discriminante de los distintos componentes cuando las disoluciones son complejas.

8 TECNOLOGÍAS DE FABRICACIÓN DE SENSORES

QUÍMICOS EN ESTADO SÓLIDO

En la actualidad se está incrementando el uso y desarrollo de sensores químicos de estado sólido. Este hecho obedece a lo simple de su funcionamiento, su pequeño tamaño, resistencia y a lo reducido de su costo, ya que es posible emplear técnicas de fabricación masiva que además significan mayor reproducibilidad en la construcción del dispositivo69.

En este contexto, se puede distinguir tres metodologías para construir sensores químicos de estado sólido: manuales, de capa fina o thin-film y de capa gruesa o

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R. Martínez-Máñez, J. Soto, E. García-Breijo, L. Gil, J. Ibáñez y E. Gadea. A multisensor in thick-film technology for water quality control. Sensors and Actuators A, 120 (2005) 589-595.

thick-film; siendo las dos últimas utilizadas principalmente para producir en masa dispositivos en configuración plana.

Aunque las metodologías manuales de construcción de sensores químicos de estado sólido presentan una baja reproducibilidad y son de difícil adaptación para la producción masiva de dispositivos, son las más versátiles que existen; este hecho, unido a la modesta infraestructura necesaria para su desarrollo, las han convertido en las más utilizadas ya que, en cuanto a los costos de desarrollo de prototipos, son las más económicas. En consecuencia, son recomendables en las primeras etapas del desarrollo de los sensores químicos.

La tecnología de capa fina ó thin-film se basa en la aplicación de un conjunto de técnicas de deposición y grabado, que junto con la realización de procesos microlitográficos permiten la deposición secuencial de capas de espesores del orden de 1 a 10 micras aproximadamente. El material es depositado sobre un substrato (generalmente silicio) mediante procesos tecnológicos microelectrónicos, tales como sputtering, deposición química en fase vapor (CVD), etc.

Indudablemente esta tecnología es muy recomendable en el desarrollo de dispositivos miniaturizados de estado sólido y tienen la ventaja de poseer una gran reproducibilidad; no obstante, la infraestructura que se requiere para su realización es muy costosa, por lo que desarrollar una línea de investigación en esta área es en muchos casos económicamente prohibitivo. Considerando su alto costo de desarrollo, es una tecnología que debe plantearse solamente en los casos que tenga alta probabilidad de alcanzar el éxito, ya que de otra manera significaría una pérdida inútil de recursos70.

Como alternativa intermedia entre la tecnología thin-film y las metodologías manuales, contamos con la tecnología de capa gruesa o thick-film que permite construir sensores químicos de forma masiva con una infraestructura mínima y buena reproducibilidad. Esta tecnología ha tenido mucho éxito en los últimos años e incluso ya cuenta con representantes comercialmente disponibles, hecho que nos habla, por si solo, de su gran potencialidad.

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M. Ferroni, V. Guidi, G. Martinelli, P. Nelli, M. Sacerdoti, G. Sberveglieri. Characterization of a molybdenum oxide sputtered thin film as a gas sensor. Thin Solid Films, 307 (1997) 148-151.