El objetivo de este trabajo fue desarrollar un prototipo de diseño de sensor para la detección en tiempo real de óxidos de tierras raras utilizando el efecto de resonancia de plasmones superficiales. El objetivo propuesto se logró definiendo la aplicabilidad del efecto de resonancia de plasmón superficial en un prototipo de sensor para la detección de REO.
Capítulo I: Introducción
Introducción
En concreto, Wan & Wen (2017) lo ilustran en el campo de las fuentes de energía renovables, donde la introducción de paneles solares y turbinas eólicas como tecnologías limpias tiene un efecto positivo en la reducción de las emisiones globales, pero su producción requiere la extracción de elementos de tierras raras que contaminar el medio ambiente local. Debido al amplio uso de REE en los sectores industrial y agrícola, en los últimos años se ha introducido en el medio ambiente una mayor cantidad de estos elementos.
Antecedentes
Los métodos de espectrometría de absorción atómica se basan en el paso de la luz a través de la muestra vaporizada, donde los átomos absorben luz en longitudes de onda características de cada elemento. Entre los métodos de espectrometría de absorción atómica se encuentran la espectrometría de absorción atómica de llama y la espectrometría de absorción atómica electrotérmica, que se explican a continuación.
Justificación
Los resultados obtenidos servirán de precedente para la siguiente etapa de desarrollo de sensores moleculares para tierras raras, que corresponde a la funcionalización de la unidad de reconocimiento selectivo. Este proyecto de aplicación de maestría trata sobre mi formación académica, permitiendo aplicar los conocimientos adquiridos en el estudio de fenómenos ópticos derivados de asistentes de investigación, a la resolución de un problema en un contexto real.
Planteamiento del problema
El Cuadro 3 presenta la relación entre la demanda y la oferta de metales de tierras raras (Mishra et al., 2012). Hasta ahora, las tierras raras y el platino no se tenían en cuenta en los estudios ecológicos debido a sus bajas concentraciones.
Preguntas de investigación
- Pregunta general de investigación
- Preguntas de investigación específicas
Objetivos
- Objetivo general
- Objetivos específicos
Hipótesis
Capítulo II: Marco teórico referencial
Conceptualizaciones
La Figura 7 ilustra el diagrama de bloques de un sensor que incluye medición, fuente de energía, mecanismos de transducción primarios e intermedios y la señal de salida. En general, se pueden identificar tres componentes de un sensor: detector (captura y reconocimiento), transductor (transducción) y procesador (medición y análisis). Dependiendo del tipo de cambio de propiedad generado en la unidad de señalización, un sensor molecular puede ser óptico o electroquímico.
Si la interacción entre el analito y el dispositivo receptor produce un cambio en el espectro de absorción o emisión de radiación electromagnética, se trata de un sensor óptico. La Tabla 6 describe brevemente algunos de los elementos básicos de un sensor óptico.
Teorías
El efecto de resonancia del plasmón superficial se produce cuando la frecuencia de la luz coincide con la frecuencia de los electrones superficiales oscilantes. Cuando aparecen plasmones superficiales, la parte real de la constante dieléctrica del metal es negativa y su magnitud es mayor que la del medio dieléctrico. Para aplicar el efecto de resonancia de plasmón superficial en sensores moleculares, es necesario funcionalizar la superficie de la capa dieléctrica con elementos de reconocimiento como anticuerpos o moléculas.
La metodología se basa en la difracción de la luz sobre una rejilla de difracción. 40 del índice de refracción de la muestra depositada sobre la rejilla metálica con mayor sensibilidad y precisión.
Investigaciones previas y antecedentes
El desarrollo de métodos sensibles para la detección de elementos de tierras raras ha ganado importancia en los últimos años. La comprensión de estos procesos permitiría su futura aplicación en metodologías de detección y concentración de elementos de tierras raras. Con base en la experimentación que realizaron utilizando muestras de soluciones acuosas que contienen REE, demostraron que BioMOF-100 es un sensibilizador de base fluorescente con características para la detección de REE emisores en agua con detección sensible. (Crawford et al., 2019).
El objetivo de su investigación fue presentar el comportamiento de estos elementos en el medio ambiente, para la futura evaluación de los riesgos asociados a su uso. Las emisiones de REE provenientes de actividades humanas se acumularán en las aguas subterráneas y el suelo con el tiempo; El estudio actual puede ser importante para obtener REE de fuentes artificiales (Tang, Zheng, Chen, Du y Xu, 2020).
Capítulo III: Metodología
Metodología y procedimientos
Para ello, se desarrollaron dos prototipos para caracterizar el efecto de resonancia del plasmón superficial. En la fase correspondiente a "Comparación de curvas experimentales", el objetivo fue comparar el comportamiento experimental con una simulación que describe el efecto de la resonancia plasmónica. Una vez procesados los resultados, se trazaron las curvas características del efecto de resonancia del plasmón superficial para cada uno de los prototipos realizados.
Cuando el analito se colocó en la rejilla, se recaracterizó el efecto de resonancia del plasmón superficial de la rejilla contaminada. Con base en esta metodología se implementó una propuesta de prototipo de sensor molecular utilizando el software CAD SolidWorks, tomando como base el efecto de resonancia de plasmones superficiales.
Plan de trabajo
Recursos
Capítulo IV: Resultados
La Figura 13 muestra una vista del prototipo construido para medir el efecto de resonancia del plasmón mediante la variación angular del haz incidente, como lo indica la flecha roja. La segunda columna, a su vez, corresponde a las mediciones registradas en el fotorresistor, resultantes de la intensidad del haz difractado (𝜃𝑠), los resultados están expresados en la unidad correspondiente a la resistencia eléctrica, ohm (Ω). Se utilizó un multímetro para medir la resistencia eléctrica presentada en el fotorresistor, que captura la intensidad del haz difractado.
Los datos normalizados y procesados correspondientes al experimento de variación angular de la rejilla se muestran en la Tabla 14. En la Figura 17 se puede ver la curva obtenida para el experimento de variación angular de la rejilla de difracción; en La funcionalización de la red de difracción implica realizar una caracterización preliminar del efecto de resonancia del plasmón superficial.
Posteriormente se realizará la variación angular del sistema polarizador para encontrar el ángulo de resonancia de la red de difracción contaminada.
Capítulo V: Discusión, conclusiones y recomendaciones
Conclusiones
Considerando lo anterior, el objetivo de esta fase se logró caracterizar el efecto de resonancia del plasmón mediante la construcción de dos prototipos considerando la configuración de acoplamiento de la red de difracción. Lo anterior indica que la presencia de nanopartículas anuló el efecto sobre el ángulo de resonancia de la red. La principal aportación de la fase cuatro es la creación del diseño de un prototipo de sensor molecular que considera el efecto de resonancia del plasmón superficial como dispositivo de señalización.
Como resultado de la consecución de los objetivos planteados en el marco de este proyecto de aplicación, surge la hipótesis propuesta “La aplicación del efecto de resonancia de plasmones superficiales en un sensor molecular permitirá la detección de. 84 un analito de óxido de tierras raras que se desviará del ángulo de resonancia definido en la técnica de rejilla de difracción metálica, permitiendo su determinación en tiempo real.
Discusiones y recomendaciones
Según la Tabla 4 de la Sección 1.4 de este documento, las concentraciones máximas permitidas de REE en el agua están en la escala de microgramos. La contribución de este proyecto se centra en el desarrollo de una unidad de señalización y el diseño de un sensor molecular para REE implementando el efecto de resonancia de plasmones superficiales; El efecto óptico aplicado destacó por su flexibilidad para detectar selectivamente elementos de tierras raras cuando se encontraba una respuesta diferente a la obtenida en la caracterización anterior. La comparación presentada en la Tabla 19 se propuso tomando como referencia el método ICP-MS, método comúnmente utilizado para la determinación de elementos de tierras raras.
Lo anterior para llegar a un resultado final en la determinación del ángulo de resonancia para el óxido de itrio. Asimismo, para la funcionalización de la superficie de la malla de oro, se sugiere considerar primero la caracterización del efecto de resonancia sin la presencia del analito para tener una base y luego con la presencia del analito.
Líneas de investigación futuras
86 sensores moleculares de detección selectiva para REE, la repetición de mediciones se tiene en cuenta para la caracterización del efecto de resonancia del material de óxido de itrio dopado con itrio, dopado con erbio y dopado con itrio. En consecuencia, el reconocimiento de los ángulos de resonancia de diferentes materiales pertenecientes a elementos de tierras raras beneficiaría el diseño de sensores selectivos. La ventaja de lo anterior es que al ser las aplicaciones de los REEs específicas para cada elemento, este tipo de sensores facilitarán su separación de otros elementos destinados a otros fines.
Es posible funcionalizar la superficie de la rejilla de oro con una biomolécula que tenga afinidad por un REO particular para que se pueda determinar un analito de interés. Para ello, es necesario seguir investigando en el estudio y desarrollo de sensores moleculares, porque su uso se extiende a diferentes campos del conocimiento.
Dagiti heobiokemikal a pakabigbigan dagiti manmano nga elemento ti daga iti daga ken danum iti uneg ti daga: maysa a kaso a panagadal idiay Baotou, Tsina. Panangikeddeng kadagiti manmano a daga kadagiti sample ti mineral babaen ti ICP-OES pre-separation babaen ti cation exchange resin ken metodolohia a panangipaneknek Panangikeddeng kadagiti manmano a daga kadagiti sample ti mineral babaen ti ICP-OES pre-separation babaen ti cation exch. Ti komprehensibo a panaganalisar ti nadagsen a manmano a daga nga elemento ken linaon ti platinum kadagiti sample ti niebe tapno matingiting ti ekolohikal a peggad ti polusion ti angin kadagiti siudad a lugar.
Highly sensitive open-cell LA-ICPMS approaches for the quantification of rare earth elements in natural carbonates at parts-per-billion levels. Leaching kinetics of neodymium in sulfuric acid from rare earth element (REE) slag concentrated by pyrometallurgy from magnetite ore.
Anexos
96 La Figura 35 muestra las secciones frontal, lateral derecha e isométrica correspondientes a la base del diodo láser. Este diseño considera un diodo láser con unas dimensiones de 1 cm de diámetro por 6 cm de largo. 97 La figura 36 muestra las secciones superior, frontal, isométrica y lateral derecha correspondientes al soporte del sistema polarizador.
El diseño tiene en cuenta el regulador de ángulo, que permite movimientos precisos cambiando el ángulo de los ejes de accionamiento del polarizador.
