Desarrollo de preconcentradores microfabricados en silicio para la mejora en la detección de explosivos

Morales Samper, Alberto
Pina Iritia, María Pilar (dir.) ; Pellejero Alcázar, Ismael (dir.)

Universidad de Zaragoza, EINA, 2015
Departamento de Ingeniería Química y Tecnologías del Medio Ambiente, Área de Ingeniería Química

Graduado en Ingeniería Química

Resumen: El progreso desarrollado en las últimas décadas en el campo de sensores de gases ha sido realmente destacable, dando lugar a dispositivos cada vez más sensibles, eficientes, fiables y con límites de detección cada vez menores. Sin embargo, en condiciones altamente demandantes; como por ejemplo en la detección de explosivos y otros agentes químicos relacionados con la seguridad ciudadana, existe la necesidad de detectar estos compuestos a nivel de trazas, y para alcanzar esta exigencia, se plantea el acondicionamiento y preconcentración de la muestra. En este contexto, el proyecto tiene por objeto el desarrollo de micro-preconcentadores basados en silicio con una capa de zeolita integrada, con el objetivo de mejorar la respuesta de sensores másicos de gases tipo microcantilevers. El proyecto aborda el estudio experimental de la eficiencia de preconcentración de distintos preconcentradores: microconcentrador con zeolita integrada, microconcentrador de zeolita rellenado exsitu y concentrador de lecho empaquetado. Se ha utilizado el hexano como molécula modelo para determinar las condiciones de operación más adecuadas de entre las estudiadas (caudales y temperaturas de adsorción-desorción), así como para evaluar la reproducibilidad en la fabricación y la repetitividad del proceso. En función de los resultados obtenidos en los preconcentradores se ha seleccionado el más destacado para un análisis detallado por medio de sensores másicos basados en microcantilevers. La realización de los ensayos en laboratorio de los distintos prototipos de micro-preconcentradores se ha llevado a cabo en una instalación experimental montada ad hoc para este TFG. Los ensayos han permitido la obtención de las curvas de ruptura y la estimación del factor de concentración para los distintos preconcentradores. Se ha obtenido que para el mejor microconcentrador con zeolita integrada y en las condiciones de trabajo óptimas el factor de preconcentración de una corriente de hexano de concentración 500 ppmV ha sido de 61,6, con una eficiencia de adsorción del 91,6%. Al comparar estos resultados con los mostrados por el concentrador de lecho fijo cargado con la misma masa de adsorbente, en donde se obtuvo un factor de preconcentración de 28,5 con un 55% de eficacia de adsorción, se pone en valor la idoneidad de la utilización de este tipo de microdispositivos preconcentradores como método para mejorar la sensibilidad de los sensores actuales en la detección de trazas.

Tipo de Trabajo Académico: Trabajo Fin de Grado