Diseño de un nuevo electrodo potenciométrico para la detección de CR(VI) en solución acuosa - Ochoa Pérez, Manuel (Universidad Autónoma Metropolitana, 2025)
This thesis presents the design and optimization of a new selective electrode for chromium VI (Cr(VI)). The proposed potentiometric sensor is based on the modification of a glassy carbon electrode using carbon quantum dots, β-Cyclodextrin and carbon disulfide. The carbon quantum dots improved charge transfer in the glassy carbon electrode, while the electropolymerization of β-Cyclodextrin generated a polymeric membrane that acts as a recognition element by incorporating sulfur donor groups into its structure. This modification of the membrane with sulfur atoms provided the sensor with excellent selectivity for Cr(VI) ions. The electrode modification was optimized using a 23 factorial design. The factors studied were pH, the number of cycles in the electropolymerization process and the presence or absence of carbon quantum dots. Eight different electrodes were constructed and their potentiometric response to varying concentrations of Cr(VI) was evaluated. The analysis of variance of the experimental design showed no significant effects from any individual factor on the response, although it did suggest an interaction between the three factors. The electrode with the bests analytical parameters was prepared at a pH of 5, with 50 electropolymerization cycles of β-Cyclodextrin and in the presence of carbon quantum dots. This electrode achieved response times of 40 seconds for different ion concentrations, with a slope of (66.0 ± 2.1) mV decade of concentration-1 and a detection limit of (5.2 ± 0.1) x10-7 mol L-1. The sensor can be used within a pH range of 0 to 3 without being affected by hydronium ions. Additionally, the electrode proposed in this study demonstrates good reproducibility, excellent selectivity against various cations and anions and useful as an indicator electrode in potentiometric titration. It offers significant advantages compared to other analytical methods. Thanks to its low cost, ease of construction, simple handling, practical operation, convenient storage and transport, good performance, short response time and high selectivity, they represent a valuable tool for the rapid, reliable and cost-effective monitoring of Cr(VI) in aqueous solutions, contributing to the protection of human health and the environment.; Este trabajo de tesis presenta el diseño y la optimización de un nuevo electrodo selectivo para cromo (VI) (Cr(VI)). El sensor potenciométrico propuesto está basado en la modificación de un electrodo de carbón vítreo mediante puntos cuánticos de carbono, β-Ciclodextrina y disulfuro de carbono. Los puntos cuánticos de carbono ayudaron en el carbón vítreo a optimizar la transferencia de carga, además la electropolimerización de la β-Ciclodextrina generó una membrana polimérica que actúa como elemento de reconocimiento al incorporar grupos donadores de azufre en su estructura. Esta modificación de la membrana con los átomos de azufre le otorgó al sensor una excelente selectividad hacia los iones de Cr(VI). La modificación del electrodo se optimizó utilizando un diseño factorial de 23, los factores estudiados fueron el pH, el número de ciclos en la electropolimerización y la presencia o ausencia de los puntos cuánticos de carbono. Se construyeron ocho electrodos diferentes y se evaluó su respuesta potenciométrica a diferentes concentraciones de Cr(VI). El análisis de varianza del diseño experimental no mostró efectos significativos de ningún factor individual en la respuesta, aunque sí sugirió una interacción entre los tres factores. El electrodo con los mejores parámetros analíticos se preparó a un pH de 5, con 50 ciclos en la electropolimerización de la β-Ciclodextrina y en presencia de los puntos cuánticos de carbono. Con este electrodo se obtuvieron tiempos de respuesta de 40 segundos a diferentes concentraciones del ion, presentando una pendiente de (66.0 ± 2.1) mV década de concentración-1 y con un límite de detección de (5.2 ± 0.1) x10-7 mol L-1. El sensor puede ser utilizado en un intervalo de pH de 0 a 3 sin ser afectado por los iones hidronio. Asimismo, el electrodo propuesto en este trabajo muestra una buena reproducibilidad, una excelente selectividad frente a diversos cationes y aniones, siendo útil como electrodo indicador en una valoración potenciométrica y presenta ventajas significativas en comparación con otros métodos de análisis. Gracias a su bajo costo, facilidad de construcción, manejo sencillo, operación práctica, almacenamiento y transporte, como también su buen rendimiento, corto tiempo de respuesta y alta selectividad, representan una herramienta valiosa para el monitoreo rápido, confiable y económico de Cr(VI) en soluciones acuosas, contribuyendo a la protección de la salud y del medio ambiente.