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Potenzialità della spettroscopia infrarossa ATR-FTIR per lo sviluppo di sensori chimici.

Informazioni tesi

  Autore: Gianna Muscaridola
  Tipo: Laurea liv.I
  Anno: 2009-10
  Università: Università degli Studi di Lecce
  Facoltà: Ingegneria
  Corso: Ingegneria industriale
  Relatore: Ludovico Valli
  Lingua: Italiano
  Num. pagine: 110

Negli ultimi tempi la ricerca si sta orientando non solo verso l'uso di materiali semiconduttori a base inorganica come ossidi metallici, ma si sta puntando l'attenzione anche su materiali a matrice organica come ad esempio le ftalocianine, le porfirine e le porfirazine [3] ; ciò essenzialmente per due motivi: le molecole organiche si prestano meglio all'ingegneria molecolare, nel senso che possono essere modificate nella loro struttura in modo da accentuare o provocare la selettività o la sensibilità verso una particolare specie e la conducibilità di semiconduttori organici può variare di molti ordini di grandezza a seguito dell'adsorbimento sullo strato attivo [4,5].
La conoscenza della struttura submicroscopica di superfici, degli strati di adsorbiti, dei film depositati in superficie, e di interfaccia è di importanza fondamentale per la comprensione delle proprietà fisiche, chimiche e meccaniche dei materiali solidi. Allo stesso tempo, questo tipo di informazioni sono valutabili in un certo numero di campi tecnologici, quali la tecnologia dei semiconduttori, catalisi, lubrificazione, corrosione e i suoi inibitori, finitura dei metalli, adesione, stampaggio, e tecnologia elettrochimica.
La spettroscopia vibrazionale, che ha storicamente fornito a chimici, fisici e ingegneri incisive informazioni circa le specie chimiche presenti sulle superfici, è uno dei maggiori metodi analitici ampiamente impiegati al giorno d’oggi [6].
In tale ottica di sviluppo delle scienze sensoristiche, verranno messe in luce, in questo lavoro di tesi, le potenzialità della spettroscopia ATR-FTIR (Attenuated Total Reflection Fourier Transform Infrared spectroscopy) applicata allo studio dei meccanismi di riconoscimento molecolare tra sistemi organici (una ftalocianina) e comuni target ambientali (fenoli).
La spettroscopia infrarossa è una tecnica che si basa sull’interazione e assorbimento tra una radiazione elettromagnetica e la materia.
In tutte le spettroscopie di “assorbimento”,la molecola studiata, costituisce un dipolo oscillante che si comporta come una “antenna” in grado di assorbire le radiazioni elettromagnetiche della frequenza opportuna.
Perché questo possa avvenire occorre innanzitutto che la molecola abbia un momento di dipolo proprio, cioè che il centro delle cariche positive non coincida con quello delle cariche negative. Inoltre durante la vibrazione molecolare deve avvenire un’oscillazione della distanza inter-atomica,la quale determinerà anche una variazione periodica del momento di dipolo della molecola. Tale molecola, così facendo, si comporterà come un’antenna sintonizzata su una certa frequenza [7].
Più precisamente, però, questa è una spettroscopia di vibrazione, infatti quando la suddetta molecola organica, dotata di momento di dipolo proprio, viene investita da una radiazione infrarossa, la cui frequenza sia compresa in un certo range di valori, essa assorbe energia elettromagnetica. L’energia ceduta dalla radiazione stessa viene convertita in energia vibrazionale.
La tecnica utilizzata comporta la deposizione della ftalocianina come film idrofobo attraverso il metodo Langmuir-Schäfer (LS) sul prisma ATR e la registrazione di spettri in flusso con soluzioni buffer in assenza e presenza di fenolo, 4-bromofenolo, 4-clorofenolo e 4-iodofenolo.
La tecnica LS permette di ottenere film organici molto ordinati con caratteristiche fisiche riproducibili e quindi uno spessore costante di film sottile organico [8,9] .
I risultati ottenuti attraverso la spettroscopia ATR-FTIR sono stati confermati attraverso l’ analisi al QCM, che è una tecnica già consolidata in ambito sperimentale.
Confrontando gli spettri acquisiti e contenuti in una banca dati con quello di un composto incognito è possibile identificare correttamente la molecola incognita grazie agli spettri differenziali.
La spettrometria IR permette di compiere studi di reattività e di cinetiche chimiche e fisiche.

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1. Introduzione 1 1. INTRODUZIONE Le sempre piø stringenti esigenze del mondo della sicurezza, intesa sia come protezione contro atti terroristici o vandalici, sia come controllo ambientale, così come quelle provenienti dall'ambito industriale per i controlli di processo e di prodotto, richiedono la disponibilità di sistemi analitici veloci, affidabili, sensibili e a basso costo. In questo ambito, le misure e gli strumenti di laboratorio, per quanto affidabili, risultano spesso inutilizzabili per ovvie ragioni pratiche, soprattutto quando sono richieste risposte in tempo reale e un significativo grado di miniaturizzazione. Per questa ragione, è in grande sviluppo la produzione e l'utilizzo di sensori chimici, vale a dire dispositivi capaci di trasdurre in un segnale misurabile, in genere elettrico, una alterazione chimica indotta dalla sostanza target. Un sensore chimico è costituito generalmente da un film sottile, sensibile alle specie chimiche che si vogliono rilevare e misurare, da una struttura di supporto e dall'elettronica di controllo. Tra i significativi vantaggi di questi dispositivi vi è la miniaturizzazione, spinta ormai verso dimensioni nanometriche, e il fatto di poter essere preparati utilizzando le tecnologie ormai consolidate dell'industria elettronica [1]. Le grandezze fisiche da rilevare nei processi industriali sono di varia natura; generalmente queste quantità sono difficili da trasmettere ed elaborare nella forma originaria. L'obiettivo di un sensore è quello di convertire una grandezza fisica o biologica in ingresso, in un'altra piø facile da manipolare di tipo elettrico (tensione, corrente, resistenza, capacità). In pratica un sensore prende in ingresso un valore nella grandezza fisica del dominio di interesse e fornisce in uscita una grandezza fisica nel dominio dell'unità di controllo.

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Parole chiave

ftir
infrarossa
sensore chimico
spettroscopia
ftalocianina
fenoli

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