Contribuciones para la caracterización de amplio espectro de soluciones líquidas mediante tecnología sdr

Résumé

Las propiedades dieléctricas de la materia suponen una base para la caracterización de ésta. Tradicionalmente, éstas propiedades se suelen inferir a partir de excitaciones de alta energía que inciden en la muestra, llegando a destruirla dependiendo del sistema empleado. Este tipo de sistemas requieren, en general, de instrumentación muy costosa y sensible, no portable y personal altamente cualificado para manejarlas. Esta Tesis presenta un sistema de caracterización de soluciones químicas en fase líquida, empleando excitaciones electromagnéticas de baja intensidad a lo largo de un amplio espectro, de dimensiones reducidas ‑en campo cercano‑, portátil, de bajo coste, sin necesidad de formación específica para el usuario, permitiendo el análisis no destructivo y sin contacto de las muestras. Esto lo convierte en una buena alternativa a los métodos de detección y cuantificación tradicionales, especialmente en aplicaciones que requieran portabilidad como medidas en campo o en condiciones adversas. El cuerpo central de este trabajo se basa en el desarrollo de un sistema físico con las características descritas. Para ello se ha implementado un par transmisor-receptor, con el que se analiza la muestra bajo estudio. Ésta se dispone siguiendo una geometría previamente pautada de forma mecánica, asegurando la repetibilidad de los experimentos. Se ha desarrollado una metodología autocalibrada que permite la caracterización diferencial de sustancias. De esta forma se mitigan parte de los problemas derivados de la estimación de la cuantificación de sustancias en mezclas. Permite comparar los resultados obtenidos con dispositivos distintos o en diferentes momentos, siempre que se mantengan las condiciones de medida generales. Para ello se hace uso de la tecnología de radio definida por software –SDR, Software Defined Radio–, aprovechando la flexibilidad que aporta tanto en la generación de la excitación como en la recepción de señales complejas. Como ventaja adicional son dispositivos estándar de fácil disponibilidad y bajo coste. Debido a que los SDR no son equipos pensados de forma expresa como sistemas de instrumentación, se ha desarrollado un sistema de compensación de la distorsión de la fase, interferencias en banda, entre otros, con el fin de mitigar estos inconvenientes. Como pruebas del sistema completo se analizaron muestras controladas de agua con sacarosa y como aplicación práctica se enfrentó al problema de determinación de la adulteración de la miel. Esta elección responde al hecho de que supone un reto, incluso para los análisis de laboratorio empleados hoy en día. Se ha desarrollado un método de estimación de la concentración de adulterante conforme a los principios empleados en química. Los resultados obtenidos han sido evaluados mediante tests estadísticos para comprobar la especificidad y coherencia, así como curvas de detección para demostrar la sensibilidad y especificidad. En ambas pruebas se obtuvieron resultados consistentes y muy prometedores. En especial, en la aplicación sobre la adulteración de miel, se detectaron niveles de un orden de magnitud inferiores a los documentados en la literatura actual. Esta Tesis representa un primer paso hacia la normalización de esta tecnología, con aplicaciones directas en industria y en laboratorios. Gracias a la sensibilidad y estabilidad obtenidas, este sistema merece compararse con equipamiento de laboratorio, aportando una mayor flexibilidad y a un menor coste.