Estudio de métodos para la estimación del tiempo de vida de luminiscencia en fases sensoras ópticas. Desarrollo, implementación y evaluación de un banco de pruebas de laboratorio para la caracterización de fases sensoras ópticas de diverso tipo

Resumen

1.- Motivación de la Tesis El objetivo principal de esta memoria es el desarrollo, implementación y evaluación de un banco de pruebas de laboratorio para la caracterización y evaluación de una amplia variedad de fases sensoras ópticas, usando para ello medidas de intensidad de luminiscencia y medidas de tiempo de vida en el dominio de la frecuencia. Asimismo, este banco de pruebas debe proporcionar la plataforma necesaria para el desarrollo de múltiples aplicaciones potenciales en el ámbito de los sensores químicos de naturaleza óptica, permitiendo no solo la caracterización y evaluación de nuevos materiales con propiedades luminiscentes, sino también el análisis, diseño, desarrollo, implementación y evaluación de nuevos sistemas de medida e instrumentos que hagan uso de estos materiales. Para conseguirlo, se han fijado los siguientes objetivos parciales: Profundizar en el conocimiento de los sensores químicos de naturaleza óptica con propiedades fotoluminiscentes, estudiando su configuración y su principio de funcionamiento, así como las principales técnicas de medida empleadas para su caracterización. Asimismo, también se pretende profundizar en el conocimiento de la instrumentación empleada en el desarrollo de sensores ópticos luminiscentes, así como recabar información acerca de los principales sistemas de medida propuestos en la literatura. Desarrollar e implementar un sistema de medida sencillo que permita la caracterización y evaluación de fases sensoras ópticas usando medidas de intensidad de luminiscencia (las más simples). Este primer diseño del banco de pruebas sentará las bases de futuras implementaciones y permitirá progresar en el conocimiento tanto de las fases sensoras ópticas como de la instrumentación necesaria para su caracterización y evaluación. Extender la funcionalidad del sistema de medida para permitir la caracterización y evaluación de las fases sensoras ópticas mediante medidas de tiempo de vida de luminiscencia en el dominio de la frecuencia. Tras desarrollar e implementar dicho sistema de medida se tratará de evaluar su respuesta mediante la caracterización y evaluación de diversas fases sensoras. Este sistema permitirá profundizar en el conocimiento de las medidas de tiempo de vida en el dominio de la frecuencia, así como conocer los principios básicos de funcionamiento de la instrumentación empleada para este fin, sirviendo de base para el diseño, desarrollo, implementación y evaluación de futuros sistemas de medida con alguna aplicación práctica. Desarrollar nuevos métodos de medida de modulación de fase que permitan abaratar los costes de la instrumentación habitualmente empleada en este tipo de sistemas, mejorar su sensibilidad analítica, o simplemente hacer posible su miniaturización y portabilidad, así como testar su fiabilidad y robustez en diferentes escenarios de medida (condiciones de bajo nivel de iluminación o alto nivel de ruido) y llevar a cabo su implementación en sistemas reales de medida para comprobar su aplicabilidad en el desarrollo de sensores ópticos. Proponer nuevos métodos de modulación de fase basados en técnicas avanzadas de procesamiento digital de señales que permitan: (1) mejorar la sensibilidad analítica en aplicaciones de espectroscopia de luminiscencia, y (2) obtener una descripción analítica más completa de sistemas luminiscentes. Finalmente, se pretende profundizar en el estudio de los modelos clásicos de calibración descritos para los sensores ópticos luminiscentes, proponiendo y evaluando nuevos modelos de calibración que sean sencillos y, a ser posible, más escalables que los actuales. 2.- Resumen Esta memoria presenta los resultados obtenidos durante la realización de la Tesis Doctoral titulada: ¿Estudio de métodos para la estimación del tiempo de vida de luminiscencia en fases sensoras ópticas. Desarrollo, implementación y evaluación de un banco de pruebas de laboratorio para la caracterización de fases sensoras ópticas de diverso tipo¿. La memoria ha sido dividida en dos partes principales: la introducción y la parte experimental. La introducción recoge algunos de los conceptos y generalidades más importantes de los sensores químicos, mostrando especial interés en los sensores químicos de naturaleza óptica, objeto de estudio de la presente memoria. En el primer apartado se lleva a cabo una descripción general de los sensores químicos (definición y componentes más importantes), seguida de una clasificación general de los mismos. Acto seguido, se resume la importancia y actualidad de los sensores químicos, destacando algunos de sus campos de aplicación más relevantes. En el segundo apartado se profundiza en los conceptos y generalidades de los sensores químicos de naturaleza óptica, explicándose algunos de sus parámetros descriptivos más importantes y llevando a cabo una clasificación general de los mismos. El tercer apartado se centra en la descripción de los sensores ópticos luminiscentes para el control de oxígeno, al ser éstos los mayoritariamente utilizados en la parte experimental de esta memoria. En primer lugar, se muestra una visión general de la importancia de la determinación de oxígeno en diferentes campos de la Ciencia y la Tecnología, así como las principales técnicas existentes para realizar dicha determinación. En segundo lugar se proporciona una información más detallada sobre la determinación de oxígeno por el fenómeno de la atenuación de la luminiscencia. Para ello, se describen tanto los fundamentos del fenómeno de la luminiscencia molecular como los diferentes métodos existentes para su detección, haciendo especial énfasis en la descripción de los dos métodos luminiscentes predominantes: los métodos basados en la medida de la intensidad de la luminiscencia y los basados en la medida del tiempo de vida de luminiscencia. Dentro de éstos últimos se describen los dos métodos de medida principales: aquellos basados en el dominio del tiempo (métodos de luz pulsada) y los basados en el dominio de la frecuencia (métodos de modulación de fase). En el cuarto y último apartado de la introducción se realiza una revisión general de la instrumentación empleada para llevar a cabo medidas de fluorescencia y fosforescencia. Asimismo, hay tres apéndices que complementan esta información y tratan aspectos relacionados con sistemas de inyección de flujo (Apéndice 1), sensores ópticos tipo sonda (optodos) (Apéndice 2) y elementos que componen un sensor óptico luminiscente para la determinación de oxígeno (Apéndice 3). La segunda parte de la memoria, denominada parte experimental, recoge los resultados obtenidos durante la realización de la presente Tesis Doctoral y la discusión de los mismos. Esta parte ha sido dividida en siete capítulos, cuyo contenido se describe a continuación. El Capítulo 1 proporciona una descripción general del banco de pruebas de laboratorio desarrollado. En primer lugar, se describen sus características más sobresalientes, analizando sus principales componentes instrumentales y sus diversas configuraciones de medida, ya sea para la adquisición de medidas de intensidad o de tiempos de vida de luminiscencia en el dominio de la frecuencia. Asimismo, también se muestra una visión general de las distintas etapas del proceso de desarrollo del sistema, desde sus primeras versiones hasta su versión final, mencionando las principales dificultades encontradas y las soluciones aportadas. Parte de los conocimientos necesarios para llevar a cabo el desarrollo final del sistema de medida propuesto fueron adquiridos en el Institute of Robotics and Intelligent Systems (IRIS) del Swiss Federal Institute of Technology de Zúrich (ETH Zúrich, Suiza). El Capítulo 2 se centra en el desarrollo y caracterización de una fase sensora óptica para la determinación de dióxido de carbono (CO2) tanto en muestras acuosas como gaseosas. La fase sensora se basa en un co-polímero lineal funcionalizado con un indicador luminiscente de pH y un agente de transferencia de fase (hidróxido de tetraoctil amonio (TONOH)). En este trabajo se optimizó tanto la composición de la fase sensora como las condiciones de medida, usando para ello un espectrofluorímetro comercial. Asimismo, también se determinaron sus características analíticas, demostrando una alta sensibilidad y selectividad tanto en muestras acuosas como gaseosas. Por último, para demostrar la versatilidad de la fase sensora propuesta, se desarrolló un sensor de fibra óptica basado en medidas de intensidad, obteniendo un intervalo dinámico lineal razonable y un buen límite de detección. El Capítulo 3 versa sobre la utilización de medidas de desplazamiento de fase para el desarrollo de fases sensoras ópticas capaces de detectar concentraciones muy bajas de oxígeno. Este trabajo fue desarrollado en colaboración con la School of Chemistry de la Universidad de Birmingham (Edgbaston, Inglaterra). En total se caracterizaron cuatro fases sensoras formadas por cuatro compuestos organometálicos (uno de platino (PtTFPP) y tres de iridio (N969, N1008 y EB146)) depositados sobre un soporte nanoestructurado de óxido hidróxido de aluminio (AP200/19). Para llevar a cabo la caracterización de las fases sensoras se determinaron sus propiedades espectroscópicas (espectros de excitación y de emisión), sus tiempos de respuesta (t95) y sus curvas de calibración para diferentes intervalos de concentración de oxígeno (0-1 % de O2 y 0-10% de O2). Las medidas fueron realizadas utilizando un instrumento comercial (un detector de fase-fija (Lock-In Amplifier, LIA)). Las fases sensoras mostraron una excelente sensibilidad a bajas y ultra-bajas concentraciones de oxígeno (0-10 % de O2 y 0-1% de O2 respectivamente), siendo especialmente significativa la sensibilidad obtenida para la membrana PtTFPP-AP200/19. Esta fase sensora resultó ser unas 62 veces más sensible que cuando se deposita el compuesto en una membrana clásica de poliestireno, y unas 8 veces más sensible que cuando se deposita en partículas de sílice. Por otro lado, también se llevaron a cabo estudios de fotoestabilidad, demostrándose que las medidas de desfase son significativamente más robustas a la fotodegradación de las fases sensoras que las medidas basadas en intensidad (factor de modulación). Finalmente, también se demostró que las membranas no se veían afectadas por la humedad, y que presentaban una completa reversibilidad y una larga estabilidad a largo plazo (más de 12 meses). En el Capítulo 4 se desarrolla un optosensor sencillo y versátil para la determinación de oxígeno basado en un método de modulación de fase multifrecuencia (llamado método I/Q multifrecuencia). Este método permite calcular el desfase introducido por la fase sensora (el cual varía con la concentración de O2) a varias frecuencias de modulación, usando para ello una única medida (una señal multifrecuencia consistente en una combinación lineal de varias funciones sinusoidales de distinta frecuencia). El método propuesto se basa en los principios de la detección en cuadratura y puede ser completamente implementado en un procesador digital de señales (DSP). Así, en este capítulo, se discuten los aspectos teóricos del método I/Q así como los detalles técnicos del sistema de medida. La respuesta del sistema de medida fue evaluada mediante la caracterización y evaluación de una fase sensora óptica sensible a oxígeno (PtTFPP inmovilizado en una membrana polimérica permeable al oxígeno). Además, estos resultados fueron comparados satisfactoriamente con aquellos obtenidos por un sistema de medida de referencia basado en un detector de fase comercial (LIA), y usando la misma fase sensora en todos los casos. El sistema propuesto obtuvo una exactitud de medida inferior a 0.2 kPa en la determinación de la presión parcial de oxígeno en el intervalo de concentraciones de 0-20 kPa, para periodos cortos de medida continua (< 2 min), y a temperatura ambiente de 21 ºC. En el Capítulo 5 se evalúa la respuesta del método I/Q (descrito en el Capítulo 4) para distintas condiciones de ruido. Para ello, se llevó a cabo un conjunto de pruebas experimentales usando señales sinusoidales analógicas de frecuencia fija, 1 segundo de duración, fases aleatorias conocidas entre 0 y -180º y diferentes niveles de ruido blanco gaussiano aditivo (AWGN) (intervalo de SNRs entre -18 y 36 dB). Estas señales analógicas fueron generadas numéricamente en un ordenador (usando Matlab) y convertidas posteriormente al dominio analógico mediante un conversor D/A de una tarjeta de adquisición de datos. Las medidas de desfase obtenidas con el método I/Q usando estas señales fueron comparadas con las obtenidas por un equipo de medida de referencia (un LIA comercial), obteniéndose resultados muy similares en ambos casos. Además, la respuesta del método I/Q también fue evaluada en un sistema real de medida para demostrar su aplicabilidad. Para ello, se usó el sistema de medida de oxígeno descrito en el Capítulo 4 y se evaluó el método I/Q bajo diferentes condiciones de iluminación. Esto se consiguió variando la amplitud de la señal de excitación entre 22 y 1000 mV, de manera que se obtuvieron señales de emisión de diferente intensidad óptica (valores de amplitud más bajos de la señal de excitación se tradujeron en señales de emisión menos intensas, esto es, con menor nivel de SNR). De nuevo, estos resultados fueron comparados con los obtenidos por un sistema de medida convencional basado en un LIA comercial, obteniéndose resultados similares. Dichos resultados demostraron la robustez del método I/Q frente al ruido y su eficiencia computacional, confirmando que la detección en cuadratura es una técnica ideal para la determinación exacta de la fase de una señal sinusoidal incluso en presencia de niveles de ruido elevados (muy bajos niveles de SNR). En el Capítulo 6 se describe un nuevo método de modulación de fase multifrecuencia para espectroscopia de luminiscencia. El método propone el uso de una señal de excitación rectangular con un ciclo de trabajo corto para: (1) mejorar la sensibilidad analítica en la determinación de la concentración, y (2) obtener una información más completa del sistema luminiscente analizado. El método se basa en un algoritmo sencillo que combina la información multifrecuencia proporcionada por los diferentes armónicos de la señal rectangular, el cual puede ser implementado fácilmente en instrumentos de fotoluminiscencia existentes simplemente cambiando la forma de onda de la señal usada para modular la fuente de luz de excitación (una señal rectangular de ciclo corto en lugar de una señal sinusoidal), e implementado (en software) el algoritmo de procesamiento digital de señal apropiado después del transductor. Estas afirmaciones se han demostrado usando un optodo de oxígeno basado en una fase sensora conocida (una porfirina de Pt(II) inmovilizada en poliestireno). Los resultados experimentales demostraron que el método propuesto permite disminuir la raíz cuadrada del error cuadrático medio (RMSE) en la determinación analítica (de 0.1035 a 0.0053 kPa a 0.5 kPa O2 y de 1.1087 a 0.1209 kPa a 20 kPa O2) cuando éste es comparado con un método de modulación de fase convencional basado en una fuente de excitación modulada sinusoidalmente (en igualdad de condiciones de potencia luminosa). Este trabajo se realizó en colaboración con el Departamento de Ingeniería Eléctrica y Electrónica de la Universidad Pública de Navarra. Por último, en el Capítulo 7 se propone un nuevo modelo de calibración para sensores ópticos fotoluminiscentes y se compara con los modelos clásicos propuestos en la literatura (modelos de Stern-Volmer, Lehrer y Demas). Este nuevo modelo puede ser considerado como una variante del modelo de Stern-Volmer y proporciona un buen compromiso entre el número de parámetros y la exactitud del ajuste, en comparación con otros modelos clásicos de similar complejidad (es decir, con el mismo número de parámetros). Además, en este capítulo se demuestra también la importancia del criterio de optimización usado para la calibración del modelo. Para ello, se presentan los resultados obtenidos para 25 experimentos reales, donde intervienen 7 fases sensoras ópticas sensibles a oxígeno diferentes (PtTFPP-PS, N969-AP200/19, EB146-AP200/19, PtTFPP-AP200/19, N1008-AP200/19, EB146-PS0X, N1008-PS0X), 3 señales analíticas diferentes (intensidad de luminiscencia, tiempo de vida determinado a partir del desplazamiento de fase y tiempo de vida determinado a partir del factor de modulación) y 3 instrumentos de medida distintos (un espectrómetro de luminiscencia, un detector de fase-fija (LIA) y un sistema de medida basado en el método I/Q (descrito en los Capítulos 4, 5 y 6)). En este capítulo también se proporcionan todos los detalles necesarios para la implementación de los diferentes procedimientos de calibración, así como el código fuente (compatible con Matlab y Octave) que realiza la calibración para cada modelo y criterio. 3.- Conclusiones 1.- Se ha desarrollado un banco de pruebas de laboratorio para la caracterización y evaluación de una amplia variedad de fases sensoras ópticas. La modularidad del sistema de medida desarrollado y su amplia gama instrumental le confieren una gran versatilidad y flexibilidad, permitiendo que pueda ser adaptado fácilmente a casi cualquier tipo de diseño experimental (sustituyendo algunos de sus componentes por otros). Este sistema permite, al menos, la adquisición dos tipos de medidas luminiscentes: (1) medidas de intensidad de la luminiscencia, y (2) medidas de tiempo de vida de luminiscencia en el dominio de la frecuencia. Otra característica importante del sistema es que todos sus instrumentos pueden ser controlados remotamente desde un único ordenador central, lo que permite automatizar el proceso de medida. Una de las características que proporcionan más versatilidad y potencia al sistema de medida desarrollado es la adquisición y digitalización de las señales para su posterior tratamiento mediante técnicas de procesamiento digital de señales. La naturaleza digital del sistema permite un control total sobre las señales adquiridas, así como la implementación de algoritmos avanzados de procesamiento de señal que han permitido mejorar la respuesta (sensibilidad analítica) y la funcionalidad de este tipo de sistemas, y permitirían la miniaturización y portabilidad de instrumentos basados en el sistema desarrollado. Así pues, el sistema de medida propuesto en esta memoria proporciona la plataforma necesaria para el desarrollo de múltiples aplicaciones potenciales en el ámbito de la Química Analítica, que van desde la completa caracterización y evaluación de fases sensoras ópticas, hasta el desarrollo, implementación y evaluación de nuevos algoritmos de medida que permitan mejorar la sensibilidad analítica de los sistemas desarrollados, la reducción del coste de sus componentes, o simplemente su miniaturización. En definitiva, puede decirse que el banco de pruebas desarrollado ha permitido iniciar una nueva y prometedora línea de investigación multidisciplinar en los Grupos de Investigación FQM-297 y TIC-123 de la Universidad de Granada, siendo los resultados de esta Tesis un claro ejemplo de su potencialidad y aplicabilidad. 2.- Se ha llevado a cabo el desarrollo y caracterización una fase sensora óptica para la determinación de dióxido de carbono (CO2) tanto en muestras acuosas como gaseosas, la cual ha sido utilizada para desarrollar un optosensor de CO2 usando el sistema de medida propuesto en esta Tesis (configuración basada en medidas de intensidad). Esta fase sensora se basa en la inmovilización de un agente de transferencia de fase (hidróxido de tetraoctil amonio (TONOH)) en un co-polímero funcionalizado con un indicador luminiscente sensible al pH. Así, se ha optimizado el efecto de la concentración de TONOH y la influencia de parámetros externos tales como la velocidad de flujo, la humedad y otros gases interferentes (O2, CO, NO2), determinándose que el NO2 puede ser considerado como una especie interferente cuando su concentración es superior a 1 ppm. La fase sensora presenta un intervalo dinámico lineal entre 7.7 y 40% CO2 (v/v) en fase gaseosa y entre 4.4 y 60% CO2 (v/v) en fase acuosa, con límites de detección de 1.3 y 2.3% CO2 (v/v) respectivamente, un tiempo de respuesta rápido (t95 = 5 s de 0 a 20% CO2 (v/v) en fase gaseosa) y una buena estabilidad opto-térmica. Para demostrar la aplicabilidad y versatilidad de la fase sensora se ha desarrollado un sensor de fibra óptica con un intervalo dinámico lineal de 1.4-40% CO2 (v/v) y un excelente límite de detección (0.4% CO2 (v/v)) en fase gaseosa. 3.- Se han caracterizado cuatro fases sensoras ópticas sensibles a oxígeno, una basada en un complejo de platino (PtTFPP) y otras tres basadas en complejos de iridio (N969, N1008 y EB146), inmovilizados todos ellos sobre un soporte nanoestructurado de óxido hidróxido de aluminio (AP200/19). Dicha caracterización ha sido realizada con el sistema de medida propuesto en esta memoria usando medidas de desplazamiento de fase (medidas de tiempo de vida en el dominio de la frecuencia). Todas las fases sensoras han demostrado poseer una excelente sensibilidad para detectar muy bajas concentraciones de oxígeno, siendo especialmente significativo el caso de la fase sensora PtTFPP-AP200/19, la cual presenta la mejor sensibilidad, con una constante de Stern-Volmer (kSV) de 3102 ± 132 bar-1 en el intervalo de 0 a 1% O2 y de 2568 ± 614 bar-1 en el intervalo de 0 a 10% O2. La kSV de la membrana PtTFPP-AP200/19 en el intervalo de 0 a 10% O2 ha resultado ser unas 62 veces mayor que la de una membrana PtTFPP-PS (poliestireno), o unas 8 veces mayor que la kSV obtenida en el intervalo de 0 a 1% O2 cuando el indicador PtTFPP es inmovilizado en partículas de sílice. Los resultados obtenidos demuestran que la fase sensora PtTFPP-AP200/19, caracterizada con medidas de desplazamiento de fase, es una de las membranas más sensibles a oxígeno propuestas en la literatura. 4.- Se ha desarrollado un sensor de fibra óptica versátil y de bajo coste para la determinación de oxígeno usando un método de modulación de fase multifrecuencia (llamado método I/Q multifrecuencia). Este método se basa en los principios de la detección en cuadratura, y es capaz de determinar en una sola medida el desplazamiento de fase (el cual varía con la concentración de oxígeno) en múltiples frecuencias de modulación. El procesamiento digital del algoritmo de estimación de la fase confiere al sistema de medida un valor añadido en términos de flexibilidad y potencialidad, comparado con otros sistemas que realizan un procesamiento analógico o que están basados en detectores de fase-fija (Lock-In Amplifiers, LIAs) comerciales. La naturaleza digital del sistema de medida proporciona al usuario un control total sobre las señales, así como la posibilidad de implementar algoritmos avanzados de procesamiento de señal para mejorar la precisión y funcionalidad de este tipo de sistemas. Además, el procesamiento digital también permitiría la miniaturización del sensor y, por tanto, su portabilidad. Para demostrar su aplicabilidad, el método de medida propuesto ha sido evaluado usando una fase sensora óptica de referencia sensible a oxígeno (un complejo de Pt(II) inmovilizado en una matriz polimérica), obteniéndose unos resultados similares a los obtenidos con un equipo comercial de referencia (LIA). El sensor ha proporcionado una precisión mayor de ±1 kPa (o 1% O2) en el intervalo de medida de 0-50 kPa (o 0-50% O2), y de ±0.2 kPa (o 0.2% O2) en el intervalo de medida de 0-20 kPa (o 0-20% O2), para periodos cortos de medida continua (< 2 min) y a temperatura ambiente de 21 ºC. Las principales características del sistema propuesto son: amplio intervalo de frecuencias de operación, sencilla sustitución de sus componentes ópticos, facilidad de uso, flexibilidad del sistema para la generación y el post-procesamiento de las señales digitales, y la versátil conexión de la muestra con el sistema de medida usando una fibra óptica. 5.- Se ha evaluado la precisión del método I/Q para distintas condiciones de ruido. Para ello, se ha realizado un conjunto de pruebas experimentales usando señales sinusoidales analógicas con diferentes niveles de ruido blanco gaussiano aditivo (AWGN), y se han comparado los resultados obtenidos con los proporcionados por un equipo de medida de referencia (un LIA comercial), obteniéndose resultados muy similares en ambos casos. Sin embargo, es importante señalar que el método I/Q permite una implementación más versátil y barata que un instrumento que requiera un LIA, siendo éste el gran aporte de este trabajo. Estos resultados confirman que la técnica de detección en cuadratura es ideal para la medida de la fase de una señal sinusoidal con niveles de SNR muy bajos, llegando a proporcionar medidas razonables con SNRs inferiores a ¿ 18 dB. Asimismo, la respuesta del método I/Q también ha sido evaluada en un sistema real de medida (un sensor de oxígeno de fibra óptica basado en un método de modulación de fase) para demostrar su validez en aplicaciones de espectroscopia de luminiscencia bajo diferentes condiciones de iluminación. Los resultados obtenidos han sido aceptables incluso para señales ópticas de muy baja intensidad, obteniendo mejores resultados para bajas concentraciones de oxígeno (intervalo de medida de 0-20 kPa O2), con valores de precisión en la estimación de la concentración <0.2 y <3 kPa O2 para la mejor y peor condición de iluminación respectivamente. El límite de detección (LOD) del sensor para la mejor condición de iluminación ha sido de 0.01% (v/v) O2. Estos resultados también han sido comparados satisfactoriamente con los de un sistema de medida convencional basado en un LIA comercial. 6.- Se ha propuesto un nuevo método de modulación de fase multifrecuencia para mejorar la sensibilidad analítica en espectroscopia de luminiscencia basado en la utilización de una señal de excitación rectangular con un ciclo de trabajo corto. Los resultados obtenidos han demostrado que la utilización de esta señal de excitación proporciona las siguientes ventajas: (1) una mayor exactitud en la determinación de la concentración del analito, y (2) una caracterización más completa del sistema luminiscente. Además, este método permite la combinación de varios armónicos de la señal para determinar y cuantificar la concentración de analito, así como combinar la información de varias señales analíticas (¿_¿ y ¿_m) para mejorar la exactitud proporcionada por cada una de ellas por separado. Los resultados muestran que a medida que se combina una mayor cantidad de información, el RMSE se reduce, obteniéndose un RMSE inferior a 0.0053 kPa a 0.5 kPa O2 y de 0.12 kPa a 20 kPa O2 cuando son combinadas las medidas de ¿_¿ y ¿_m de los 5 primeros armónicos. El método propuesto puede ser fácilmente implementado en los instrumentos de fotoluminiscencia actuales, ya que solo afecta a la parte que modula la fuente de luz de excitación (uso de una señal rectangular con un ciclo de trabajo corto en lugar de una señal sinusoidal, lo cual implica normalmente una simplificación de la electrónica) y al procesamiento digital de las muestras después del transductor (que puede ser implementado en software). 7.- Se ha propuesto un nuevo modelo de calibración para sensores ópticos luminiscentes. Este modelo representa la concentración de analito C como un polinomio de ¿^¿ de orden p, donde ¿ es la señal analítica y ¿ es un exponente que debe ser ajustado. Dicho modelo puede considerarse una extensión del modelo de Stern-Volmer (siendo idéntico a éste cuando p=1 y ¿=-1). El modelo propuesto (para orden 1 y 2) ha sido comparado con los modelos clásicos propuestos en la literatura (Stern-Volmer, Lehrer y Demas) considerando 25 experimentos, y usando diferentes criterios de calibración: (a) minimización del error cuadrático en la señal analítica, (b) minimización del error cuadrático en la concentración, y (c) minimización del error relativo cuadrático en la concentración. El criterio (a) es apropiado para el estudio de la fotoluminiscencia, mientras que los criterios (b) y (c) son más apropiados para instrumentación orientada a la medida de concentraciones. En este último caso, si el intervalo de concentraciones a medir es amplio, el criterio (c) parece ser el más adecuado. Los resultados obtenidos han puesto de manifiesto la importancia del criterio de calibración, demostrándose que el ajuste óptimo para un criterio dado se consigue cuando la calibración es consistente con el criterio. El modelo propuesto ha ofrecido el mejor compromiso entre exactitud y complejidad, presentando la ventaja añadida de poder ser escalado fácilmente a un orden polinómico más alto en el caso de que se disponga de un mayor número de datos de calibración, ya que su procedimiento de calibración es una búsqueda unidimensional independientemente del orden del polinomio. 4.- Referencias [1] P.K. Contreras-Gutiérrez, S. Medina-Rodríguez, A.L. Medina-Castillo, J.F. Fernández-Sánchez, and A. Fernández-Gutiérrez, "A new highly sensitive and versatile optical sensing film for controlling CO2 in gaseous and aqueous media," Sensors and Actuators B: Chemical, vol. 184, pp. 281-287, 2013. [2] S. Medina-Rodríguez, M. Marín-Suárez, J.F. Fernández-Sánchez, A. de la Torre-Vega, E. 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Fernández-Gutiérrez, ¿A novel multifrequency phase-modulation method using rectangular-wave signals for improving the analytical sensitivity in luminescence spectroscopy¿ (Enviado a la revista Analytical Chemistry). [6] S. Medina-Rodríguez, A. de la Torre-Vega, J.F. Fernández-Sánchez, and A. Fernández-Gutiérrez, ¿On the calibration of chemical sensors based on photoluminescence: Selection of the appropriate model and criterion¿ (Enviado a la revista Analyst). [7] M. Marín-Suárez, S. Medina-Rodríguez, O. Ergeneman, S. Pané, J.F. Fernández-Sánchez, B. J. Nelson, A. Fernández-Gutiérrez, ¿Electrophoretic deposition as a new approach to produce optical sensing films adaptable to microdevices¿, Nanoscale, vol. 6, pp. 263-271, 2014. [8] O. Ergeneman, G. Chatzipirpiridis, J. Pokki, M. Marín-Suárez, G.A. Sotiriou, S. Medina-Rodríguez, J. F. Fernández-Sánchez, A. Fernández-Gutiérrez, S. Pané, and B. J. 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