Nanosensor fotónico basado en una fibra óptica recubierta de óxidos metálicos para monitoreo de gases

Abstract

En esta investigación se desarrollaron tres sensores de gas usando fibra óptica estándar, a la cual se modificó una región de su superficie para cubrirla con polvos de una de las tres nanopartículas (NPs) sintetizadas (SnO2, ZnO y ZnO-Au) por el método ultrasónico. Las micrografías indican que las nanopartículas de SnO2 tienen forma esférica con diámetros de 20-30 nm. Las nanopartículas de ZnO presentan una estructura hexagonal en forma de varilla con un diámetro alrededor de 200-300 nm, y las NPs de ZnO-Au se puede apreciar NPs de oro con forma esferoidal y diámetro por debajo de los 20 nm distribuidos de forma homogénea en la superficie de los nanorodillos de ZnO. A nivel más macro se puede observar que el depósito es homogéneo en la superficie de las fibras ópticas. Los sensores de fibra óptica con depósito de SnO2 para detectar CO2 tienen en promedio un tiempo de respuesta de 44 segundos y un tiempo de recuperación de 62 segundos para un tiempo de exposición al gas objetivo y de fondo de 120 segundos. La comparación del sensor de fibra óptica modificada con depósito de ZnO contra la fibra óptica modificada con depósito ZnO-Au nos indica que, al utilizar una longitud de onda de interrogación de 532 nm, la fibra con ZnO-Au presenta un tiempo de respuesta más rápida y un tiempo de recuperación más lento que la fibra óptica con depósito de ZnO respectivamente. Este efecto podría explicarse considerando que la resonancia del plasmón superficial localizada de las NPs de Au está ubicada a 527 nm. Por último, se desarrolló un sensor de fibra óptica con depósito de ZnO para la detección de tequila adulterado por metanol, encontrándose que como el metanol se evapora más rápido su pico es angosto, por lo que el tiempo de respuesta y recuperación (32 y 63 segundos) y que son mucho menores que la señal del tequila (347 y 1960 segundos).