Sensores luminiscentes para el estudio de las anomalías en el orden de las moléculas de agua

Abstract

Las extrañas características del agua hacen posible la existencia de vida en la Tierra. Sin embargo, a pesar de que es el líquido más estudiado, aún no se conocen las causas de las singularidades que presentan muchas de sus propiedades. Estas peculiaridades se deben principalmente a cómo se ordenan las moléculas de agua, que están unidas entre sí mediante enlaces de puente de hidrógeno. La variación de las características de estos enlaces ocasiona la alteración del orden de las moléculas de agua con la temperatura. En consecuencia, se producen dependencias anómalas de las propiedades del agua con la temperatura. En esta tesis se han investigado las causas, efectos y factores influyentes de la anomalía en la densidad y la anomalía dipolar del agua. Estas anomalías se han estudiado a través de su efecto sobre la variación con la temperatura de la luminiscencia de los iones Eu3+, que son excelentes sensores de cambios estructurales a nivel molecular. Además, como el agua es el solvente empleado para el desarrollo de las aplicaciones de los nanomateriales en biomedicina, se ha determinado cómo pueden afectarles las anomalías. En concreto, se ha investigado el efecto de la anomalía dipolar del agua sobre el intercambio de iones entre nanopartículas luminiscentes de fluoruro. Los resultados obtenidos en esta tesis han permitido comprender mejor cómo varía el orden de las moléculas de agua con la temperatura y el pH y cómo las anomalías afectan a los nanomateriales dispersados en agua.

Water’s odd characteristics make the existence of life on earth possible. However, although water is the most studied liquid, the causes of the singularities of most of its properties are not known yet. Its peculiarities are mainly due to the unusual organization of water molecules, which are connected by hydrogen bonds. The variation of hydrogen bonds characteristics with temperature causes the alteration of the order of water molecules. Consequently, water’s properties show anomalous temperature dependencies. In this thesis the causes, effects, and influential factors of the density and dipolar anomalies of water have been investigated. These anomalies have been studied through their effect on the temperature dependence of the luminescence of Eu3+ ions, as these ions are excellent sensors of structure changes at the molecular scale. Moreover, as water is the solvent used for the development of nanomaterials applications in biomedicine, attention has been paid to the effect of water anomalies on them. In particular, the effect of the dipolar anomaly of water on the ion exchange process among fluoride luminescent nanoparticles has been investigated. The results obtained in this thesis have allowed to understand better how the order of water molecules is altered by temperature and pH and how these anomalies affect luminescent nanomaterials dispersed in water.