Wykorzystanie elementów mikro- i nanostrukturalnych w wybranych elektrochemicznych i fluorymetrycznych czujnikach jonowych

Celem niniejszej pracy było prześledzenie procesów transportu analitu w warstwach receptorowych w czujnikach potencjmoetrycznych i optycznych. Przeprowadzone badania dotyczyły czujników wykorzystujących membrany lub mikrosfery jonoselektywne przygotowane z polimerów akrylanowych, tj. polimerów charakteryzujących się typowo relatywnie niskimi wartościami współczynników dyfuzji rzędu 10-10 cm2∙s-1. Przegląd literaturowy rozprawy zawiera opis czujników elektrochemicznych i optycznych ze szczególnym uwzględnieniem parametrów analitycznych takich sensorów. W tej części pracy omówione również zostały procesy dyfuzji w warstwach receptowych czujników oraz metody wyznaczania współczynników dyfuzji w tych warstwach. Część eksperymentalną rozpoczyna opis technik pomiarowych stosowanych w pracy, a także opis aparatury pomiarowej, odczynników i sprzętu laboratoryjnego. W kolejnym rozdziale przedstawiono badania dotyczące czujników potencjometrycznych czułych na jony Cu2+ z membraną z poli(akrylanu n-butylu). Uzyskane wyniki wykazały, że w przypadku tego typu elektrod transport jonów w membranie poliakrylanowej jest praktycznie zahamowany, co prowadzi do załamania selektywności czujnika, pomimo nernstowskiej zależności potencjału od logarytmu stężenia jonów Cu2+. Efekt ten wynikał z różnicy w szybkości dyfuzji jonów głównych (Cu2+, w formie kompleksu z jonoforem) oraz jonów wprowadzanych do membrany z wymieniaczem jonowym (Na+). W następnym rozdziale opisano sposób wyeliminowania niekorzystnych zjawisk tj. ograniczenia w transporcie jonów w membranach poliakrylanowych, poprzez zastosowanie alternatywnych warstw receptorowych. Zaproponowano wykorzystanie jako warstw receptorowych nanocząstek złota modyfikowanych ditizonem. Otrzymano elektrody jonoselektywne czułe na jony Cu2+ charakteryzujące się nernstowskim nachyleniem krzywej kalibracyjnej i typowym dla tego typu sensorów zakresem odpowiedzi liniowych. Dodatkowo przygotowane czujniki charakteryzowały się współczynnikami selektywności znacznie korzystniejszymi niż w przypadku tradycyjnych elektrod z membranami z poli(chlorku winylu). W następnym rozdziale opisano wykorzystanie nanocząstek złota modyfikowanych ditizonem, jako warstwy przetwornikowej nadając klasycznym czujnikom z tradycyjnymi membranami ulepszone właściwości analityczne. Zastosowanie tego układu pozwoliło otrzymać bardziej korzystne, w porównaniu do innych czujników z tego typu membraną, wartości współczynników selektywności. Następny rozdział opisuje zastosowanie ditizonu immobilizowanego na powierzchni nanocząstek złota w roli jonoforu czułego na jony Ag+, wprowadzonych do membrany z poli(chlorku winylu). Dla tego typu elektrod, w przeciwieństwie do typowych membran z jonoforami, w przypadków jonów Ag+ nie obserwuje się odchylenia od nachylenia nernstowskiego szczególnie w wysokich stężeniach. Jest to prawdopodobnie związane z niższą stałą trwałości kompleksu ditizon-jony srebra w porównaniu do kompleksu jonofor-jony srebra. Ostatni rozdział dotyczy przygotowania mikrosfer poliakrylanowych czułych na jony Zn2+. W zaproponowanych sensorach optycznych reakcja rozpoznania była ograniczona do powierzchniowej warstwy mikrosfer, czego nie obserwowano wcześniej. Dla przygotowanego sensora uzyskano unikalną, liniową zależność intensywności emisji od logarytmu stężenia analitu obejmującą siedem rzędów wielkości zmian stężenia jonów Zn2+.