Praca doktorska
Ładowanie...
Licencja
Dostęp zamkniętyWykorzystanie nanostrukturalnych materiałów węglowych w czujnikach potencjometrycznych
| dc.abstract.en | The aim of this work was to investigate the possibility of application of carbon nanomaterials (carbon nanotubes (MWCNTs) or reduced graphene oxide (RGO)) for the construction of potentiometric sensors. The review of literature includes general information about ion-selective electrodes: response mechanism, a description of analytical parameters and a brief description of the methods used to characterize potentiometric sensors. The main part of literature review is a description of construction of ion selective-electrodes, especially using carbon nanomaterials as construction layer. In this part of the Thesis potentiometric sensors with modified nanostructural materials as receptor layer were described. At the end of the literature review preparation of ion-selective electrodes without internal solution with high reproducibility of standard potential (in one part of nominally same sensors) were described. The experimental section starts from description of measurements technique, instrumentation, reagents and equipment. The results of experiments were divided into two parts. The first part relates to the preparation of ion-selective electrodes using glassy carbon substrate. The chapter 11 describes application of reduced graphene oxide in potentiometric sensors. RGO was functionalized with 1-(2-pirydylazo)-2-naphtol - complexing ligand, by π-π interaction. Thus the potentiometric sensors for zinc ions were obtained. Reduced graphene oxide was also used as a solid contact in potassium selective electrodes. Its presence resulted in a low detection limit and high stability of potential reading in long time. The next chapter describes the effect of surfactants used to stabilize suspensions of carbon nanotubes on the analytical parameters of ion- selective electrodes based on MWCNTs. The study has shown that the best sensor performance was obtained for layers containing carboxymethylcellulose (CMC) used to stabilize carbon nanotubes suspension. To my best knowledge CMC have never been used to stabilize MWCNTs in the case of potentiometric sensors but it was successfully used in electronics (e. g. filed effect transistors). The last chapter of first part of the Thesis describes potentiometric sensors with porphyrin Co(II) and corrole Co(III), added to a carbon nanotubes layer used as a solid contact. It has been shown that the addition of these compounds to the transducer layer results in improvement of the analytical parameters (lower detection limit) of obtained solid contact ion-selective electrodes. The second part of experimental section concerns preparation of disposable potentiometric sensors. Chapter 14 describes paper based ion-selective electrodes with cobalt porphirinoids described in the previous section. The use 7 of the optimized quantity of cobalt porphirinoids together with MWCNTs contributed to a high reproducibility of standard potential for a series of sensors. This is probably due to interaction of porphyrin with oxygen, which has also been previously described in the literature for other systems. The next chapter describes application of carbon nanotubes and reduced graphene oxide to obtain electrodes on a non-conductive substrate. Using poly(vinyl chloride) instead of the surfactant to stabilize the dispersion of carbon nanomaterials contributed to the development of analytical parameters of sensors which were more favorable compared to those obtained for other disposable sensors with carbon materials described in literature. In the last chapter potentiometric sensors obtained in a fully automatized process were presented. To my best knowledge this is the first time when each parts of sensor (electrode support, transducer (carbon nanotubes), membrane and insulating layer) were obtained using spray-coating method. It has been shown that thus obtained electrodes were characterized by analytical parameters comparable / better than those described in the literature for disposable potentiometric sensors using the carbon nanotubes. The results presented in the Thesis were described in Analyst, Talanta and Electroanlysis. |
| dc.abstract.pl | Celem przeprowadzonych badań było sprawdzenie możliwości wykorzystania nanomateriałów węglowych (nanorurek węglowych (MWCNTs) i zredukowanego tlenku grafenu (RGO)) jako materiału konstrukcyjnego w czujnikach potencjometrycznych. W części literaturowej przedstawiono ogólne informacje dotyczące elektrod jonoselektywnych: mechanizm działania, opis parametrów analitycznych i użytkowych, a także krótki opis metod instrumentalnych wykorzystywanych do charakterystyki sensorów potencjometrycznych. Główną część przeglądu literaturowego stanowi opis konstrukcji elektrod jonoselektywnych, ze szczególnym naciskiem na sensory zawierające w swojej budowie nanomateriały węglowe. W tej części opisano również czujniki potencjometryczne, w których warstwę receptorową stanowią modyfikowane materiały nanostrukturalne. Część literaturową zamyka opis otrzymywania elektrod jonoselektywnych bez roztworu wewnętrznego o wysokiej powtarzalności potencjału standardowego pomiędzy poszczególnymi elektrodami. W pracy opisano krótko wykorzystanie technik badawczych stosowanych w pracy. Opis badań własnych rozpoczyna rozdział poświęcony otrzymaniu elektrod jonoselektywnych na podłożu elektrod z węgla szklistego. W rozdziale 11 opisano wykorzystanie zredukowanego tlenku grafenu jako warstwy receptorowej w czujnikach potencjometrycznych. Właściwości RGO pozwoliły na modyfikację ligandem (1-(2-pirydylazo)-2-naftolem), a w konsekwencji oznaczanie jonów cynku. Zredukowany tlenek grafenu wykorzystano również jako stały kontakt w elektrodach czułych na jony potasowe. Otrzymane sensory charakteryzowały się niską granicą wykrywalności i wysoką stabilnością potencjału czujników. W kolejnym rozdziale opisano wpływ związków powierzchniowo czynnych stosowanych do stabilizacji zawiesin nanorurek węglowych na parametry analityczne czujników zawierających ten materiał jako stały kontakt. Przeprowadzone badania wskazały, że najlepsze parametry analityczne uzyskano dla warstw otrzymanych z zawiesiny stabilizowanej karboksymetylocelulozą. Pokreślić należy, że tego związku, z powodzeniem wykorzystywanego do otrzymywania warstwy nanorurek węglowych stosowanych w elektronice, do tej pory nie stosowano do stabilizacji zawiesin MWCNTs w potencjometrii. Część eksperymentalną poświęconą klasycznym elektrodom na podłożu z węgla szklistego zamyka rozdział dotyczący dodatku porfiryny Co(II) i koroli Co(III) (nie będących parą redoks) do warstwy nanorurek węglowych stanowiących warstwę 5 stałego kontaktu. Wykazano, że dodatek tych związków do fazy przetwornikowej, a w konsekwencji ich samorzutne przemieszczenie się do membrany, prowadzi do polepszenia parametrów analitycznych, w tym do uzyskania niskiej granicy wykrywalności. Drugą część badań, dotycząca jednorazowych czujników potencjometrycznych, rozpoczyna opis otrzymywania i badania papierowych elektrod jonoselektywnych wykorzystujących porfirynę Co(II) i korolę Co(III) w warstwie przetwornikowej. Użycie zoptymalizowanej ilości odpowiednich związków kobaltu na II i III stopniu utlenienia wraz z dodatkiem MWCNTs pozwoliło otrzymać jednorazowe elektrody jonoselektywne o wysokiej powtarzalności potencjału standardowego w danej serii elektrod, prawdopodobnie związanej z oddziaływaniem porfiryny Co(II) z tlenem. Następny rozdział dotyczy zastosowania nanorurek węglowych oraz stanowi opis zastosowania zredukowanego tlenku grafenu jako warstwy przetwornikowej i wyprowadzenia elektrycznego w czujnikach jednorazowych otrzymanych na nieprzewodzącym podłożu. Zastąpienie surfaktantów poli(chlorkiem winylu) jako dodatkiem do zawiesiny nanomateriałów węglowych przyczyniło się do uzyskania elektrod jonoselektywnych o parametrach bardziej korzystnych niż te otrzymywane dla innych jednorazowych czujników wykorzystujących materiały węglowe opisanych w literaturze. W ostatnim rozdziale pracy opisano sensory potencjometryczne otrzymane w pełni zautomatyzowanym procesie, w których wszystkie elementy czujnika (wyprowadzenie elektryczne i warstwa przetwornikowa, którą stanowiły nanorurki węglowe, membrana jonoselektywna oraz warstwa izolacyjna z poli(chlorku winylu) zostały otrzymane metodą napylania (spray-coating)). Wykazano, że otrzymane elektrody charakteryzowały się parametrami analitycznymi porównywalnymi/lepszymi niż opisane w literaturze jednorazowe sensory potencjometryczne wykorzystujące nanorurki węglowe. Wyniki opisane w pracy w pracy zostały opisane w czasopismach Analyst, Talanta oraz Electroanalysis. |
| dc.affiliation.department | Wydział Chemii |
| dc.contributor.author | Jaworska, Ewa |
| dc.date.accessioned | 2017-01-16T13:18:02Z |
| dc.date.available | 2017-01-16T13:18:02Z |
| dc.date.defence | 2017-02-07 |
| dc.date.issued | 2017-01-16 |
| dc.description.additional | Link archiwalny https://depotuw.ceon.pl/handle/item/1890 |
| dc.description.promoter | Michalska-Maksymiuk, Agata |
| dc.identifier.uri | https://repozytorium.uw.edu.pl//handle/item/1890 |
| dc.language.iso | pl |
| dc.rights | ClosedAccess |
| dc.subject.en | nanomaterials |
| dc.subject.en | carbon nanotubes |
| dc.subject.en | ion selective electrodes |
| dc.subject.en | reduced graphene oxide |
| dc.subject.en | potentiometry |
| dc.subject.pl | elektrody jonoselektywne |
| dc.subject.pl | nanorurki węglowe |
| dc.subject.pl | zredukowany tlenek grafenu |
| dc.subject.pl | potencjometria |
| dc.subject.pl | nanomateriały |
| dc.title | Wykorzystanie nanostrukturalnych materiałów węglowych w czujnikach potencjometrycznych |
| dc.type | DoctoralThesis |
| dspace.entity.type | Publication |