Praca doktorska
Wykorzystanie elementów mikro- i nanostrukturalnych w wybranych elektrochemicznych i fluorymetrycznych czujnikach jonowych
| dc.abstract.pl | 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+. |
| dc.abstract.pl | The aim of this work was to investigate a failure analyte transport within receptor layers in electrochemical and optical sensors. Experimental work were focused on sensors with ion- selective membranes or microspheres prepared from acrylate polymers i.e. polymers characterized with typically relatively low diffusion coefficient in the range of 10-10 cm2s-1. The literature review describes the electrochemical and optical sensors with particular emphasis on analytical parameters of such sensors. In this part of the Thesis diffusion processes in receptor layers of the sensors as well as methods of determination the diffusion coefficients in these layers were discussed. The experimental section starts from description of measurement techniques, instrumentation, reagents and equipment. The results of experiments presented in the next chapter describe potentiometric sensors with poly(n-butyl acrylate) membranes sensitive to Cu2+ ions. The obtained results indicated that, in the case of ion transport within the receptor phase is inhibited what affected selectivity of the sensor, despite of nernstian response. This effect resulted from difference of main ions diffusion (Cu2+ ions as a complex with ionophore) and Na+ ions (introduced to the membrane as a part of ion-exchanger). Next chapter describes elimination of unfavorable effects due to application of novel type of receptor layer. Dithizone modified gold nanoparticles were proposed as a receptor layer. The obtained ion-selective electrodes sensitive to Cu2+ ions were characterized with nernstian slope of calibration curve and detection limit typical for such kind of sensors. Additional benefits arise from excellent selectivity, much more favorable than for other electrodes with poly(vinyl chloride) membranes. The results of experiments presented in the next chapter describe application of dithizone modified gold nanoparticles as a transducer layer in traditional sensors with poly(vinyl chloride) membranes leading to significant improvement of analytical parameters. This approach yields in significant improvement of selectivity coefficient better than for classical sensors with this kind of membrane. The next chapter descibes dithizone immobilized on the gold nanoparticles as a Ag+ selective ionophore in poly(vinyl chloride) membranes. For these electrodes in contrast to classical membranes with ionophore the Donnan failure effect was not observed especially in the higher concentration of analyte. This effect is probably related to lower formation constant of dithizone-Ag+ ions than ionophore-Ag+ ions complex. Chapter 11 concerns polyacrylate microsphres senstive to Zn2+ ions. The proposed optical sensors the recognition reaction is limited to the surface layer of the sensor only, which was not observed earlier. For the proposed sensors a unique, linear dependence of emission intensity on logarithm of analyte concentration covering seven orders of magnitude of Zn2+ ions concentration was obtained. |
| dc.affiliation.department | Wydział Chemii |
| dc.contributor.author | Stelmach, Emilia |
| dc.date.accessioned | 2016-11-02T12:05:49Z |
| dc.date.available | 2016-11-02T12:05:49Z |
| dc.date.defence | 2016-11-21 |
| dc.date.issued | 2016-11-02 |
| dc.description.additional | Link archiwalny https://depotuw.ceon.pl/handle/item/1766 |
| dc.description.promoter | Michalska-Maksymiuk, Agata |
| dc.identifier.uri | https://repozytorium.uw.edu.pl//handle/item/1766 |
| dc.language.iso | pl |
| dc.rights | ClosedAccess |
| dc.subject.pl | poli(akrylan n-butylu) |
| dc.subject.pl | mikrosfery polimerowe |
| dc.subject.pl | współczynnik dyfuzji |
| dc.subject.pl | elektroda jonoselektywna |
| dc.title | Wykorzystanie elementów mikro- i nanostrukturalnych w wybranych elektrochemicznych i fluorymetrycznych czujnikach jonowych |
| dc.type | DoctoralThesis |
| dspace.entity.type | Publication |