tytuł: | Nowe czujniki elektrochemiczne na bazie zolu tytanowego do celów analizy środowiskowej, farmaceutycznej i żywności |
wariant tytułu: |
New electrochemical sensors based on titanium dioxide sol for the purpose of environmental, pharmaceutical and food analyses |
autor: | Pollap Aleksandra |
recenzent: | Koronkiewicz Stanisława, Staneczko-Baranowska Irena |
promotor: | Kochana Jolanta |
instytucja sprawcza: | Uniwersytet Jagielloński. Wydział Chemii. Zakład Chemii Analitycznej |
miejsce powstania: |
Kraków |
data obrony : | 2020-02-25 |
strony: | 165 |
sygnatura : |
Dokt. 2020/026 |
uwagi: | Dostęp do publikacji jest możliwy w Archiwum UJ |
język: | polski |
abstrakt w j. polskim: | Czujniki (sensory) chemiczne stanowią niezwykle atrakcyjne narzędzie analityczne. Ich zastosowanie umożliwia przeprowadzanie oznaczeń z dużą czułością, dokładnością, precyzją i selektywnością. Ponadto ich wykorzystanie może wiązać się z miniaturyzacją układu, ograniczeniem zużycia odczynników, a także czasu i kosztu przeprowadzanych badań. Z tego względu sensory chemiczne znalazły zastosowanie w różnego typu analizach obejmujących m.in. badania kliniczne, jak również badania z zakresu ochrony środowiska, biochemii czy farmacji. Do najbardziej popularnej grupy sensorów należą czujniki elektrochemiczne. W ramach niniejszej rozprawy doktorskiej przedstawiono opracowane sensory elektrochemiczne bazujące na zolu tlenku tytanu(IV), które zastosowano do celów analizy środowiskowej, farmaceutycznej, jak i analizy żywności. W pierwszej części pracy przedstawiono zasadę działania czujników chemicznych, ich rodzaje i parametry charakterystyczne. Ponadto omówiono znaczenie modyfikacji powierzchni elektrod podczas konstrukcji czujników, opisując sposoby immobilizacji elementów biologicznych, jak również charakteryzując wykorzystywane w tym celu materiały zolowo-żelowe. Nakreślono także rolę popularnych receptorów biologicznych i komponentów wzbogacających skład kompozytów matrycowych takich jak materiały węglowe, nanocząstki metali i ich związków, polimery przewodzące oraz innego typu materiały (jak np. związki typu MOF). Drugą część rozprawy poświęcono opracowaniu nowych czujników elektrochemicznych wykorzystujących zol tlenku tytanu(IV). Pierwszy z sensorów, bazujący na enzymie - tyrozynazie unieruchomionej w matrycy zolu TiO2, wzbogaconej w węgiel mezoporowaty CMK-3, polikationit - PDDA i polimer przewodzący - Nafion®, skonstruowano w celu oznaczania tyraminy. Związek ten należący do amin biogennych popularnie występuje w sfermentowanych produktach spożywczych i napojach. Spożywanie produktów o dużej zawartości tyraminy może powodować m.in. bóle głowy i zwiększenie ciśnienia tętniczego krwi. Kolejny opracowany czujnik bazujący na kompozycie składającym się z zolu TiO2 modyfikowanym węglem mezoporowatym CMK-3, nanocząstkami złota i Nafionem® opracowano w celu oznaczania antybiotyku - amoksycyliny. Ponadto czujnik ten wykorzystano do jednoczesnego oznaczania innego antybiotyku - cyprofloksacyny i popularnego środka przeciwbólowego - paracetamolu. Pozostałości wymienionych preparatów farmaceutycznych mogą znajdować się w środowisku, powodując zaburzenia pracy ekosystemów jak również stanowić zagrożenie dla organizmów mających z nimi kontakt. Ostatnim opracowanym w ramach niniejszej pracy czujnikiem był sensor bazujący na zolu TiO2 wzbogaconym o zredukowany tlenek grafenu i Nafion®. Skonstruowano go w celu oznaczania tryptofanu - aminokwasu będącego prekursorem substancji odpowiadających za dobre samopoczucie, sen i zdrowie psychiczne. Pomiary prowadzono techniką woltamperometrii cyklicznej. Dla każdego ze skonstruowanych sensorów dobrano odpowiednie warunki pomiarowe, uwzględniając m.in. rodzaj zastosowanego elektrolitu podstawowego. Zbadano także elektrochemiczną odpowiedź wymienionych sensorów względem danych analitów oraz określono ich parametry analityczne, takie jak zakres liniowości, czułość, granica wykrywalności, dokładność, precyzja, powtarzalność, odtwarzalność, selektywność i stabilność długoterminowa. Dodatkowo, w przypadku czujnika do oznaczania amoksycyliny sprawdzono możliwość wykorzystania sensora w zestawieniu z układem przepływowym, stosując procedurę jednosegmentowej wstrzykowej analizy sekwencyjnej. Możliwości aplikacyjne sensorów na bazie zolu TiO2 zweryfikowano podczas oznaczeń tyraminy, amoksycyliny, cyprofloksacyny i paracetamolu, a także tryptofanu w próbkach rzeczywistych z wykorzystaniem metody dodatku wzorca. |
abstrakt w j. angielskim: | Chemical sensors constitute an extremely interesting analytical tool. Their application makes it possible to carry out determinations with high sensitivity, accuracy, precision and selectivity. In addition, their application is associated with system miniaturization, reduction of reagent consumption, as well as with the cutback in the time and costs of the analyses. For these reasons, chemical sensors are used in various types of analyses, including clinical research as well as research in the field of environmental protection, biochemistry or pharmacy. Electrochemical sensors belong to the most popular group of sensors. The presented doctoral dissertation pertains to sensors developed based on the titanium dioxide sol used for the purposes of environmental, pharmaceutical and food analyses. The first part of the work presents the operation principle of chemical sensors, their types and characteristic parameters. In addition, the importance of electrode surface modification during sensor construction was discussed, describing ways of biological elements immobilization, as well as characterizing the sol-gel materials used for this purpose. The role of popular biological receptors and components enriching the matrix composites such as carbon materials, metal nanoparticles and their compounds, conductive polymers and other types of materials (such as MOF-type compounds) was also outlined. The second part of the dissertation is devoted to the research on the development, characterization and application of new electrochemical sensors based on TiO2 sol. The first sensor, based on tyrosinase (enzyme) immobilized in the matrix of a TiO2 sol, enriched with CMK-3-type mesoporous carbon, PDDA (polycationite) and Nafion® (conductive polymer) was constructed for tyramine determination. This compound, which belongs to biogenic amines, commonly occurs in fermented foods and drinks. Consumption of products with a high tyramine content can cause among others headaches and increased blood pressure. Another sensor based on a composite consisting of a TiO2 sol modified with CMK-3-type mesoporous carbon, gold nanoparticles and Nafion® was developed for the determination of the antibiotic amoxicillin. Sensor based on the same composite was used for simultaneous determination of another antibiotic (ciprofloxacin) and a popular painkiller (paracetamol). The residues of aforementioned pharmaceuticals may be found in the environment, causing ecosystem disorders, as well as pose a threat to organisms getting in contact with them. The last developed sensor was a sensor based on the TiO2 sol enriched with reduced graphene oxide and Nafion®. It was constructed to determine tryptophan - an amino acid being a precursor for substances responsible for well-being, sleep and mental health. The measurements were carried out using the cyclic voltammetry technique. For each sensor measurement conditions were optimized and analytical parameters such as linear range, sensitivity, detection limit, accuracy, precision, repeatability, reproducibility, selectivity and long-term stability were determined. Additionally, in the case of the sensor for amoxicillin determination, the possibility of its application in combination with the flow system was tested in accordance with the procedure of the one-segment injection sequence analysis. The possibilities of application of the developed sensors based on the TiO2 sol were verified in real samples using the standard addition method. |
słowa kluczowe w j. polskim: | czujnik elektrochemiczny, zol tytanowy, analiza środowiskowa, analiza farmaceutyczna, analiza żywności |
słowa kluczowe w j. angielskim: | electrochemical sensor, titanium dioxide sol, environmental analysis, pharmaceutical analysis, food analysis |
wydział: instytut / zakład / katedra: | Wydział Chemii : Zakład Chemii Analitycznej |
typ: | rozprawa doktorska |