Katedra Chemii Nieorganicznej i Analitycznej Uniwersytet Łódzki ul.tamka 12, Łódź

Transkrypt

1 Katedra Chemii Nieorganicznej i Analitycznej Uniwersytet Łódzki ul.tamka 12, Łódź Dr Paweł Krzyczmonik Łódź, marzec

2 Plan wykładu Spektroskopia UV-ViS Światłowody- podstawy teoretyczne Fala zanikająca Budowa sensorów Sensory jedno i dwuświatłowodowe układy pomiarowe Konfiguracje chemicznych sensorów optycznych Chromofory i fluorofory Jonowe sensory optyczne Gazowe sensory optyczne Metoda zol-żel preparowania warstw tlenkowych Modyfikowane chemiczne sensory optyczne

3 Spektroskopia UV-ViS Schemat układu do pomiarów absorbcji/fluorescencji 3

4 Światłowody- podstawy teoretyczne n 1 sin 1 n2 sin 2 Jeśli c zachodzi całkowite odbicie o c sin n c n 2 1

5 Światłowody- podstawy teoretyczne N m dna N m Stopień dyspersji modalnej NA sin 0 n 2 1 n n NA numeryczna apretura 1 - światłowód wielomodalny 2 światłowód jednomodalny

6 Fala zanikająca Sensory z wykorzystaniem fali zanikającej 6

7 Budowa sensorów Chemiczny sensor optyczny, inaczej optroda 7

8 Sensory jedno i dwuświatłowodowe układy pomiarowe

9 Konfiguracje chemicznych sensorów optycznych 9

10 Chromofory i fluorofory Chromofor atom, jon, cząsteczka, grupa funkcyjna lub inne indywiduum chemiczne, w obrębie, którego zachodzą przejścia elektronowe odpowiadające za adsorpcję promieniowania UV-ViS o określonej długości fali. Fluorofor -jest częścią cząsteczki, odpowiedzialną za jej fluorescencję. Najczęściej jest to grupa funkcyjna, zdolna do absorpcji energii o określonej długości fali, a później do wyemitowania innej długości fali (ściśle określonej). 10

11 Jonowe sensory optyczne Optroda do pomiaru ph optyczny sensor ph Rurka z celulozy Czerwień fenolowa immobilizowana na kulkach poliakryloamidowych Optyczny sensor jonów potasowych Czerwień fenolowa Rodamina B 11

12 Jonowe sensory optyczne Sensor ph Sensor pco 2 Sensor po 2 Sensor ph HPTS związany kowalencyjnie z matrycą celulozową pco 2 HPTS w buforze węglanowym zamknięte w silikonie po 2 fluorofor tlenu (wygaszanie luminescencji) HPTS sól trójsodowa kwasu 8- Hydroksypireno-1,3,6-trisulfonowego 12

13 Gazowe sensory optyczne Gazowy sensor CO 2 membrana HPTS Roztwór wodorowęglanu Czerwień fenolowa 13

14 Metoda zol-żel preparowania warstw tlenkowych Metoda zol-żel Metoda zol-żel (sol-gel) polega na powolnym odwadnianiu przygotowanego wcześniej zolu wodorotlenku danego materiału, prowadząc do zamiany zolu w żel. W metodzie tej wykorzystywana jest reakcja hydrolizy alkoholanów: M(OR) n +nh 2 O M(OH) n +nroh gdzie: M-atom metalu o wartości n, R-grupa alkilowa 14

15 Metody nanoszenia warstw zol-żel Dip coating Spin coating 15

16 Modyfikowane chemiczne sensory optyczne Metody unieruchamiania molekuł chemosensorów w matrycach krzemionkowych: impregnacja - która prowadzi do adsorpcji molekuł w porowatej krzemionce domieszkowanie - czyli unieruchomienie chemosensora w żelującym zolu krzemionkowym podczas syntezy matryc. kowalencyjne kotwiczenie - polega na utworzeniu wiązania kowalencyjnego między molekułą chemosensora a powierzchnią krzemionkowego nośnika. Najlepszej jakości fazy rozpoznawcze powstają po zastosowaniu metody kowalencyjnego kotwiczenia, ponieważ kowalencyjne związanie chemosensora z krzemionką znacznie zwiększa trwałość układu, eliminując wypłukiwanie molekuł chemosensora w trakcie analizy w środowisku wodnym. 16

17 Modyfikowane chemiczne sensory optyczne Podział chemosensorów ze względu na oddziaływania z analitem. 1. chemosensory, których fluorescencja ulega gaszeniu dynamicznemu w wyniku związania się z analitem (np. O2, Cl-); 2. chemosensory odwracalnie wiążące się z analitem (np. H+, jonami metali), w tym przypadku fluorescencja może być zarówno gaszona jak i wzmocniona; 3. chemosensory złożone z fluorofora i receptora połączonych za pomocą łącznika albo bezpośrednio; zmiany właściwości grupy fluoroforowej (gaszenie lub wzmacnianie fluorescencji) po skompleksowaniu analitu przez receptor, następują w wyniku fotoindukowanych procesów (np. przeniesienia elektronu). 17

18 Modyfikowane chemiczne sensory optyczne Sensor czuły na jony Cu 2+ Dodatek Cu 2+, powoduje przesunięcie maksimum pasma emisji z 590 do 555 nm, a także znaczne zwiększenie jego intensywności. 18

19 Literatura 1. Z. Brzózka, W. Wróblewski, Sensory chemiczne, Oficyna Wydawnicza Politechniki Warszawskiej,W-wa Pr. zbiorowa pod red Z.Brzózki Miniaruryzacjia w analityce, Oficyna Wydawnicza Politechniki Warszawskiej, W-wa J. Janata, Principles of Chemical Sensors, Springer, wyd. 2, P. Gründler, Chemical Sensors, An Introduction for Scientists and Engineers, Springer, P. N. Bartlett (ed.), Bioelectrochemietry, fundamentals, experimental techniques and applications, Willey & Sons, W. Szczepaniak, Metody Instrumentalne w analizie chemicznej, PWN, W-wa A.J.Bard, G.Inzelt, F.Scholz, Electrochemical Dictionary Springer, Maja Orłowska, Praca doktorska, Uniwersytet Gdański, Wydział Chemii, Gdańsk

20 Dziękuje za uwagę 20