Katedra Chemii Nieorganicznej i Analitycznej Uniwersytet Łódzki ul.tamka 12, 91-403 Łódź Dr Paweł Krzyczmonik Łódź, marzec 2014 1
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
Spektroskopia UV-ViS Schemat układu do pomiarów absorbcji/fluorescencji 3
Światłowody- podstawy teoretyczne n 1 sin 1 n2 sin 2 Jeśli c zachodzi całkowite odbicie o 2 90 1 c sin n c n 2 1
Światłowody- podstawy teoretyczne N m dna 0.5 2 N m Stopień dyspersji modalnej NA sin 0 n 2 1 n n 0 2 2 NA numeryczna apretura 1 - światłowód wielomodalny 2 światłowód jednomodalny
Fala zanikająca Sensory z wykorzystaniem fali zanikającej 6
Budowa sensorów Chemiczny sensor optyczny, inaczej optroda 7
Sensory jedno i dwuświatłowodowe układy pomiarowe
Konfiguracje chemicznych sensorów optycznych 9
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
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
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
Gazowe sensory optyczne Gazowy sensor CO 2 membrana HPTS Roztwór wodorowęglanu Czerwień fenolowa 13
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
Metody nanoszenia warstw zol-żel Dip coating Spin coating 15
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
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
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
Literatura 1. Z. Brzózka, W. Wróblewski, Sensory chemiczne, Oficyna Wydawnicza Politechniki Warszawskiej,W-wa 1999. 2. Pr. zbiorowa pod red Z.Brzózki Miniaruryzacjia w analityce, Oficyna Wydawnicza Politechniki Warszawskiej, W-wa 2005 2. J. Janata, Principles of Chemical Sensors, Springer, wyd. 2, 2009 3. P. Gründler, Chemical Sensors, An Introduction for Scientists and Engineers, Springer, 2007 4. P. N. Bartlett (ed.), Bioelectrochemietry, fundamentals, experimental techniques and applications, Willey & Sons, 2008. 5. W. Szczepaniak, Metody Instrumentalne w analizie chemicznej, PWN, W-wa 2010. 6. A.J.Bard, G.Inzelt, F.Scholz, Electrochemical Dictionary Springer,2008 7. Maja Orłowska, Praca doktorska, Uniwersytet Gdański, Wydział Chemii, Gdańsk 2010 19
Dziękuje za uwagę 20