n nn NA - Wydział Chemii UŁ

Katedra Chemii Nieorganicznej i Analitycznej
Uniwersytet Łódzki
ul.Tamka 12, 91-403 Łódź
Dr Paweł Krzyczmonik
Łódź, marzec 2015
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
n1 sin 1  n2 sin  2
Jeśli 1> c zachodzi całkowite odbicie
 2  90o
1   c
sin  c 
n2
n1
Rdzeń – krzemionka n1=1.6
Płaszcz – izolator opt. n2=1.5
Światłowody- podstawy teoretyczne
 dNA 
N m  0.5




2
Nm – Stopień dyspersji modalnej
NA  sin  0 
n
 n22
n0
2
1

NA – numeryczna apretura
Numeryczna apretura
definiuje stożek akceptacji
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 pCO2
Sensor pO2
Sensor pH – HPTS związany
kowalencyjnie z matrycą celulozową
pCO2 – HPTS w buforze węglanowym
zamknięte w silikonie
pO2 – fluorofor tlenu (wygaszanie
luminescencji)
HPTS – sól trójsodowa kwasu 8Hydroksypireno-1,3,6-trisulfonowego
12
Gazowe sensory optyczne
Gazowy sensor CO2
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 + nH2O → 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
krzemionkowych:
molekuł
chemosensorów
w
matrycach
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 Cu2+
Dodatek Cu2+, 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