Диссертация (1150129), страница 8
Текст из файла (страница 8)
В результате, присканировании по частоте в широком диапазоне можно получить так называемыйспектр импеданса объекта.Графическое изображение импеданса может быть различным, его частопредставляют в виде графов Никвиста: вектор импеданса изображают вкомплексной плоскости таким образом, что на ось действительных чиселпроецируют его реальную составляющую, а на ось мнимых чисел – мнимуюсоставляющую, взятую с обратным знаком.Видспектраимпедансапозволяетопределитьвидипараметрыэлектрического контура, которым можно описать реальную электрохимическуюсистему.
Разумеется, идеальные электрические элементы контура – это толькоприблизительные образы, с помощью которых описывается реальная система. Вчастности, омическое сопротивление объема мембраны и сопротивление переносазаряда через межфазную границу описываются резисторами, а емкость двойногоэлектрического слоя и геометрическая емкость мембраны – конденсаторами.Контур, состоящий из резистора и конденсатора, включенных параллельно,дает полуокружность в комплексной плоскости (Рис. 17). На низких частотахемкости уже практически не проводят ток, а в спектрах импеданса появляется46прямая линия, проходящая под углом 450 к осям.
Эту часть спектра называютимпедансом Варбурга, она обусловлена диффузионной поляризацией. Дело в том,что при низких частотах концентрации ионов – носителей заряда успеваютизмениться за время, соответствующее полупериоду поляризующего сигнала, ивозникает диффузионная поляризация, для которой характерно численноеравенство действительной и мнимой компонент, чем и вызвана величина угла: 450R1ZZwR2-Z imagineryк обеим осям.C1Z realРис.
17. Слева: эквивалентная схема, отвечающая спектру импеданса с однойполуокружностью и ветвью диффузионного импеданса Варбурга. R1 - сопротивлениепереноса заряда, C1 – емкость двойного электрического слоя, R2 - сопротивление раствора,Z - диффузионный импеданс Варбурга. Справа – типичный вид спектра импеданса длятакой эквивалентной схемы.I.5. Цель и задачи работыАнализ литературных данных о сенсорах дофамина, наряду с рассмотрениемпринципов действия и возможностей различных электрохимических методовпозволили нам сформулировать следующую цель работы:на основе сопоставления достоинств и недостатков электрохимическихсенсоров дофамина с различными принципами действия выявить наиболееперспективный подход к созданию сенсора, пригодного для анализа на дофамин впробах объемом до 1 мл, при физиологических концентрациях целевого аналита исопутствующих ему веществ.47Для достижения этой цели необходимо было решение следующих задач:1.Исследованиевозможностипотенциометрическогоопределениядофамина с помощью ионоселективных электродов на основе ионофоров:использование способности дофамина к протонированию и участию в процессахионного обмена между фазами исследуемого образца и сенсора.2.Создание хемирезистора с массивом (сетью) золотых нанопроволок иисследованиевозможностейрезистометрическогоопределениядофамина:использование способности дофамина к адсорбции на поверхности золота.3.Исследование возможностей определения дофамина с помощьювольтамперометрическихячеекспланарнымизолотымииграфитовымиэлектродами известных и новых конструкций: использование способностидофамина к участию в окислительно-восстановительных процессах на электродах.4.Сопоставление полученных результатов, выявление наилучшего наданный момент подхода к созданию сенсора дофамина и возможных перспектив.48ГЛАВА II.
МЕТОДИКА ЭКСПЕРИМЕНТАII.1. Реактивы и материалыДля приготовления мембранных композиций потенциометрических сенсоровиспользовали ионообменник тетра-пара-хлорфенилборат калия и нейтральныеионофоры дициклогексил-18-краун-6, валиномицин и нонактин. Пластификатороммембран был сравнительно полярный растворитель ортонитрофенилоктиловыйэфир. Все эти компоненты были производства компании Fluka (Швейцария),чистоты Selectophore grade. Для приготовленияиспользуемыхвкачествеэлектродовсравнения,мембранных композиций,использовалидватипалипофильных электролитов: тетрабутиламмония тетрабутилборат (TBATBB) итетрадодециламмония тетракис(4-хлорфенил)борат (ETH500) (Sigma Aldrich,США), тетрагидрофуран и циклогексанон использовали в качестве растворителей(Вектон, Россия).Структуры этих агентов приведены на Рис.
18.ВалиномицинНонактинТетрахлорфенилбораткалия (KClТФБ)Дициклогексил-18-краун-Ортонитрофенилоктиловый6(ДЦГ-18-6)эфир (оНФОЕ)49Cl_ClB+ClNClTBATBBETH500Рис. 18. Структуры ионофоров, ионообменника, пластификатора и липофильныхэлектролитов.Дляприготовленияэлектронопроводящегокомпозитаприменялиполивинилхлорид (ПВХ) марки С-70 (Охтален) и технический углерод (сажу)марки Р 3679.Для синтеза золотых нанопроволок использовали HAuCl4 3H2O (99.9%),толуол, гексан, ацетон, олеиламин (ОА) (70%), аскорбиновую кислоту (АА),абсолютный спирт, изопропанол.Дляизготовлениямикрофлюидныхканаловиспользовалидихлорметилсилоксан и отвердитель (Sylgard 184, Dow Corning).Дляизготовлениячиповв«чистойкомнате»использовалиполиметилметакрилат-метакрилат 33% (ПММА-МА 33%), ПММА 50К, ПММА600К, проявитель ПММА AR 600-55 K компании ALLRESIST GmbH, Germany.Для электрохимических измерений - NaF, NaCl, NaBr, NaI, K3[Fe(CN)6],K4[Fe(CN)6], фосфатный буфер (PB), пиридин, дофамин (ДА).
Все эти веществабыли производства компании Sigma-Aldrich, чистоты analytical grade.Для очистки поверхности амперометрических электродов использовали0.1 М серную кислоту H2SO4, гексан С6Н14 «Реахим» х.ч., этиловый спирт C2H5OH,оксиэтилидендифосфофоновую кислоту C2H8O7P2 (ОЭДФК), предоставленнуюО.М. Осмоловской.Клеем для фиксации полимерных цилиндров на плоских печатныхэлектродах служил 13 % раствор ПВХ в циклогексаноне (ЦГ), Вектон.50II.2. ОборудованиеПри выполнении экспериментальной работы было использовано следующееоборудование.Все навески взвешивали на лабораторных весах ВЛ-210.
Приготовленныйдля изготовления электродов электронопроводящий композит, а также мембранныекоктейли доводили до однородной консистенции с помощью ультразвуковой бани– соникатор Elmasonic, «ELMA-Hans Schmidbauer Gmb», Германия и роллермиксер «MOVIL-ROD», Испания.Все водные растворы были приготовлены на основе деионизованной воды ссопротивлением 18.2 MΩ, «Milli-Q Reference Water Purification System», Франция.При приготовлении жидких композиций (мембран и калибровочных растворов)аликвоты отбирали при помощи механических дозаторов (Ленпипет, Россия),(объем дозирования 0.5-5 мкл, 2-20 мкл, 20-200 мкл, 200-1000 мкл, 1-5 мл, 1-10 мл).Все измерения проводились при комнатной температуре 18-22 °С.Значения pH растворов измеряли с помощью стеклянного электрода,насыщенного хлорсеребряного электрода сравнения («Измеритель», Беларусь). Всеизмерения э.д.с.
проводили в гальванических ячейках с жидкостным соединением,электродомсравненияслужилнасыщенныйхлорсеребряныйэлектрод.Потенциометрический сигнал регистрировали с помощью многоканальногокомпьютеризованногорН-метра–иономера«Экотест-120»(Россия)илианалогового иономера И-120, служившего усилителем сигнала, и дополненноговольтметром В-3-34 для его цифровой регистрации.Чипы для резистометрических измерений (Рис. 19) были изготовлены в такназываемой«чистойкомнате»,вИсследовательскомцентреЮлих(Forschungscentrum Julich) в Германии.
Чистая комната - это сложное техническоесооружение, в котором регулируется концентрация взвешенных в воздухе частицпыли,микроорганизмов,аэрозольныхчастицит.д.,иподдерживаетсяспецифический микроклимат, регулируется влажность, давление и температура.Для определения уровня чистоты в таких помещениях используют понятие "классачистоты", определяемого по количеству частиц в единице объема воздуха.51Рис. 19. Общий вид чипа, изготовленного в работе для резистометрическихизмерений.Резистометрические измерения были выполнены с помощью анализатораэлектрических свойств полупроводниковых материалов Keithly 4200 SCS.
УФвидимые спектры были записаны с помощью спектрометра Lambda 900,PerkinElmer. Толщина слоев резистов была измерена с помощью эллипсометраSentech SE800. Подготовка поверхности микрофлюидных каналов была выполненас помощью плазменной кислородной печи, Diener electronic GmbH. Изображениязолотых нанопроволок были получены с помощью сканирующего электронногомикроскопа Zeiss Gemini 1550 и атомно-силового микроскопа.Вольтамперометрические«макро»сенсорыформировали,пользуясьпечатными планарными золотыми электродами (Gwent Electronic Materials Ltd.Великобритания),предоставленнымидокторомЮханомБубакой(Abo Akademi University, Турку, Финляндия). На керамической пластине размером4040 мм методом фотолитографии были сформированы круглые контактныеплощадки из золота диаметром 4 мм с подводящими дорожками. Поверхностьпластины(исключаяконтактныеплощадки)былапокрытаполимернойэлектроизоляционной пленкой (см.
Рис. 20).52Рис. 20. Печатные планарные «макро» электроды. Слева: общий вид пластинки с 6ю электродами. Справа: увеличенное изображение золотого «макро» электрода.Чипы с массивами платиновых «микро» электродов производства BiomedicalMicrosensors Laboratory North Carolina State University были предоставленыпрофессором Эрно Линднером (University of Memphis, Мемфис, США) (см. Рис.21).Диэлектрик100 мкмØ10 мкмPtКремнийПолиимидРис. 21. Сверху: чип с двумя массивами точечных «микро» электродов, массивомполосных электродов и 3-х сегментным «макро» электродом. Снизу: схема массиваточечных «микро» электродов.Графитовые планарные печатные электроды,представляющие собойтрехэлектродную систему BE2150327D2/001 с графитом в качестве рабочего ивспомогательного электродов, с Ag/AgCl в соотношении 60/40 в качестве53электрода сравнения (см.
Рис. 22), были производства компании Gwent GroupAdvancedMaterialSystems,Великобритания,любезнопредоставленныепредставителями компании.Рис. 22. Печатные планарные графитовые электроды.Для удобства подключения к прибору, к контактным панелям чиповподсоединяли тонкие провода, облуженные припоем ПОС-61 с канифолью,фиксировали их на контактных панелях чипов электропроводящим клеемКонтактол, Keller, Россия, или композитом сажа + ПВХ.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
