Luận văn Thạc sĩ Hoá học: Nghiên cứu, chế tạo điện cực CuS/ITO bằng phương pháp điện hóa ứng dụng trong cảm biến điện hóa glucose và bước đầu xác định hàm lượng glucose trong huyết thanh

- NGHIÊN CỨU, CHẾ TẠO ĐIỆN CỰC CuS/ITO BẰNG PHƯƠNG PHÁP ĐIỆN HÓA ỨNG DỤNG TRONG CẢM BIẾN.
- Tôi xin cam đoan: Đề tài: “Nghiên cứu, chế tạo điện cực CuS/ITO bằng phương pháp điện hóa ứng dụng trong cảm biến điện hóa glucose và bước đầu xác định hàm lượng glucose trong huyết thanh” là do bản thân tôi thực hiện.
- Cảm biến điện hóa glucose sử dụng hệ ba điện cực.
- Hệ ba điện cực trong điện hóa học.
- Các kĩ thuật đo sử dụng hệ ba điện cực ứng dụng trong cảm biến sinh học.
- Cảm biến điện hóa phân tích nồng độ glucose dựa trên điện cực CuS.
- Chế tạo điện cực.
- Nghiên cứu tính chất điện hóa của điện cực CuS/ITO đối với glucose.
- 3.2 Tính điện hóa của điện cực CuS/ITO xác định nồng độ glucose trong nước 27 3.3.
- Bước đầu ứng dụng của điện cực xác định trên mẫu thực.
- pháp CA sử dụng điện cực CuS/ITO ở thế 0,45V.
- pháp CA sử dụng điện cực CuS/ITO ở thế 0,4V.
- pháp CA sử dụng điện cực CuS/ITO ở thế 0,35V.
- pháp AP sử dụng điện cực CuS/ITO ở thế 0,35V.
- Cơ chế xúc tác của điện cực Ni, NiO.
- Sơ đồ cấu tạo của hệ 3 điện cực.
- Quá trình quét thế vòng với tốc độ quét thế 20 mV/s của điện cực (a) ITO và (b) CuS/ITO trong NaOH 0,1M.
- Sơ đồ oxi hóa glucose trên điện cực CuS.
- Ảnh hưởng của nồng độ chất điện li nền đối với quá trình phản ứng glucose tại điện cực: a) NaOH 0,01M.
- Dòng TDN của điện cực CuS/ITO đối với các nồng độ chất điện li NaOH khác nhau: a) NaOH 0,01M.
- Dòng CA của điện cực CuS/ITO trong dung dịch NaOH 0,1M khi không có và khi có mặt glucose 1 mM.
- Sự phụ thuộc mật độ dòng của điện cực CuS/ITO khi không có mặt và khi có mặt glucose 1 mM ở các thế: a) 0,35V.
- h) sự phụ thuộc dòng TDN của điện cực vào các thế khác nhau.
- Dòng CA của điện cực đối với nồng độ glucose ở thế 0,35V: a) từ 0 đến 100 µM.
- c) Sự phụ thuộc dòng CA sau 20 giây của điện cực đối với glucose ở nồng độ từ 10 µM đến 2 mM.
- Dòng CA của điện cực đối với nồng độ glucose ở thế 0,4V: a) từ 0 đến 100 µM.
- Dòng CA của điện cực đối với nồng độ glucose ở thế 0,45V: a) từ 0.
- Dòng CA của điện cực đối với nồng độ glucose ở thế 0,5V: a) từ 0.
- Dòng amperometry của điện cực đối với nồng độ glucose ở thế 0,35V.
- Dòng amperometry của điện cực đối với nồng độ glucose ở thế 0,4V.
- Dòng amperometry của điện cực đối với nồng độ glucose ở thế 0,45V.
- Dòng amperometry của điện cực đối với nồng độ glucose ở thế 0,5V.
- Trong đề tài này, chúng tôi sử dụng các phương pháp điện hóa để nghiên cứu và khảo sát tính chất điện hóa của glucose đối với điện cực.
- Phương pháp quét thế vòng được sử dụng để đo đặc trưng oxi hóa khử của glucose đối với điện cực.
- Với những lý do nêu trên, chúng tôi đã lựa chọn vấn đề nghiên cứu của luận văn là: “Nghiên cứu, chế tạo điện cực CuS/ITO bằng phương pháp điện hóa ứng dụng trong cảm biến điện hóa glucose và bước đầu xác định hàm lượng glucose trong huyết thanh”.
- Cảm biến sinh học glucose dựa trên điện cực enzym được ứng dụng rộng rãi nhất và đã được đưa vào nghiên cứu từ nhiều thế kỉ trước.
- Các enzym này khác nhau ở điện cực khử, độ nhạy đối với glucose [17].
- Họ cố định GOx trong tấm gel polyacryamide trên điện cực oxy và sau đó đo nồng độ glucose [36]..
- Nguyên tắc của phương pháp là H 2 O 2 sinh ra bị oxi hóa hoặc khử tại điện cực theo các phương trình sau:.
- Cảm biến sinh học glucose thế hệ thứ ba dựa trên sự truyền electron trực tiếp giữa enzym và điện cực mà không cần có mặt của chất trung gian.
- Việc sử dụng điện cực không dùng enzym đối với cảm biến glucose được xem như là cảm biến glucose thế hệ thứ tư trong đó glucose bị oxi hóa trực tiếp tại điện cực.
- Cơ chế của quá trình xúc tác của điện cực phụ thuộc vào tâm của kim loại chuyển tiếp.
- M * sau đó sẽ cho electron với điện cực.
- Nhóm hydroxyl cũng đóng vai trò quan trong quá trình điện phân glucose tại điện cực niken và điện cực đồng..
- Tuy nhiên nhược điểm của điện cực Pt phụ thuộc mạnh vào điều kiện chất điện li, đặc biệt là vào bản chất và nồng độ của các ion [10].
- Bởi sự phụ thuộc quá trình oxi hóa glucose vào độ hấp phụ của glucose tại bề mặt điện cực nên sự phụ thuộc tuyến tính giữa dòng quá trình oxi hóa glucose vào nồng độ glucose là giảm rất nhanh khi bề mặt điện cực bão hòa..
- Điện cực Niken đang được khai thác một cách rộng rãi như là chất xúc tác cho quá trình oxi hóa các hợp chất hữu cơ trong môi trường kiềm.
- Cơ chế xúc tác của điện cực Niken thể hiện trên hình 1.6 [13].
- Các điện cực đồng có cơ chế tương tự như điện cực Niken trong quá trình oxi hóa glucose.
- Cơ chế phản ứng của glucose đối với điện cực của các thế hệ cảm biến glucose được tóm tắt trên hình 1.7..
- Cảm biến điện hóa glucose sử dụng hệ ba điện cực 1.3.1.
- Trong nghiên cứu của chúng tôi, hệ 3 điện cực được dùng để khảo sát tính chất của vật liệu.
- Trong quá trình hoạt động của cảm biến các phản ứng oxi hóa - khử sẽ xảy ra trên bề mặt điện cực, các electron di chuyển từ dung dịch tới điện cực làm việc hoặc ngược lại.
- Phương pháp đo dòng được thực hiện trên hệ điện hóa được thiết lập gồm hai hay ba điện cực..
- Vật liệu thu được sau đó được phân tán trong Nafion và nhỏ lên bề mặt điện cực cacbon thủy tinh.
- Sau một thời gian điện cực được nhúng trong NaOH 1mM để tạo thành hệ CuS/Cu.
- CuS tích điện dương và di chuyển về cực âm là đế ITO hình thành điện cực CuS/ITO.
- Tính chất điện hóa của điện cực được chế tạo đối với glucose được khảo sát bằng phương pháp quét thế vòng từ 0 – 0,8 (V) với tốc độ quét thế là 20 mV/s trong các dụng dịch NaOH nồng độ là 0,01 M.
- Nồng độ glucose trong dung dịch được xác định theo phương pháp Chrono amperometry và Amperometry trong đó một thế oxi hóa glucose được áp vào điện cực và đo dòng theo nồng độ glucose.
- Kết quả đo dòng của các dung dịch trên dựa vào đường chuẩn để xác định nồng độ và so sánh với nồng độ được pha để từ đó đánh giá khả năng ứng dụng của điện cực..
- Để khảo sát phản ứng của glucose trên điện cực CuS/ITO, các dung dịch chất điện li NaOH với các nồng độ là 0,01M.
- Điện cực được quét thế vòng với tốc độ quét thế là 20 mV/s trong dung dịch NaOH 0,1M khi không có glucose và khi có glucose 1 mM.
- Để so sánh với trường hợp không phủ CuS lên đế ITO, điện cực ITO “trần”.
- Từ hình 3.5 (b) ta thấy, quá trình quét thế vòng của điện cực trong NaOH 0,1M khi không có glucose đường quét chiều âm và quét chiều dương thấp và gần nhau.
- Sự tăng mạnh của dòng anot (dòng dương) chứng tỏ có sự khử của glucose tại điện cực..
- so sánh hai quá trình quét thế vòng khi cho 1mM glucose ta có thể thấy sự tăng dòng của nồng độ glucose 1 mM so với dung dịch không có glucose của điện cực ITO “trần” là rất nhỏ.
- Điều đó chứng tỏ tính xúc tác điện hóa mạnh của CuS đối với quá trình oxi hóa glucose tại điện cực.
- Chúng tôi đưa ra giả thuyết rằng, trên bề mặt điện cực hình thành cặp oxi hóa/khử của Cu(III)/Cu(II) được thể hiện dưới dạng Cu(OH)S/CuS.
- Quá trình oxi hóa glucose trên điện cực được thể hiện theo sơ đồ sau:.
- Với kích thước nano, diện tích bề mặt riêng lớn đã làm tăng tính xúc tác đối với quá trình oxi hóa của glucose tại điện cực CuS..
- Môi trường chất điện li cho quá trình phản ứng của glucose tại điện cực là rất quan trọng.
- Ảnh hưởng của nồng độ chất điện li NaOH đến quá trình phản ứng của glucose tại điện cực CuS/ITO ở trên tại các nồng độ NaOH 0,01M.
- Sự thay đổi này có thể kiểm tra bằng phương trình Nerst của quá trình điện cực:.
- Như vậy môi trường pH càng cao thì quá trình oxi hóa glucose ở điện cực càng mạnh.
- Pic oxi hóa xuất hiện trong chiều quét dương là 0,61 (V) và 0,60 (V) lần lượt đối với điện cực trong dung dịch NaOH 0,1M và 1M.
- pic oxi hóa đối với quá trình điện cực trong NaOH 1M ở thế 0,59 (V).
- Như vậy, khi pH dung dịch càng cao thì quá trình phản ứng ở điện cực của glucose càng mạnh.
- ở điện cực càng giảm, cạnh tranh hoặc phản ứng song song với quá trình oxi hóa glucose tại điện cực dẫn đến ảnh hưởng đến bề mặt của điện cực, làm giảm độ bền và ổn định của điện cực.
- Phương pháp này dựa trên quá trình đo dòng của phản ứng của chất phân tích tại điện cực ở thế không đổi..
- Vì vậy, để chọn thế oxi hóa glucose trong phương pháp CA, chúng tôi tiến hành khảo sát tại các thế trong khoảng từ thế +0,3V đối với phản ứng glucose tại điện cực CuS/ITO..
- Hình 3.9 là mật độ dòng CA của điện cực CuS/ITO đối trong dung dịch NaOH 0,1M khi không có glucose và khi có mặt glucose 1 mM trong thời gian 20 giây.
- Để xác định thế tối ưu cho quá trình oxi hóa glucose trong phương pháp CA , chúng tôi tiến hành khảo sát quá trình oxi hóa của glucose tại điện cực CuS/ITO với các thế khác nhau.
- h) sự phụ thuộc dòng TDN của điện cực vào.
- thành oxi có thể ảnh hưởng đến độ bền, độ ổn định của điện cực.
- của điện cực đối với glucose ở nồng độ từ 10 µM đến 2 mM.
- Dòng CA của điện cực đối với nồng độ glucose ở thế 0,4V:.
- Dòng CA của điện cực đối với nồng độ glucose ở thế 0,45V:.
- Dòng CA của điện cực đối với nồng độ glucose ở thế 0,5V:.
- 3.18 là dòng AP của điện cực trong NaOH 0,1M của quá trình oxi hóa glucose ở các thế khác nhau +0,35.
- Tiến hành đo dòng CA và AP của điện cực CuS/ITO đối với các nồng độ glucose ở trên.
- Kết quả xác định nồng độ glucose trong mẫu huyết thanh bằng phương pháp CA sử dụng điện cực CuS/ITO ở thế 0,45V.
- Kết quả xác định nồng độ glucose trong mẫu huyết thanh bằng phương pháp CA sử dụng điện cực CuS/ITO ở thế 0,4V.
- Kết quả xác định nồng độ glucose trong mẫu huyết thanh bằng phương pháp CA sử dụng điện cực CuS/ITO ở thế 0,35V.
- Kết quả xác định nồng độ glucose trong mẫu huyết thanh bằng phương pháp AP sử dụng điện cực CuS/ITO ở thế 0,35V.
- Chúng tôi đã thành công trong việc chế tạo điện cực CuS/ITO bằng phương pháp điện di..
- Để khảo sát tính chất điện hóa của điện cực CuS/ITO đối với glucose trong môi trường NaOH với các nồng độ khác nhau, phương pháp quét thế vòng được sử dụng với thế quét từ 0 đến +0,8V, tốc độ quét thế 20 mV/s..
- Phương pháp trừ dòng nền được sử dụng để thu được dòng Faraday cho quá trình oxi hóa glucose xảy ra tại điện cực làm cơ sở để xác định khả năng phản ứng của glucose tại điện cực..
- Chúng tôi cũng đã tiến hành khảo sát và lựa chọn dung dịch chất điện ly để nghiên cứu tính chất điện hóa của Glucose đối với điện cực..
- Huyết thanh sau đó được pha trộn để tạo các dung dịch có nồng độ khác nhau và được đo trên điện cực CuS/ITO được chế tạo.
- Kết quả mở ra khả năng ứng dụng của điện cực trong mẫu thật.

Xem thử không khả dụng, vui lòng xem tại trang nguồn
hoặc xem Tóm tắt