4.6.2021
Doktorsavhandling i analytisk kemi
MSc (Tech.) Tingting Hans doktorsavhandling i analytisk kemi framläggs till offentlig granskning fredag 11.6.2021 vid fakulteten för naturvetenskaper och teknik vid Åbo Akademi.
Avhandlingen heter Coulometric transduction method for solid-contact ion-selective electrodes.
Jonselektiva elektroder (ISE) är mycket attraktiva verktyg för kemisk analys och spelar en viktig roll inom många områden, inklusive personlig hälso- och sjukvård, och miljöövervakning. ISE hör till gruppen elektrokemiska sensorer och har använts som potentiometriska jonsensorer sedan början av 1900-talet.
Som en noggrann, kostnadseffektiv och snabb analysteknik är jonsensorernas respons selektivt beroende av jonernas aktivitet i lösningen. Enligt Nernst ekvation, är den uppmätta potentialen proportionell mot logaritmen av jonaktiviteten och därför kan en ISE detektera joner inom ett mycket brett koncentrationsområde. Detta är en av fördelarna med ISE. Känsligheten hos potentiometri begränsas dock av att den uppmätta potentialen är proportionell mot logaritmen av jonaktivitet. Till exempel, enligt Nernst ekvation kräver en potentialskillnad på 1 mV en 4 % förändring i jonaktivitet för en monovalent jon och 8 % förändring för en divalent jon. En ökande efterfrågan inom kliniska, kriminaltekniska och miljörelaterade analyser kräver utveckling av in situ-, bärbara och selektiva sensorer med hög känslighet. Detta gäller särskilt inom den kliniska analysen, där koncentrationsintervallen är extremt smala.
Under de senaste 30 åren har robusta jonselektiva elektroder med fast kontakt (SCISE) utvecklats. Som ett banbrytande arbete inom området jonselektiva elektroder med fast kontakt, föreslogs en ny koulometrisk transduktionsmetod av Bobackas grupp från Åbo Akademi. Detta avhandlingsarbete genomfördes för att fördjupa förståelsen av metoden för koulometrisk transduktion för SCISE.
I denna koulometriska transduktionsmetod används en kumulativ elektrisk laddning som analyssignal i stället för att mäta potentialen mellan SCISE och referenselektroden. Den ackumulerade laddningen är linjärt proportionell mot den logaritmiska aktiviteten hos primärjonen och omvänt proportionell mot den uppmätta jonens laddning. Katjon-selektiva SCISE (K+, H+, Pb2+ och Ca2+) och anjonkänsliga SCISE (Cl–, NO3–, ClO4– och SO42-) undersöktes genom att använda den koulometriska metoden. Detta arbete visar att den amperometriska och koulometriska responsen för SCISE:s kan förbättras genom att ytarean för SCISE ökas och genom att spin-överdragna tunna membran används på en fast kontakt av en elektriskt ledande polymer. Ett tjockare skikt av fast kontakt, d.v.s. en större redoxkapacitans för den elektriskt ledande polymeren, leder till en förstärkning av den sammantagna laddningen, till priset av en längre responstid.
Under optimerade förhållanden gjorde den höga känsligheten hos den koulometriska metoden för K+-selektiva jonselektiva elektroder med fast kontakt det möjligt att detektera 5 µM koncentrationsförändringar vid en utgångskoncentration på 5 mM, dvs. en 0.1% förändring i aktiviteten kunde detekteras, vilket är relativt utmanande för potentiometri. Teoretiskt modellering av den koulometriska responsen gjordes med en Cl–-känslig SCISE. Den koulometriska metoden användes också för att påvisa pH-förändringar i havsvatten och koncentrationsförändringar av K+-joner i kontrollprover av serum. De resultat som presenteras i detta arbete visar att metoden för koulometrisk transduktion är lämplig för SCISE vid detektering av små förändringar i jonaktiviteter.
Tingting Han disputerar vid Åbo Akademi fredagen den 11 juni 2021 kl. 12. Opponent är professor Agata Michalska, Universitetet i Warszawa, Polen och kustos är professor Johan Bobacka, Åbo Akademi.
Publiken är välkommen att följa disputationen på distans, klicka här för att delta. Se nedan för praktiska anvisningar.
Tingting Han är född 30.3.1985 i Jining, Kina. Hon avlade studentexamen 2002 vid Shengze Chinese-English High School och kandidatexamen i kemiteknik 2006 vid Qilu University of Technology, Kina.
Tingting Han kan vid behov nås per telefon +358 44 329 3306 eller e-post tingting.han@abo.fi.
Avhandlingen finns elektroniskt i Doria.
Klicka på bilden för att få fram en tryckduglig version. Bilden får fritt användas av medierna.
Praktiska anvisningar för att följa med disputationen på distans
För att följa med disputationen behövs programvaran Zoom eller webbläsaren Google Chrome. Du behöver inte skapa ett Zoom-konto för att kunna följa med disputationen. Om du installerar appen deltar du genom att klicka på möteslänken varefter du bör tillåta att länken öppnas i Zoom-appen.
I slutet av tillställningen är det möjligt att ställa frågor. Har du en fråga kan du visa det genom funktionen ”Raise Hand”. Förbered dig gärna genom att ha en mikrofon installerad på din dator eller genom att ha frågan färdigt formulerad i ett textdokument på datorn därifrån du sedan kopierar in den i Zooms chattfunktion då du får tillstånd att ställa din fråga.