Введение
I Химические сенсоры: основные положения, классификация и обзор современной литературы 13
1.1 Вводные замечания 13
1.2 Определение сенсора 14
1.3 Основные понятия и определения. Классификация сенсоров
1.3.1 Статические характеристики 18
1.3.2 Метрологические характеристики 21
1.3.3 Типы химических сенсоров. Принцип функционирования и применение 23
1.3.4 Оптические химические сенсоры 24
1.3.5 Электрохимические сенсоры 28
1.3.6 Пьезоэлектрические сенсоры на основе кварцевых микровесов (КМВ) 38
1.3.7 Фотоэлектрохимические сенсоры 40
1.4 Мультисенсорный химический анализ многокомпонентных объектов 40
1.4.1 Преимущества мультисенсорного анализа в сравнении с использованием одиночных сенсоров 40
1.4.2 Анализ данных от мультисенсорных систем 45
1.5 Постановка задачи и методы ее решения. 58
II Методика эксперимента 60
11.1 Компоненты мембран и другие реагенты. 60
11.2 Приготовление сенсоров
11.2.1 Потенциометрические сенсоры 64
11.2.2 Оптические сенсоры 66
11.2.3 Композитные материалы на основе нано-структур оксида цинка 66
11.3 Измерения с сенсорами 67
11.3.1 Потенциометрические измерения 67
11.3.2 Амперометрические измерения 67
11.3.3 Оптические измерения 67
11.3.4 Фотоэлектрохимические измерения 69
11.3.5 Условия экспериментов 69
11.3.6 Изучение электродных свойств сенсоров 71
11.3.7 Изучение электрохимической активности электрополимеризо-ванных мембран 74
11.4 Изучение структурных свойств и морфологии сенсорных материалов 75
11.4.1 Оценка толщины электрополимеризованных пленок 75
11.4.2 Атомно-силовая микроскопия (АСМ) и сканирующая электронная микроскопия (СЭМ) для оценки морфологии сенсорных материалов
11.5 Измерения с массивами сенсоров и мульти-трансдуктивный анализ 77
11.6 Приготовление растворов 79
11.7 Подготовка и анализ образцов
11.7.1 Образцы плазмы крови человека 80
11.7.2 Пищевые продукты 80
11.7.3 Неорганические удобрения 81
11.7.4 Природные поверхностные воды и водопроводная вода 81
11.7.5 Штаммы сине-зеленых водорослей 82
11.8 Обработка данных 83
11.8.1 Оценка энергий комплексообразования Pt-порфирина с различными анаонами. 83
11.8.2 Обработка данных от мультисенсорных и мульти-трансдуктивных систем
III Порфирины и корролы как ионофоры для анион-селективных потенциометрических сенсоров 85
111.1 Порфирины в природе 85
111.2 Свойства порфиринов 88
111.3 Аналоги порфирина – корролы 90
111.4 Применение порфиринов и корролов в аналитической химии 91
111.5 Порфирины и корролы в качестве ионофоров в полимерных пластифицированных мембранах для анализа жидких сред 92
111.6 Отклик, отличный от теоретического Нернстовского: как устранить эту проблему? 96
111.7 Pt-порфирины - неоксофильные ионофоры, неподверженные димеризации 111.
7.1 Теоретические расчеты комплексообразования Pt-порфиринов с различными анионами 99
111.7.2 Исследование свойств полимерных пластифицированных мембран на основе Pt(IV)TPPCl2 102
111.7.3 Исследование свойств полимерных мембран на основе Pt(II)-порфиринов 110
111.8 ИСЭ на основе корролов 119
111.8.1 Обоснование выбора корролов в качестве мембраноактивных компонентов для ИСЭ 119
111.8.2 Исследования механизма функционирования TPCorrH3 ионофора 120
111.8.3 Мембраны на основе TPCorrMnCl 124
111.8.4 Мембраны на основе Tt-butPCorrCu 129
111.8.5 Корролы железа с алифатическими и ароматическими заместителями в качестве ионофоров полимерных мембран 131
IV Исследование свойств мембран на основе порфирин-замещенных полипиррола и полианилина, полученных методом электрополимеризации 134
IV.1 Почему электрополимеризация? 134
IV.2 Сравнительное изучение свойств Co(II)- и Cu(II)-порфиринатов в составе пластифицированных ПВХ мембран и в пленках полианилина (ПАНИ), полученных электроосаждением 136
IV.2.1 Влияние растворителя на процесс электрополимеризации 136
IV.2.2 Потенциометрический свойства сенсорных материалов на основе Co(II) и Cu(II)-порфиринатов 140
IV.2.3 Применение карбонат-селективных сенсорных материалов на основе Co(II)- и Cu(II)-порфиринатов для анализа плазмы крови 144
IV.3 Электрополимеризованные сенсорные материалы на основе порфирин замещенного полипиролла: синтез и свойства. 145
IV.3.1 Электрохимическая полимеризация пирролзамещенных порфиринов 146
IV.3.2 Исследование процессов переноса электронов в пленках на основе порфирин-замещенного полипиррола 154
IV.3.3 Исследование морфологии пленок 157
IV.3.4 Потенциометрические и оптические свойства порфирин полипиррольных электрополимеризованных пленок 162
V Фотохимические свойства композитных материалов на основе металлопорфирин-декорированных наноструктур оксида цинка 168
V.1 Важность определения L-цистеина 168
V.2 Исследование морфологии композитных материалов на основе оксида цинка методами СЕМ и оптической спектроскопии 170
V.2.1 СЭМ-визуализация 170
V.2.2 Оптическая спектроскопия 170
V.3 Электрохимические исследования нанокомпозитных материалов на основе металлопорфирин-декорированного ZnO 172
V.4 Фотоэлектрохимические исследования нанокомпозитных материалов на основе металлопорфирин-декорированного ZnO 174
V.5 Фотоэлектрохимическое определение L-цистеина 175
VI Свойства полимерных мембран на основе мезо тетраферроценилпорфирина 180
VI.1 Необходимость мониторинга загрязнения тяжелыми и переходными металлами 180
VI.2 Принцип работы донорно-акцепторного коньюгата TPFc4 в сенсорах 181
VI.2.1 ЦВА исследования растворов TPFc4 182
VI.2.2 Потенциометрический отклик полимерных мембран на основе ионофора TPFc4 183
VI.2.3 Оптический отклик мембран на основе TPFc4 185
VII Кумарин-замещенные тиа-аза-гетероциклы и осихинолин-замещенные диазакраун эфиры как хромофоры оптических сенсоров 189
VII.1 Исследование свойств флуоресцентных хемосенсоров на основе кумарин замещенных тиа-азо-макроциклов 189
VII.1.1 Обоснование выбора кумарин-замещенных тиа-азо-макроциклов в качестве мембраноактивных флуорофоров 189
VII.1.2 Исследования флуоресценции растворов L1-L3 190
VII.1.3 Изучение стехиометрии комплексов ртути с флуорофором L1 192
VII.1.4 Важность определения ртути в природных объектах 193
VII.1.5 Разработка полимерных мембранных оптодов на основе L1-L3 для селективного определения Hg2+. 194
VII.2 Исследование оксихинолин-замещенных диаза--краун-6 эфиров флуорофоров для оптического определения катионов 203
VII.2.1 Важность селективного определения магния в сложных объектах 203
VII.2.2 Разработка твердотельных оптодов на основе производных DCHQ для селективного обнаружения Mg2+ 204
VII.2.3 Оптический отклик мембран на основе DCHQ-X 205
VIII Применение новых чувствительных материалов на основе гетероциклических органических соединений в мультисенсорном анализе 213
VIII.1 Мультисенсорный анализ плазмы крови человека с применением сенсорных материалов на основе Co- и Cu-аминофенилпорфиринов 214
VIII.2 Массив оптических сенсоров на основе кумарин-замещенных флуорофоров для определения ртути в природных водах 215
VIII.3 Мультисенсорное определение токсинов сине-зеленых водорослей 217
VIII.3.1 Выбор сенсоров в составе мультисенсорной системы для скрининга микроцистина 219
VIII.3.2 Отклик отдельных сенсоров по отношению к микроцистину 221
VIII.3.1 Мониторинг роста цианобактерий и определение содержания микроцистина 222
VIII.3.2 Разработка косвенного метода определения микроцистина 225
VIII.3.3 Применение мультисенсорного анализа к количественному
определению цистеина на металлопорфирин-декорированных наноструктурах оксида цинка 230
VIII.4 Мультитрансдукционные чувствительные системы 234
VIII.4.1 Важность предобработки данных полученных от мульти трансдуктивных сенсорных систем 235
Заключение 249
Список работ, опубликованных автором по теме диссертации 251
Приложение 254
Список литературы
