Điện cực đã trùng hợp màng PPy sau đó nhỏ dung dịch 1,5DAN(1.10-3M)
/HClO4.0,1M, lên bề mặt và tiến hành điện trùng hợp theo phương pháp quét thế
20. Điện cực thu được đem rửa sạnh bằng nước cất.
II.2.4. Cố định enzym AChE lên màng PPy/P(1,5DAN)
Các điện cực SPE/PPy NWs/P(1,5DAN) sau khi được ủ trong hơi GA, enzym AChE được nhỏ lên trên bề mặt để tạo liên kết đồng hóa trị giữa AChE và P(1,5DAN). Mô hình quá trình cố định này được trình bày tại Hình II.7.
Hình II.7.Mô hình cố định enzym AChE trên điện cực SPE/PPy NWs/P(1,5DAN) thông qua tác nhân GA
Nhỏ 5 L dung dịch 2,5 % glutaraldehyt (GA) lên bề mặt điện cực
P(1,5DAN)/PPy NWs/SPEs, giữa nhóm amin của P(1,5DAN) với nhóm CHO của (GA) sẽ tạo thành liên kết cộng hóa trị. Điện cực thu được sẽ được xử lý với 10 μL dung dịch AChE (300 mU, có chứa 5 g/L BSA nhằm ổn định enzym AChE) và để
tại nhiệt độ phòng (25oC) trong 2 giờ cho phản ứng xảy ra hoàn toàn [57]. Tiếp
theo, sensor (ký hiệu AChE-P(1,5DAN)/PPy NWs/SPEs) được rửa bằng PBS (pH
7.4) để loại bỏ AChE dư. Sau đó, sensor được bảo quản trong tủ lạnh ở 4oC để sử
Chương III. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN III.1. Tổng hợp màng mỏng P(1,5DAN) ứng dụng xác định Pb2+
Như trên đã trình bày, xu hướng sử dụng các vật liệu thay thế hoàn toàn cho thủy ngân kim loại trong phân tích điện hóa là một yêu cầu tất yếu. Việc biến tính điện cực là yêu cầu cần thiết giúp điện cực có độ nhạy, độ ổn định và độ chọn lọc cao hơn. Dưới đây trình bày quá trình biến tính điện cực SPE trên cở sở vật liệu polyme dẫn điện chức năng P(1,5DAN) ứng dụng trong phân tích kim loại nặng
(Pb2+) trong môi trường nước.
III.1.1. Trùng hợp điện hóa P(1,5DAN)
Trong phân tích kim loại nặng bằng phương pháp điện hóa, việc chế tạo một bề mặt có độ dẫn điện cao và đồng đều là một yêu cầu quan trọng vì nó đảm bảo cho phép xác định có độ lặp lại giữa các điện cực sau quá trình biến tính. Tổng hợp điện hóa bằng kỹ thuật vôn-ampe vòng (CV) được coi là kỹ thuật phù hợp giúp tạo ra một bề mặt màng có độ đồng nhất cao do các khoảng điện thế ứng với quá trình hình thành và phát triển màng polyme dẫn được quét qua lại giữa các chu kỳ.
Nội dung nghiên cứu được thực hiện trên điện cực mạch in (SPE) nền carbon và để so sánh, điện cực than thủy tinh (GCE) truyền thống
được sử dụng để đối chứng trong quá trình điện trùng hợp. Hình III.1 đưa ra phổ trùng hợp điện hóa tạo màng P(1,5DAN) trên điện cực than thủy tinh (GCE).
Hình III.1. Phổ CV quá trình trùng hợp màng P(1,5DAN) trên điện cực GCE
đi cường độ dòng bắt đầu tăng mạnh và xuất hiện pic oxi hóa tại +0,66V. Đây chính là quá trình oxy hóa monome trong dung dịch dưới tác dụng của dòng điện. Từ vòng quét thứ 2 trở đi cường độ dòng tại khoảng thế +0,5V tới +0,95V giảm nhanh là do màng polyme phủ trên điện cực cản trở sự trao đổi điện tích giữa điện cực và dung dịch. Tuy nhiên cũng từ vòng thứ 2 trở đi, có thể quan sát thấy pic oxi hóa tại +0,23V và +0,44V và pic khử tại +0,40V, đặc trưng cho màng P(1,5DAN) [38] mới hình thành. Đồng thời, từ vòng thứ 2 trở đi, tại các pic này cường độ dòng liên tục tăng lên sau mỗi vòng quét, sự tăng cường độ dòng sau mỗi vòng quét chứng tỏ sự phát triển của màng polyme bề mặt điện cực và cũng cho thấy khả năng hoạt động điện hóa cũng như tính dẫn điện tốt của P(1,5DAN). Thêm vào đó, từ vòng quét thứ 2 tới thứ 10, vị trí pic oxy hóa tại +0,23V bị dịch chuyển tới +0,35V tương ứng cho thấy sự thay đổi rõ rệt của bề mặt điện cực trong quá trình biến tính. Sự thay đổi bề mặt điện cực này là do diện tích bề mặt thay đổi và/hoặc khả năng trao đổi điện tích của màng tốt hơn khiến hai pic oxy hóa dịch lại gần nhau hơn. Sự tổng hợp thành công màng P(1,5DAN) trên điện cực GCE với điện cực so sánh tiêu chuẩn là điện cực calomen bão hòa KCl (SCE) là tiền đề để thực hiện biến tính điện cực SPE với điện cực giả so sánh Ag/AgCl.
Đặc trưng nổi bật nhất của điện cực SPE đó là ứng dụng kỹ thuật in lưới để sản xuất ra một số lượng lớn các điện cực trên các bề mặt không dẫn điện như nhựa, gốm, thủy tinh… Việc kết dính vật liệu điện cực lên trên bề mặt đế sử dụng các chất kết dính hữu cơ có độ đẫn điện thấp là một trong các rào cản khi ứng dụng trong điện hóa. Đặc biệt, giá trị thế điện cực so sánh là khá khác biệt so với hệ điện hóa truyền thống. Kết quả đo thế điện cực giả so sánh (Ag/AgCl) trên điện cực SPE so với điện cực hydro tiêu chuẩn (SHE) cho thấy thế của điện cực Ag/AgCl vào khoảng +0,13V. So với thế điện cực của điện cực SCE là 0,24V thì cho thấy có sự lệch thế khoảng 0,09V giữa hai điện cực. Do đó, để thực hiện việc trùng hợp màng
P(1,5DAN) trên điện cực SPE, khoảng thế đã được lựa chọn là từ 0,12V tới
+0,85V, tốc độ quét 50mV/s.
biểu diễn trên
Hình III.2. Phổ CV quá trình trùng hợp màng P(1,5DAN) trên điện cực SPE
Kết quả phổ CV quá trình trùng hợp màng P(1,5DAN) trên điện cực SPE có những đặc trưng của quá trình tổng hợp polyme dẫn điện nói chung và P(1,5DAN) nói riêng như với điện cực GCE (đã trình bày ở trên). Tại khoảng thế oxy hóa monome (E = +0,61V) cường độ dòng giảm nhanh tại vòng quét thứ 2, và tăng đều đặn tại các pic oxy hóa (+0,19V và +0,35V) và khử (+0,28V) từ vòng 2 tới vòng 20. Xu hướng tăng cường độ dòng tại vùng hoạt động điện hóa của polyme một cách đều đặn sau mỗi chu kỳ chứng tỏ màng P(1,5DAN) đã tổng hợp thành công trên điện cực SPE.
Hình III.3. So sánh phổ CV tại vòng thứ 10 quá trình trùng hợp điện hóa màng P(1,5DAN) trên điện cực GCE và SPE
Tuy nhiên, cường độ dòng nhìn chung là nhỏ hơn hẳn so với khi tổng hợp trên điện cực GCE khi so sánh trong cùng chu kỳ chứng tỏ tính chất dẫn của vật liệu điện cực ảnh hưởng tới quá trình trùng hợp điện hóa tạo màng P(1,5DAN) (
Hình III.3).
Điều này đòi khỏi các khảo sát tối ưu cho quá trình tạo màng P(1,5DAN) khi
ứng dụng trong phân tích kim loại nặng như Pb2+ trên điện cực SPE.
III.1.2. Tối ưu điều kiện trùng hợp tạo màng P(1,5DAN) trên SPE
Có nhiều yếu tố có thể ảnh hưởng đến quá trình trùng hợp điện hóa tạo màng polyme dẫn điện như (i) kỹ thuật tổng hợp (kỹ thuật CV, thế tĩnh, hay dòng tĩnh); (ii) điều kiện tổng hợp (số vòng quét, tốc độ quét thế, thời gian áp thế hay dòng, thế áp hay cường độ dòng áp...); (iii) nồng độ monomer; (iv) nồng độ chất pha tạp (dopant); (v) môi trường trùng hợp... Việc khảo sát tất cả các thông số là tương đối khó khăn vì vậy trong khuôn khổ nội dung của nghiên cứu này chỉ đưa ra tối ưu một
số thông số quan trọng đó là ảnh hưởng của số vòng quét, nồng độ axit HClO4, và
nồng độ monome 1,5DAN tới sự hình thành màng P(1,5DAN) trên điện cực SPE
ứng dụng trong phân tích Pb2+. Yêu cầu được đặt ra đó là tổng hợp được một lớp
màng P(1,5DAN) phủ kín trên bề mặt điện cực, có độ bền, độ ổn định cao, cho tín
hiệu nhạy trong phân tích Pb2+ đồng thời dễ dàng tái sinh điện cực.