NOVÉ SMĚRY V OBLASTI VOLTAMETRICKÝCH A AMPEROMETRICKÝCH SENZORŮ A DETEKTORŮ

Význam tématu

Elektroanalytické metody představují klíčové nástroje pro sledování stopových množství biologicky aktivních organických látek díky nízkým nákladům, vysoké citlivosti, dostatečné selektivitě a možnostem miniaturizace přístrojů pro terénní analýzy.

Cíle a přehled studie / článku

Cílem referátu bylo shrnout aktivity UNESCO laboratoře elektrochemie životního prostředí na PřF UK za poslední dekádu se zaměřením na:

• nové elektrochemické materiály pro katodické a anodické procesy,
• průtokové elektrochemické detektory pro HPLC, FIA a BIA,
• vývoj DNA senzorů a jejich aplikace při detekci genotoxických látek.

Použitá metodika a instrumentace

Ve studii byly využity následující přístroje a elektrody:

• kapalné a tuhé amalgamové elektrody (AgSAE) pro katodické voltametrie,
• bismutové a antimonové filmové elektrody,
• borem dopovaný diamant (BDD) s širokým potenciálovým oknem,
• uhlíkové pastové elektrody (CPE) a sítotiskové uhlíkové elektrody (SPCE),
• tubulární a mikrocely pro průtokové HPLC-ED, FIA-ED a BIA-ED detektory,
• hlavní přístroje: potenciostaty s digitální korekcí základní linie, injekční pumpy pro FIA, HPLC systémy s elektrochemickou detekcí.

Hlavní výsledky a diskuse

Práce vedly k dosažení limitů detekce v submikro- až nanomolárních koncentracích pro řadu environmentálních polutantů (pesticidy, fenoly, nitrofenoly) a genotoxických aminobifenylů či biomarkerů nádorových onemocnění v matricích typu pitná voda, řeka, moč či krev. BDD elektrody umožnily spolehlivé stanovení endokrinních disruptorů a metabolitů steroidů. Nové průtokové detektory s obnovitelným povrchem mikrokuliček ze skelného uhlíku prokázaly možnost coulometrického provozu bez kalibrace.

Přínosy a praktické využití metody

Metody nabízejí:

• nízké investiční a provozní náklady oproti spektrometrickým metodám,
• vysokou citlivost a selektivitu díky modulacím povrchů elektrod,
• miniaturní celo- a mikrocely pro analýzy přímo v terénu nebo u lůžka pacienta,
• soulad s principy 'zelené analytické chemie' – nízká spotřeba vzorku a reagencií,
• možnost přímého coulometrického stanovení bez externí kalibrace.

Budoucí trendy a možnosti využití

Mezi nejperspektivnější směry patří:

• další miniaturizace senzorů a průtokových cel spojená s mikrofluidikou,
• integrace elektrochemických senzorů s mobilními zařízeními a bezdrátovým přenosem dat,
• využití nanostruktur a porézních materiálů pro zvýšení stabilita a citlivosti,
• rozvoj biokonjugátů a nanočástic pro imunochemické a DNA senzory,
• automatizované průtokové systémy s vysokou propustností vzorků.

Závěr

Moderní elektrochemické metody postavené na inovativních elektrochemických materiálech a průtokových detektorech představují ekonomickou a vysoce citlivou alternativu k tradičním spektrometrickým a separačním technikám. Jejich flexibilita, mobilita a nízká spotřeba vzorku otevírají široké spektrum aplikací v ekologii, potravinářství i klinické diagnostice.

Reference

1. Štulík K., Kalvoda R.: Electrochemistry for Environmental Protection. UNESCO Venice Office, Venice 1996.
2. Barbante G. J., Harsant A. J., Donnelly P. S., Connell T. U., Hogan C. F., Francis P. S.: Sensors Actuators B Chem. 216, 608 (2015).
3. Štulík K., Pacáková V.: Electroanalytical Measurements in Flowing Liquids. E. Horwood, Chichester 1987.
4. Mika J., Barek J., Zima J., Dejmkova H.: Electrochim. Acta 154, 397 (2015).
5. Jiřík P., Fischer J., Barek J.: Chem. Listy 99, 600 (2005).
6. Fischer J., Barek J., Zima J.: Chem. Listy 97, 114 (2003).
7. Gajdar J., Horakova E., Barek J., Fischer J., Vyskocil V.: Electroanalysis 28, 2659 (2016).
8. Pecková K., Průchová M., Moreira J. C., Barek J., Fischer J., Vyskočil V.: Collect. Czech. Chem. Commun. 76, 1811 (2011).
9. Prchal V., Krejčová J., Vyskočil V., Pecková K., Fischer J., Zima J., Barek J.: Int. J. Electrochem. Sci. 8, 2524 (2013).
10. Makrlíková A., Ktena E., Economou A., Fischer J., Navrátil T., Barek J., Vyskočil V.: Electroanalysis 29, 146 (2017).