Sensory chemiczne i biosensory - ebook
Sensory chemiczne i biosensory - ebook
Publikacja Sensory chemiczne i biosensory omawia podstawowe cechy, zalety i ograniczenia sensorów chemicznych i biosensorów oraz ich praktycznych zastosowań w klinicznej i procesowej kontroli analitycznej, w diagnostyce medycznej, w systemach kontroli bezpieczeństwa oraz w analizie środowiskowej. Przybliża zagadnienia związane z podstawami działania sensorów i biosensorów, materiałami i technologiami wykorzystywanymi do ich produkcji, a także zastosowaniem sensorów w praktyce. Pokazuje rozwój sensorów chemicznych i biosensorów indukowany pojawianiem się nowych materiałów i technologii oraz zapotrzebowaniem tego typu urządzenia zarówno analityce klinicznej, jak i przemysłowej. Autorami są doświadczeni pracownicy naukowo-badawczy z kilku ośrodków akademickich w Polsce, zajmujących się od wielu lat projektowaniem tego typu narzędzi analitycznych.
Kategoria: | Chemia |
Zabezpieczenie: |
Watermark
|
ISBN: | 978-83-01-22091-4 |
Rozmiar pliku: | 7,8 MB |
FRAGMENT KSIĄŻKI
Akronim
Termin anglojęzyczny
Termin polskojęzyczny
0D
Zero-dimensional nanomaterials
Nanomateriały zerowymiarowe
1D
One-dimensional nanomaterials
Nanomateriały jednowymiarowe
2D
Two-dimensional nanomaterials
Nanomateriały dwuwymiarowe
A
Adenine
Adenina
Ab
Antibody
Przeciwciało
Ab-Ag
Antibody-antigen complex
Kompleks przeciwciało antygen
AChE
Acetylcholinesterase
Acetylocholinoesteraza
ADD
Arc-Discharge Deposition
Osadzanie techniką wyładowania łukowego
AFP
Alpha-FetoProtein
Alfa-fetoproteina
AFR
Air to Fuel Ration
Stosunek powietrza do masy paliwa
Ag
Antigen
Antygen
ANN
Artificial Neural Network
Sztuczna sieć neuronowa
AQMS -
Anthraquinone-2-sulfonic acid
Kwas antrachinylo-2-sulfonowy
APBA
4-Aminophenylboronic acid
Kwas 4-aminofenyloboronowy
ATP -
Adenosine triphosphate
Adenozyno-5-trifosforan
AuNPs
Au nanoparticles
Nanocząstki złota
BFIA
Batch-flow
Injection Analysis
Analiza przepływowa bezpośredniego wstrzyknięcia
BLI
Bio-Layer Interferometry
Interferometria biowarstwowa
BRCA1
BRAC2
BReast CAncer gene 1
BReast CAncer gene 2
Gen nowotworu piersi 1
Gen nowotworu piersi 2
BZT
Biochemical Oxygen Demand
Biochemiczne zapotrzebowanie tlenu
C
Cytosine
Cytozyna
CA125
CA15-3
Cancer Antigen 125
Cancer Antigen 15-3
Antygen nowotworowy 125
Antygen nowotworowy 15-3
CCD
Charge Coupled Device
Matryca światłoczuła
CD
Carbon Dots
Kropki węglowe
cDNA
Complementary DNA
Komplementarne DNA
CE
Capillary Electrophoresis
Elektroforeza kapilarna
CEA
Carcino-Embryonic Antigen
Antygen rakowozarodkowy
CFA
Continuous Flow Analysis
Analiza z użyciem ciągłego przepływu
CFR
Code of Federal Regulations
Kodeks Przepisów Federalnych (dotyczy regulacji żywności i leków w Stanach Zjednoczonych w ramach Agencji ds. Żywności i Leków)
CFU
Colony-Forming Unit
Jednostka tworząca kolonię
CGM
Continuous Glucose Monitoring
Ciągłe monitorowanie glukozy
CHEMFET
Chemically Modified Field Effect Transistor
Chemicznie modyfikowany tranzystor polowy
CKMB
Creatine Kinase fraction
Frakcja enzymu kinazy kreatynowej
CL-LFA
Chemiluminescence-based lateral flow assay
Chemiluminescencyjny test metodą przepływu bocznego
CMOS
Complementary Metal-Oxide-Semiconductor
Półprzewodnikowy komplementarny układ scalony
CNTs
Carbon Nanotubes
Nanorurki węglowe
CPs
Conductive Polymers
Polimery przewodzące
CRP
C-Reactive Protein
Białko C-reaktywne
CT
Charge-Transfer complex
Kompleks z przeniesieniem ładunku
CV
Cyclic Voltammetry
Woltamperometria Cykliczna
CVD
Chemical Vapor Deposition
Chemiczne osadzanie z fazy gazowej
CYFRA21-1
Cytokeratin 19 fragment
Fragment cytokeratyny 19
DDI
DNA-Directed Immobilization
Bezpośrednie unieruchamianie krótkich fragmentów DNA
DET
Direct Electron Transfer
Bezpośrednie przeniesienie elektronów
DGW
Lower flammability limit
Dolna granica wybuchowości
DNA
Deoxyrybonucleic Acid
Kwas deoksyrybonukleinowy
ECL
ElectroChemiLuminescence
Zjawisko elektrochemiluminescencji
EDC
1-Ethyl-3-(3-dimethylamino-propyl)carbodiimide hydrochloride
Chlorowodorek N-(3-dimetyloamino-propylo)-Nʹ-etylokarbodiimidu
ELISA
Enzyme-Linked ImmunoSorbent Assay
Test immunoenzymatyczny / test immunoenzymosorpcyjny
ER
Estrogen
Estrogen
Fab
Antigen-binding fragment of antibody
Fragment przeciwciała wiążący antygen
FAD
Oxidized form of flavin-adenine dinucleotide
Forma utleniona dinukleotydu flawinoadeninowego
FADH2
Reduced form of flavin-adenine dinucleotide
Forma zredukowana dinukleotydu flawinoadeninowego
FAM
6-Carboxyfluorescein
6-karboksylofluoresceina
Fc
Fragment crystallizable of antibody
Fragment przeciwciała krystalizowany
FDA
Food and Drug Administration
Agencja ds. Żywności i Leków
FET
Field-Effect Transistor
Tranzystor polowy
FIA
Flow Injection Analysis
Wstrzykowa analiza przepływowa
FIM
Fixed Interference Method
Metoda roztworów mieszanych
FLISA
Fluorescence-Linked ImmunoSorbent Assay
Test immunofluorescencyjny
FRET
Fluorescence/Förster Resonance Energy Transfer
Fluorescencyjny/Försterowski rezonansowy transfer energii
G
Guanine
Guanina
GC
Gas chromatography
Chromatografia gazowa
GDH
Glucose dehydrogenase
Dehydrogenaza glukozowa
GGW
Upper flammability limit
Górna granica wybuchowości
GLP
Good Laboratory Practice
Dobra Praktyka Laboratoryjna
GMP
Good Manufacturing Practice
Dobra Praktyka Wytwarzania
GOx
Glucose oxidase
Oksydaza glukozowa
HAU
Hemagglutinating Unit
Jednostka hemaglutynacji
hBN
hexagonal boron nitride
Heksagonalny azotek boru
HD
Hexokinase
Heksokinaza
HER2
Human Epidermal growth factor Receptor 2
Antygen nowotworowy
HIV
Human Immunodeficiency Virus
Ludzki wirus niedoboru odporności
HPLC
High-Performance Liquid Chromatography
Wysokosprawna chromatografia cieczowa
hTERT
Human TElomerase Reverse Transcriptase
Gen odwrotnej transkryptazy ludzkiej telomerazy
HTS
High Throughput Screening
Wysokosprawne badania przesiewowe
ISE
Ion-Selective Electrode
Elektroda jonoselektywna
ISFET
Ion-Selective Field Effect Transistor
Jonoselektywny tranzystor polowy
IUPAC
International Union of Pure and Applied Chemistry
Międzynarodowa Unia Chemii Czystej i Stosowanej
K-ISE
Potassium-selective electrode
Elektroda jonoselektywna czuła na jony potasu
LDL
Lower Detection Limit
Granica wykrywalności
LED
Light-Emitting Diode
Dioda emitująca światło
LFA
Lateral Flow Assay
Test metodą przepływu bocznego
LIF
Laser Induced Fluorescence
Fluorescencja wzbudzana laserowo
LOC
Lab on a chip
Laboratorium na chipie
LOV
Lab-on-valve
Laboratorium w zaworze
Lp(a)
Lipoprotein a
Lipoproteina a
LSPR
Localized Surface Plasmon Resonance
Zlokalizowany powierzchniowy rezonans plazmonowy
LSV
Linear Sweep Voltammetry
Woltamperometria liniowa
mAb
Monoclonal antibody
Przeciwciało monoklonalne
MCFIA
Multicommutated
Flow Injection Analysis
Wielotorowa wstrzykowa analiza przepływowa
MEDOX
Oxidated mediator
Mediator utleniony
MEDRED
Reduced mediator
Mediator zredukowany
MEF
Metal-Enhanced Fluorescence
Fluorescencja wzmocniona metalem
MeOX
Oxidised form of mediator
Mediator w formie utlenionej
MeRED
Reduced form of mediator
Mediator w formie zredukowanej
MEMFET
Membrane Field Effect Transistor
Tranzystor polowy z membraną
MEMS
Micro Electro-Mechanical Systems
Mikroukłady elektromechaniczny
MIP
Molecularly Imprinted Polymer
Polimer znakowany molekularnie
MOF
Microstructured Optical Fiber
Światłowód mikrostrukturyzowany
MOS
Metal Oxide Semiconductor
Półprzewodnik typu metal-tlenek
MPBA
4-Mercaptophenylboronic acid
Kwas 4-merkaptofenyloboronowy
MPFS
Multipumping Flow Systems
Przepływowe systemy wielopompowe
MSFIA
Multisyringe Flow Injection Analysis
Wielostrzykawkowa wstrzykowa analiza
MUC
MUC protein
Mucyna, glikoproteina
MWCNTs
Multi-Walled Carbon Nanotubes
Wielościenne nanorurki węglowe
NAD+
Oxidised form of nicotinamide adenine dinucleotide
Forma utleniona dinukleotydu nikotynoamidoadeninowego
NADH
Reduced form of nicotinamide adenine dinucleotide
Forma zredukowana dinukleotydu nikotynoamidoadeninowego
Nbs
Nanoantibody
Nanoprzeciwciała
NDIR
Nondispersive Infrared
Niedyspersyjna absorpcja podczerwieni
NHS
N-Hydroxysuccinimide
N-hydroksysukcynimid
NMP22
Nuclear Matrix Protein 22 (marker of bladder cancer)
Białko matrycowe jądra komórkowego (marker nowotworu pęcherza moczowego)
NMR
Nuclear Magnetic Resonance
Spektroskopia magnetycznego rezonansu jądrowego
NT-proBNP
N-terminal pro–B-type natriuretic peptide
N-końcowy propeptyd natriuretyczny typu B
pAb
Polyclonal antibody
Przeciwciało poliklonalne
μPAD
Microfluidic paper-based analytical device
Mikroprzepływowy analizator o podłożu papierowym
PAN
1- (2-pyridylazo) -2-naphthol
1-(2-pirydylazo)-2-naftol
PARC
Pattern Recognition (System)
Blok rozpoznawania obrazu
PC
Plasmonic Coupling
Sprzężenie plazmoniczne
PCA
Principal Components Analysis
Analiza Głównych Składowych
PCF
Photonic Crystal fiber
Światłowód fotoniczny
PCR
Polymerase Chain Reaction
Reakcja łańcuchowa polimerazy
PCW
Poly(Vinyl Chloride)
Poli(chlorek winylu)
PdNPs
palladium nanoparticles
nanocząstki palladu
PDGF
Platelet-Derived Growth Factor
Płaskonabłonkowy czynnik wzrostu
PEDOT
Poly(3,4-ethylenedioxythiophene)
Poli(3,4-etylenodioksytiofen)
PID
PhotoIonization Detector
Detektor fotojonizacyjny
PLS
Partial Least Squares
Metoda cząstkowych najmniejszych kwadratów
PMA
Premarket Approval
Zatwierdzenie przed wprowadzeniem na rynek
PMMA
Poly(methyl methacrylate)
Poli(metakrylan metylu)
POC
Point-of-Care diagnosis
Diagnostyka w miejscu opieki nad pacjentem (diagnostyka spersonalizowana)
POCT
Point-of-Care treatment
Przyłóżkowe testy laboratoryjne
poliHEMA
Poly(2-Hydroxyethyl Methacrylate)
Poli(metakrylan 2-hydroksyetylu)
POT
poly(3-Octylthiophene)
Poli(3-oktylotiofen)
PPy
Polypyrrole
Polipirol
PR
Progesterone
Progesteron
PSA
Prostate Specific Antigen
Swoisty antygen gruczołu krokowego
PTFE
Poly(tetrafluroethene)
Poli(tetrafluoroetylen)
PtNPs
Platinum nanoparticles
nanocząstki platyny
PVC
Poly(Vinyl Chloride)
Poli(chlorek winylu)
PVF
PolyVinyl Ferrocene
Poli(winyloferrocen)
PVP
PolyVinylPyrrolidone
Poli(4-winylopirolidon)
QC/QA
Quality Control /Quality Assurance
Kontrola jakości / Zapewnienie jakości
QCM
Quartz Crystal Microbalance
Mikrowaga kwarcowa
QMB
Quartz Crystal Microbalance
Sensor z kwarcową mikrowagą
Rct
Charge Transfer Resistance
Opór przeniesienia ładunku
REase
Restriction endonuclease
Restrykcyjna endonukleaza
rGO
reduced Graphene Oxide
Zredukowany tlenek grafenu
RNA
Ribonucleic Acid
Kwas rybonukleinowy
RT PCR
Real Time Polymerase Chain Reaction
Reakcja łańcuchowa polimerazy w czasie rzeczywistym
SAM
Self-Assembled Monolayers
Samoorganizujące się monowarstwy
SAW
Surface Acoustic Wave
Powierzchniowa fala akustyczna
SEIRA
Surface-Enhanced IR Absoprtion
Powierzchniowo wzmocniona absorpcja w podczerwieni
SELEX
Systematic evolution of ligands by exponential enrichment
Systematyczna ewolucja ligandów poprzez wykładnicze wzbogacanie
SEM
Electromotive Force
Siła elektromotoryczna
SERS
Surface-Enhanced Raman Spectroscopy
Powierzchniowo wzmocniona spektroskopia Ramana
SFA
Segmented Flow Analysis
Analiza z fragmentacją przepływu
SIA
Sequential Injection Analysis
Wstrzykowa analiza sekwencyjna
SMCC
Succinimidyl 4-(N-maleimidomethyl)cyclohexane-1-carboxylate
Sukcynoimidylo-4-(N-maleimidometylo)cykloheksan
SPR
Surface Plasmon Resonanse
Technika rezonansu plazmonów powierzchniowych
SPRI
Surface Plasmon Resonance Imaging
Obrazowy rezonans plazmonów powierzchniowych
SSM
Separate Solution Method
Metoda roztworów rozdzielonych
SWCNTs
Single-Walled Carbon Nanotubes
Jednościenne nanorurki węglowe
T
Thymine
Tymina
TAS
Total Analysis System
Kompletny system analityczny
TCNQ
Tetracyanochinodimetane
Tetracyjanochinonodimetan
TTF
Tetrathiafulvalene
Tetratiafulwalen
μTAS
Micro Total Analysis System
Miniaturowy kompletny system analityczny
UDI
Unique Device Identifier
System unikalnej identyfikacji wyrobów medycznych
VEGF
Vascular Endothelial Growth Factor
Czynnik wzrostu śródbłonka naczyniowego
VOCs
Volatile Organic Compounds
Lotne związki organiczneSŁOWNIK TERMINÓW
ADSORPCJA – proces wiązania się atomów, jonów lub innych cząsteczek z fazy ciekłej, stałej lub gazowej z fizyczną powierzchnią
AMPEROMETRIA – technika polegająca na przyłożeniu potencjału o stałej wartości do elektrody pracującej względem elektrody odniesienia, której odpowiedzią jest sygnał prądowy
ANALIT (ang. _analyte_) – substancja oznaczana.
ANALIZA GŁÓWNYCH SKŁADOWYCH (ang. _Principal Components Analysis, PCA_) – technika eksploracji danych umożliwiająca wnioskowanie o obiektach opisanych wieloma zmiennymi, bardzo popularna w analizie danych z elektronicznego nosa/języka. Podstawą PCA jest analiza rozkładu zmienności danych pochodzących z wielu pomiarów, a następnie znalezienie nowych, ortogonalnych względem siebie kierunków w wielowymiarowej przestrzeni, które w maksymalny sposób pozwolą na ukazanie tej zmienności. PCA umożliwia uporządkowanie informacji tak, że w pierwszych wymiarach znajduje się największa ilość informacji znaczącej.
ANALIZA PRZEPŁYWOWA (ang. f_low analysis_) – tryb prowadzenia analizy chemicznej, wykorzystujący ciągłe lub dyskretne wprowadzanie próbki badanej do segmentowanego lub niesegmentowanego strumienia nośnika. W czasie przepływu realizowane mogą być także dodatkowe operacje, takie jak oczyszczanie, zatężanie analitu, czy mieszanie z reagentami w celu uzyskania łatwiej oznaczalnego produktu reakcji.
ANALIZA PRZEPŁYWOWA BEZPOŚREDNIEGO WSTRZYKNIĘCIA (ang. _Batch-flow Injection Analysis, BFIA_) – sposób prowadzenia procesu analizy chemicznej, w którym dozowanie odbywa się z użyciem zaworów elektromagnetycznych, a odpowiednie reagenty są transportowane w kierunku detektora z wykorzystaniem pomp perystaltycznych, przy czym sama reakcja analityczna nie zachodzi w przepływie. Poszczególne reagenty są umieszczane w specjalnej komorze mieszania, często wyposażonej w mieszadło magnetyczne, a wytworzony produkt reakcji jest następnie transportowany do detektora lub mierzony bezpośrednio w komorze mieszania z użyciem zintegrowanego z tym modułem systemu do detekcji.
ANALIZA Z UŻYCIEM CIĄGŁEGO PRZEPŁYWU (ang. _Continuous Flow Analysis, CFA_) – sposób prowadzenia procesu analizy chemicznej, w którym próbkę wstrzykuje się do roztworu nośnika, płynącego z dużą szybkością przez przewód o małej średnicy.
ANALIZA Z FRAGMENTACJĄ PRZEPŁYWU (ang. _Segmented Flow Analysis, SFA_) – sposób prowadzenia procesu analizy chemicznej, w którym próbkę wstrzykuje się do roztworu nośnika, płynącego z dużą szybkością przez przewód o małej średnicy, przy czym pomiędzy segmentami próbki oraz segmentami nośnika wprowadza się pęcherzyki gazu (powietrza lub azotu) w celu ograniczenia dyspersji próbki w nośniku.
ANTYGEN (ang. _antigen_) – substancja, która wprowadzona do organizmu wywołuje u niego reakcję immunologiczną polegającą na proliferacji limfocytów i wytworzeniu się swoistych przeciwciał.
APTAMER – krótka sekwencja oligonukleotydowa DNA lub RNA, która na skutek oddziaływania z analitem zmienia swoją konformację przestrzenną.
BIOCHEMICZNE ZAPOTRZEBOWANIE TLENU (BZT) – jeden ze wskaźników czystości wody. określa ilość tlenu wymaganą do utlenienia związków organicznych rozpuszczonych w próbce wody przez mikroorganizmy (bakterie aerobowe).
BIOKATALIZATOR – substancja występująca naturalnie w organizmie żywym (np. enzym), regulująca przebieg zachodzących w nim procesów biochemicznych.
BIOMARKER (ang. _biomarker_) – wskaźnik biologiczny w postaci substancji, właściwości fizjologicznej czy też genu, wskazujący na obecność stanu chorobowego.
BIONIKA – nauka interdyscyplinarna na pograniczu techniki i biologii, zajmująca się badaniem, modelowaniem oraz symulacją funkcjonowania układów biologicznych.
BIORECEPTOR _(ang. bioreceptor)_ – cząsteczka będąca elementem biologicznym (np. enzym, sonda DNA, przeciwciało), która jest zdolna do selektywnego oddziaływania z rozpoznawanym analitem (np. substratem enzymu, komplementarną sekwencją DNA, antygenem itp.).
BIOSENSOR LUB BIOCZUJNIK (_ang. biosensor)_ – zminiaturyzowane urządzenie analityczne, które zawiera biologicznie aktywny materiał w bezpośrednim kontakcie z właściwie dobranym elementem przetwornikowym, w celu detekcji stężenia lub aktywności substancji chemicznej w próbce.
BIOSENSOR KATALITYCZNY – biosensor, którego działanie polega na uczestnictwie warstwy receptorowej w reakcji chemicznej, której efektem jest powstanie produktu lub ubytek substratu, który powoduje zmianę mierzonego w układzie sygnału.
BIOSENSOR POWINOWACTWA – biosensor, którego działanie polega na selektywnym wiązaniu warstwy receptorowej z analitem, którego efektem jest powstanie stabilnych kompleksów warstwa receptorowa – analit.
BIOSENSORY MIKROBIOLOGICZNE (_ang. microbial biosensors_) – urządzenie analityczne, w którym na przetworniku unieruchomione są mikroorganizmy, w celu wykrycia docelowych analitów.
BIOZGODNOŚĆ lub BIOKOMPATYBILNOŚĆ (ang. _biocompatibility_) – cecha charakteryzująca materiały lub substancje warunkująca prawidłowe działanie i trwałość w układzie biologicznym.
BLOK ROZPOZNAWANIA OBRAZU _(ang. Pattern Recognition System, PARC)_ – zespół procedur numerycznych służących przetwarzaniu wstępnemu i rozpoznawaniu „profilu” próbki badanej za pomocą elektronicznego nosa lub elektronicznego języka.
CHEMICZNIE MODYFIKOWANY TRANZYSTOR POLOWY (ang. _Chemically Modified Field Effect Transistor,_ CHEMFET) – elektrochemiczny sensor na stałym podłożu krzemowym, w którym jonoczuła membrana polimerowa nakładana jest na powierzchnię tranzystora polowego ISFET. Potencjał takich sensorów jest funkcją aktywności jonów w roztworze, na które jest czuła membrana polimerowa.
CHEMISORPCJA – rodzaj procesu adsorpcji, który polega na wiązaniu się adsorbentu z powierzchnią na skutek reakcji chemicznej.
CHRONOPOTENCJOMETRIA (ang. _chronopotentiometry_) – technika elektrochemiczna polegająca na rejestracji zależności potencjału elektrody pracującej od czasu w warunkach galwanostatycznych.
CZAS ODPOWIEDZI SENSORA (ang. _response time_) – czas, po którym wyjściowy sygnał sensora osiąga 63% (_t__63_) lub 95% (_t__95_) jego wartości po nieskończenie długim czasie ustalania się równowagi, w odpowiedzi na skokową zmianę stężenia analitu.
CZAS ŻYCIA, STABILNOŚĆ DŁUGOTERMINOWA SENSORA (ang. _lifetime, long-term stability_) – czas poprawnego działania sensora, z zaznaczeniem trybu stosowania.
CZUŁOŚĆ SENSORA (ang. _sensitivity_) – nachylenie liniowego odcinka krzywej odpowiedzi sensora, wyrażone jako wartość sygnału na jednostkę stężenia lub aktywności analitu.
CZUŁOŚĆ – parametr charakteryzujący sensor chemiczny lub metodę analityczną, opisujący zmianę sygnału w funkcji zmiany stężenia (aktywności), t.j. współczynnik kierunkowy krzywej kalibracji (wzorcowej).
DETEKTOR – urządzenie, które stwierdza obecność substancji chemicznych powyżej określonej wartości progowej.
DIAGNOSTYKA MEDYCZNA LUB ANALITYKA MEDYCZNA – dyscyplina medycyny, której zadaniem jest określanie składu oraz parametrów biologicznych i fizykochemicznych materiałów pobranych od pacjenta.
DOLNA GRANICA WYBUCHOWOŚCI (ang. _lower flammability limit_) – najniższe stężenie substancji palnej, która w mieszaninie z powietrzem może wybuchać od bodźca termicznego.
ELEKTRODA CLARKA – amperometryczne urządzenie przeznaczone do oznaczania stężenia tlenu w próbkach ciekłych. Zbudowana jest z pracującej elektrody platynowej oraz chlorosrebrowej elektrody odniesienia, zanurzonych w roztworze elektrolitu oddzielonego od próbki membraną przepuszczalną dla gazów.
ELEKTRODA JONOSELEKTYWNA (ang. _Ion-Selective Electrode, ISE_) – elektroda, której potencjał zależy od aktywności określonego jonu w roztworze.
ELEKTRODA ODNIESIENIA (PORÓWNAWCZA, REFERENCYJNA) – elektroda zachowująca stały potencjał w trakcie pomiaru, służąca jako element ogniwa stosowanego w technikach elektroanalitycznych, służąca do śledzenia zmian potencjału elektrody wskaźnikowej (w potencjometrii) lub ustalania potencjału elektrody pracującej (w technikach prądowych np. woltamperometrii).
ELEKTRODA SEVERINGHAUSA – elektroda przeznaczona do oznaczania dwutlenku węgla. Zbudowana jest z elektrody szklanej (pH-czułej), zanurzonej w roztworze elektrolitu oddzielonego od próbki membraną przepuszczalną dla gazów.
ELEKTROKATALIZA – rodzaj katalizy, której efektem jest zmiana szybkości reakcji odbywającej się na powierzchni elektrody.
ELEKTRONICZNY NOS I ELEKTRONICZNY JĘZYK – systemy, których budowa i zasada działania zostały zainspirowane naturalnymi zmysłami węchu i smaku (w literaturze naukowej nazywane także: sztuczny nos, mechaniczny nos, sensor zapachu, sztuczny język, sensor smaku). Służą do automatycznej analizy i rozróżniania próbek o złożonym składzie, do rozpoznawania ich charakterystycznych właściwości i najczęściej przeznaczone są do szybkiej analizy jakościowej. Składają się z matrycy częściowo selektywnych czujników chemicznych i zespołu metod numerycznych (bloku rozpoznawania obrazu), służących do analizy jej sygnałów.
ELEKTROPRZĘDZENIE (ang. _electrospinning_) – metoda otrzymywania nanowłókien z roztworów, zawiesin lub stopów, z wykorzystaniem pola elektrycznego o dużym natężeniu, zasadniczymi elementami układu są igła iniekcyjna jako dysza przędząca i kolektor, igła znajduje się pod wysokim napięciem w stosunku do kolektora.
ENKAPSULACJA – proces stabilizacji cząsteczek przy zachowaniu ich właściwości chemicznych, fizycznych oraz biologicznych poprzez powstanie cienkiej otoczki wokół cząsteczek stałych, kropelek cieczy lub cząstek gazowych.
ENZYM – cząsteczka (najczęściej proste lub złożone białko) warunkująca zachodzenie ważnych reakcji i procesów biochemicznych.
FALA ZANIKAJĄCA – pole elektromagnetyczne powstające na granicy dwóch ośrodków różniących się gęstością optyczną.
FOTOJONIZACJA (ang. _photoionization_) – proces jonizacji (rozpadzie na naładowane cząstki) obojętnych cząsteczek związków chemicznych. W przypadku fotojonizacji proces ten zachodzi pod wpływem promieniowania elektromagnetycznego o odpowiednio dobranej energii fotonów.
FUNKCJONALNE KWASY NUKLEINOWE – cząsteczki kwasów nukleinowych, które wykazują właściwości katalityczne i/lub receptorowe.
GENOM – kompleksowa informacja genetyczna dla określonego organizmu
GÓRNA GRANICA WYBUCHOWOŚCI (ang. _upper flammability limit_) – najwyższe stężenie substancji palnej, która w mieszaninie z powietrzem może wybuchać od bodźca termicznego.
GRANICA WYKRYWALNOŚCI, GRANICA DETEKCJI SENSORA (ang. _detection limit_) – najmniejsze stężenie analitu, które może być wykryte za pomocą sensora.
IMMOBILIZACJA (ang. _immobilization_) – stabilne i zapewniające aktywność układu unieruchomienie cząsteczek, warstwy receptorowej na powierzchni przetwornika wykorzystujące oddziaływania fizyczne lub chemiczne.
IMMOBILIZACJA ENZYMU – sposób unieruchomienia (kotwiczenia) enzymu na nośniku (przetworniku): ENKAPSULACJA (KAPSUŁKOWANIE) – unieruchomienie enzymu polegające na zamknięciu go w sferycznej kapsule utworzonej z półprzepuszczalnej membrany.
PUŁAPKOWANIE– unieruchomienie enzymu wewnątrz struktur naturalnych lub syntetycznych; SIECIOWANIE – unieruchomienie enzymu na nośniku w wyniku oddziaływań międzycząsteczkowych pomiędzy enzymem a nośnikiem.
IMMUNOSENSOR (ang. _Immunosensor_) – czujnik posiadający przeciwciała jako element biologiczny, w którym reakcja immunochemiczna jest sprzężona z odpowiednimi przetwornikami. Podstawową działania immunosensora jest proces rozpoznania molekularnego między antygenem i przeciwciałem.
INTERFEROMETRIA BIOWARSTWOWA – to optyczna technika pomiaru oddziaływań międzycząsteczkowych, w której mierzy się interferencję światła odbitego od warstwy receptorowej oraz warstwy referencyjnej, znajdujących się na końcu włókna optycznego Na powierzchni warstwy receptorowej są immobilizowane receptory (np. przeciwciała) wiążące cząsteczki analitu. W wyniku wiązania uzyskuje się przesunięcie długości fali w widmie interferencyjnym.
JONOCZUŁY TRANZYSTOR POLOWY (ang. _Ion-Sensitive Field Effect Transistor, ISFET_) – elektrochemiczny sensor na podłożu krzemowym, którego potencjał zależy od aktywności jonów H+ w roztworze; wykorzystuje klasyczny tranzystor polowy (FET), w którym usunięto metaliczną bramkę i zastąpiono roztworem próbki, kontaktującym się z elektrodą referencyjną.
JONOFOR (ang. _ionophore_) – obojętny lub obdarzony ładunkiem lipofilowy związek, zdolny do selektywnego i odwracalnego wiązania jonów, odpowiedzialny za selektywność membrany.
KOMPLETNY SYSTEM ANALITYCZNY (ang. _Total Analysis System, TAS_) – system pomiarowy do prowadzenia procesu analizy chemicznej, który w sposób automatyczny realizuje w całości daną analizę chemiczną. Operacje wykonywane przez system obejmują wszystkie niezbędne etapy analizy – począwszy od pobrania reprezentatywnej próbki, poprzez jej transport i wstępną obróbkę (roztwarzanie, rozcieńczanie, zatężanie, filtracja, ekstrakcja etc.), aż po ewentualne przeprowadzenie niezbędnych reakcji i detekcję produktu.
KONIUGAT (NANOMATERIAŁU) (ang. _conjugate_) – powierzchniowo funkcjonalizowany nanomateriał z przyłączonymi cząsteczkami nadającymi nanostrukturze określone właściwości.
LABORATORIUM W ZAWORZE (ang. _Lab-on-valve, LOV_) – system pomiarowy do prowadzenia procesu analizy chemicznej, w którym wykorzystano integrację kluczowych elementów układu, odpowiadających za dokonywane na próbce operacje (np. mieszanie, ekstrakcja, przeprowadzanie reakcji w trybie zatrzymania przepływu) w module połączonym bezpośrednio z portem wstrzykowym zaworu wielokanałowego.
MATRYCA POLIMEROWA – polimerowy materiał membrany jonoselektywnej (najczęściej z dodatkiem plastyfikatora), odpowiedzialny za jej właściwości mechaniczne.
MEMBRANA JONOSELEKTYWNA – matryca polimerowa i rozpuszczone w niej składniki elektroaktywne, część sensora odpowiedzialną za selektywne rozpoznanie jonu.
METODA CZĄSTKOWYCH NAJMNIEJSZYCH KWADRATÓW (ang. _Partial Least Squares, PLS_) – metoda modelowania bardzo często stosowana w chemometrii, zwłaszcza wtedy, kiedy bardzo wiele zmiennych opisuje każdy obiekt, tak jak w przypadku elektronicznego nosa/języka. PLS służy do znalezienia relacji między dwiema macierzami – macierzą danych X i macierzą celu Y, opisując ją za pomocą tzw. zmiennych ukrytych (ang. _Latent Variables_), objaśniających w możliwie maksymalny sposób kowariancję pomiędzy tymi zbiorami danych.
MIKROFLUIDYKA – nauka badająca zachowanie płynów w mikrokanałach oraz technologia wytwarzania urządzeń zawierających miniaturowe kanały i inne komponenty do manipulacji płynami.
MIKROMACIERZE DNA – miniaturowy układ hybrydyzacyjny umożliwiający wykrycie określonych fragmentów DNA lub RNA, który tworzony jest przez fragmenty DNA/RNA unieruchomione na powierzchni matrycy.
MIKROORGANIZMY (drobnoustroje) – ogół organizmów jednokomórkowych, obejmująca bakterie, archeony, pierwotniaki i grzyby mikroskopijne.
MINIATUROWY KOMPLETNY SYSTEM ANALITYCZNY (ang. _Micro_ _Total Analysis System, µTAS_) – określane także jako laboratorium na chipie (ang. _Lab-on-a-chip, LOC_) to zminiaturyzowany system pomiarowy do prowadzenia procesu analizy chemicznej, który w sposób automatyczny realizuje w całości daną analizę chemiczną. Operacje wykonywane przez mikrosystem obejmują wszystkie niezbędne etapy analizy – począwszy od pobrania reprezentatywnej próbki, poprzez jej transport i wstępną obróbkę (roztwarzanie, rozcieńczanie, zatężanie, filtracja, ekstrakcja etc.), aż po ewentualne przeprowadzenie niezbędnych reakcji i detekcję produktu. – system pomiarowy do prowadzenia procesu analizy chemicznej.
MONOWARSTWY SAMOORGANIZUJĄCE SIĘ – układy molekularne, które w drodze samoorganizacji powstają spontanicznie na odpowiednio dobranym podłożu.
MXENY – grupa ok. 20 hydrofilowych związków, tworzących dwuwymiarowe nanostruktury podobne do grafenu i wykazujących pożądane właściwości fizykochemiczne. Należą do nich węgliki, azotki albo węglikoazotki metali przejściowych o wzorze ogólnym Mn+1Xn (M –atomy metali przejściowych, X –atomy węgla i azotu).
NANOMATERIAŁY (ang. _nanomaterials_) – nierozpuszczalne lub biotrwałe i celowo wytworzone materiały posiadające co najmniej jeden wymiar zewnętrzny lub strukturę wewnętrzną poniżej 100 nm.
NANOSENSORY / MIKROSENSORY (ang. _nanosensors / microsensors_) – sensory w postaci cząstek o rozmiarach rzędu nanometrów / mikrometrów.
NANOWŁÓKNA (ang. _nanofibres_) – włókna o średnicy rzędu nanometrów, otrzymywane zwykle metodą elektroprzędzenia.
NOWOTWÓR (ang. _tumor or cancer_) – nieprawidłowa tkanka, powstająca na skutek niekontrolowanego namnażania się komórek nowotworowych.
PARAMETR PRACY SENSORA– cecha charakteryzująca działanie danego sensora taka jak selektywność, dolna granica detekcji, czułość, stabilność.
PELISTOR (ang. _pellistor_) – jeden z dwóch elementów gazowego czujnika katalitycznego, pokryty warstwą katalityczną (najczęściej warstwą metalu szlachetnego).
PLAZMONY POWIERZCHNIOWE – powierzchniowe fale elektromagnetyczne, które rozchodzą się równolegle do obszaru wzajemnych oddziaływań metal-dielektryk.
POTENCJOMETRIA – technika elektroanalityczna (zespół metod) polegająca na pomiarze siły elektromotorycznej ogniwa składającego się z elektrody wskaźnikowej i porównawczej (odniesienia, referencyjnej).
PRĄD POJEMNOŚCIOWY – prąd generowany na skutek ładowania się warstwy dielektrycznej pomiędzy elektrodą i roztworem.
PROCES SELEX – proces identyfikacji sekwencji aptamerów DNA lub RNA, składający się z powtarzających cykli wiązania, separowania oraz namnażania określonej puli sekwencji DNA lub RNA.
PRZECIWCIAŁA LUB IMMUNOGLOBULINY (ang. _antibody_) – białka wydzielane przez komórki plazmatyczne (pobudzone limfocyty B) w odpowiedzi immunologicznej, mające zdolność do swoistego rozpoznawania antygenów.
PRZEPŁYWOWY SYSTEM WIELOPOMPOWY (ang. _Multipumping Flow System, MPFS_) – system pomiarowy do prowadzenia procesu analizy chemicznej, w którym przepływ generowany jest z użyciem mikropomp, czyli urządzeń mających możliwość precyzyjnego dozowania niewielkich objętości medium (3–50 μl) w porcjach wprowadzanych do układu z zadaną częstotliwością. Przewody z płynami pompowanymi przez poszczególne mikropompy mogą być skonfigurowane analogicznie jak w systemach wielotorowej analizy przepływowej i sterowane za pomocą zaworów elektromagnetycznych umieszczanych w poszczególnych punktach węzłowych. Dodatkowym elementem podlegającym sterowaniu są tutaj także same mikropompy, w przypadku których można na bieżąco modyfikować szybkość przepływu.
PRZETWORNIK (ang. _Transducer_) – urządzenie przekształcające daną wielkość na inną wielkość według określonej zależności i z pewną dokładnością. W przypadku sensorów jest to urządzenie przekształcające informację chemiczną lub proces biologiczny na mierzalny sygnał analityczny.
RECEPTOR _(ang. Receptor_) – związek chemiczny, ligand zdolny do selektywnego rozpoznawania (oddziaływania, wiązania, kompleksowania) analitu.
REDUKCJA – proces chemiczny, w wyniki którego dochodzi do przyłączenia elektronu przez atomy lub jony.
ROZPOZNAWANIE MOLEKULARNE – selektywne oddziaływanie analitu (gościa) z cząsteczką receptora (liganda, gospodarza), z wykorzystaniem wiązań niekowalencyjnych.
ROZTWÓR KOLOIDALNY (ang. _colloidal colution_) – heterogeniczny układ dyspersyjny, w którym można wyróżnić fazę ciągłą rozpraszającą (rozpuszczalnik) i nieciągłą fazę rozproszoną o przeciętnej średnicy cząsteczek w zakresie 1 – 100 nm.
RYBOPRZEŁĄCZNIK – to fragment sekwencji RNA matrycowego, które jest odpowiedzialny za regulowanie ekspresji kodowanego przez siebie białka na skutek zmiany poziomu określonego metabolitu.
RYBOZYM – sekwencja kwasu RNA, która wykazuje właściwości katalityczne
SELEKTYWNOŚĆ (ang. _selectivity_) – zdolność sensora chemicznego do określenia stężenia (aktywności) analitu w próbce w obecności związków przeszkadzających (interferentów), najczęściej wyrażana współczynnikami selektywności.
SENSOR LUB CZUJNIK – zminiaturyzowane urządzenie analityczne, które dostarcza informację o stężeniu lub aktywności składnika złożonej próbki w czasie rzeczywistym, w trybie on-line.
SIŁA ELEKTROMOTORYCZNA – różnica potencjałów między elektrodami w ogniwie w warunkach bezprądowych.
SKŁADNIKI ELEKTROAKTYWNE – (jonofor, lipofilowe dodatki jonowe) związki nadające membranie selektywność na wybrane jony.
STRUKTURA ANIZOTROPOWA (ang. _anisotropic structure_) – struktura, której właściwości zależą od wybranego kierunku przestrzennego, w którym dana właściwość jest rozpatrywana.
SZTUCZNY ENZYM/NANOZYM (ang. _artificial enzyme/nanozyme_) – materiał (lub nanomatriał) wykazujący aktywność katalityczną typową dla natywnego enzymu. Najczęściej nanozymy naśladują aktywności katalazy, oksydazy i peroksydazy.
TEST AGLUTYNACJI (ang. _sgglutination test_) – metoda wykrywania antygenów w płynach ustrojowych opierająca się na wykorzystaniu mikrocząstek (typowo lateksu) opłaszczonych specyficznymi przeciwciałami monoklonalnymi. Tak opłaszczone cząsteczki inkubuje się z pobranym płynem ustrojowym. Obecność wykrywanej substancji przejawia się zlepianiem cząstek zawieszonych w roztworze z wytworzeniem łatwo widocznej zawiesiny.
TEST IMMUNOCHROMATOGRAFICZNY (ang. _Immunochromatographic/Lateral Flow Assay, LFA_) – test realizowany na podłożu porowatym (papier, membrana) do wykrywania i oznaczania ilościowego analitów w złożonych mieszaninach. Charakteryzuje go prostota odczytu (najczęściej wizualnego) a wyniki są uzyskiwane w ciągu 5–30 min. Zazwyczaj testy te są używane w diagnostyce medycznej do testów domowych, testów w punkcie opieki lub do użytku laboratoryjnego. Najczęściej w roli receptorów testów immunochromatograficznych wykorzystywane są przeciwciała.
TRANSKRYPCJA – proces syntezy kwasu RNA powstający na skutek przepisania informacji zapisanej w kwasie DNA
UBIERALNY SENSOR (ang. _wearable sensor_) – sensor zintegrowany z elementem ubioru lub bezpośrednio z ciałem, celem monitorowania stanu zdrowia i/lub dostarczenia klinicznie istotnych danych. Ubieralne sensory bądź platformy sensorów typowo wykorzystują w swojej konstrukcji rozciągliwą i elastyczną elektronikę.
UTLENIENIE – proces chemiczny, w wyniki którego dochodzi do utraty elektrony przez atomy lub jony.
WARSTWA CHEMOCZUŁA (ang. _chemosensitive layer_) – część receptorowa czujnika, bezpośrednio oddziałująca z badaną próbką, wykazująca względnie wysoką selektywność wobec danego indywiduum chemicznego.
WARSTWA PRZEJŚCIOWA – jest to element sensora wprowadzany pomiędzy membranę jonoselektywną a elektrodę wewnętrzną, odpowiedzialny za termodynamiczne zdefiniowanie granic faz.
WARSTWA RECEPTOROWA (ang. _receptor layer_) – najważniejszy element czujnika, odpowiadający za specyficzne rozpoznanie analitu. W biosensorach tworzą ją elementy biologiczne takie jak: enzymy, nici DNA, przeciwciała, białka, porfiryny czy organelle komórkowe.
WEKTOR CELU – wektor z zakodowaną w postaci numerycznej przynależnością do określonej klasy obiektów, informacją o właściwościach próbki, lub o zawartości kluczowego składnika/składników. Wektory celu dla wielu próbek badanych tworzą macierz celu Y.
WEKTOR OBRAZU – wektor n cech określających badaną próbkę, inaczej wzór odpowiedzi; najczęściej wartości sygnałów n kolejnych czujników tworzących macierz czujnikową elektronicznego języka lub nosa. Wzory odpowiedzi uzyskane podczas pomiarów wielu próbek tworzą macierz danych X.
WIELOSTRZYKAWKOWA WSTRZYKOWA ANALIZA PRZEPŁYWOWA (ang. _Multisyringe Flow Injection Analysis, MSFIA_) – sposób prowadzenia procesu analizy chemicznej, w którym przepływ generowany jest z użyciem zespołu strzykawek, poruszanych równocześnie za pomocą tego samego silnika krokowego. Każda ze strzykawek jest połączona z zaworem elektromagnetycznym, kierującym przepływ w określonym kierunku – albo w stronę detektora, albo z powrotem do zbiornika z danym roztworem. Mieszanie badanej próbki, nośnika i reagentów w odpowiednich stosunkach objętościowych uzyskuje się poprzez stosowanie strzykawek o odpowiednio dobranych średnicach wewnętrznych.
WIELOTOROWA WSTRZYKOWA ANALIZA PRZEPŁYWOWA (ang. _Multicommutated Flow Injection Analysis, MCFIA_) – sposób prowadzenia procesu analizy chemicznej, w którym stosowane są przełączniki sterowane komputerowo (tzw. komutatory), np. zawory elektromagnetyczne, decydujące o kierunku przepływu strumieni próbki, nośnika i poszczególnych reagentów.
WOLTAMPEROMETRIA – technika, w której do elektrody pracującej przykładany jest potencjał o określonym zakresie względem elektrody odniesienia. W tej technice stosowany jest układ trójelektrodowy.
WSTRZYKOWA ANALIZA PRZEPŁYWOWA (ang. _Flow Injection Analysis, FIA_) – sposób prowadzenia procesu analizy chemicznej, w którym próbkę wstrzykuje się do roztworu nośnika, płynącego z dużą szybkością przez przewód o małej średnicy, który następnie łączony jest ze strumieniami reagentów.
WSTRZYKOWA ANALIZA SEKWENCYJNA (ang. _Sequential Injection Analysis, SIA_) – sposób prowadzenia procesu analizy chemicznej, w którym stosowane są wieloportowe zawory wstrzykowe. Przepływ w układzie jest generowany przez pompę połączoną z zaworem, co pozwala na regulację składu płynu przepływającego przez układ poprzez otwieranie bądź zamykanie odpowiednich portów w zaworze. Dzięki temu możliwe jest precyzyjne sterowanie dozowaniem roztworów nośnika, próbki i reagentów.
ZAKRES DYNAMICZNY ODPOWIEDZI SENSORA (ang. _dynamic range_) – zakres stężeń lub aktywności analitu, w których czułość sensora jest większa od zera.
ZNACZNIK (ang. _label_) – związek chemiczny dowiązywany do cząsteczki analitu lub wprowadzany bezpośrednio do roztworu próbki, w celu detekcji oddziaływań zachodzących pomiędzy analitem a receptorem.
ZNACZNIK REDOKS – związek lub cząsteczka wykazująca zdolność do utleniania bądź redukcji przy określonej wartości potencjału.2.
SENSORY ELEKTROCHEMICZNE
Sensory elektrochemiczne tworzą największą grupę sensorów chemicznych i pośród wszystkich sensorów chemicznych zajmują szczególne miejsce ze względu na wiele charakteryzujących je zalet, do których należą m.in.:
• dobrze poznane i opisane podstawy teoretyczne działania,
• stosunkowo proste i niedrogie oprzyrządowanie,
• niskie koszty analiz,
• niedestrukcyjny charakter analiz,
• łatwość automatyzacji analiz,
• brak wrażliwości na mętność czy zabarwienie analizowanych próbek,
• łatwość miniaturyzacji.
Sensory elektrochemiczne można podzielić ze względu na mierzony sygnał analityczny m.in. na: i) potencjometryczne, ii) amperometryczne i woltamperometryczne oraz iii) konduktometryczne. Niezależnie od zastosowanej techniki, w układzie pomiarowym muszą znaleźć się co najmniej dwie elektrody tworzące ogniwo elektrochemiczne. Procesy zachodzące na powierzchni co najmniej jednej z zastosowanych elektrod, w ich objętości lub roztworze mającym z nimi kontakt stanowią istotę działania sensorów elektrochemicznych.
2.1.
Sensory potencjometryczne -
Mariusz Pietrzak
2.1.1
Pomiar potencjometryczny
Klasyczne pomiary potencjometryczne są prowadzone w warunkach bezprądowych (_I_ = 0). W praktyce takie warunki zapewnia się poprzez zastosowanie aparatów pomiarowych (miliwoltomierzy, stacji potencjometrycznych) o wysokim oporze wewnętrznym (>100 MΩ), choć dawniej stosowano również układy kompensujące np. Poggendorfa. Układ pomiarowy składa się z dwóch elektrod, tj. elektrody wskaźnikowej, o potencjale zależnym od składu roztworu, w którym jest zanurzona, oraz elektrody referencyjnej (porównawczej, odniesienia), której potencjał w warunkach pomiaru powinien być stały, połączonych z odpowiednim urządzeniem pomiarowym, co zilustrowano na rysunku 2.1.
RYS. 2.1
Schemat potencjometrycznego układu pomiarowego
Elektrody mogą być zanurzone w tym samym roztworze (taka sytuacja ma miejsce w zdecydowanej większości przypadków), ale jeśli istnieje podejrzenie, że roztwór badany może wpływać na potencjał elektrody odniesienia lub też roztwór wewnętrzny elektrody odniesienia może wpływać na wynik oznaczenia, to można ją zanurzyć w innym naczyniu zawierającym odpowiedni roztwór, a oba roztwory połączyć kluczem elektrolitycznym. Pośród elektrod wskaźnikowych można wymienić dwie podstawowe grupy elektrod, tzn. elektrody o elektronowym mechanizmie działania (elektrody I-, II- i III-rodzaju oraz elektrody redoks) i elektrody o jonowym mechanizmie działania (elektrody jonoselektywne). Te ostatnie spełniają kryteria, aby móc je zaliczyć do sensorów chemicznych, gdyż składają się z przetwornika i warstwy receptorowej (w postaci membrany).
Analiza wykorzystująca elektrody potencjometryczne jest oparta na pomiarze siły elektromotorycznej (_SEM_) ogniwa, definiowanej jako różnica potencjałów pomiędzy elektrodą wskaźnikową a elektrodą referencyjną w warunkach bezprądowych. Potencjał elektrody wskaźnikowej zależy od składu roztworu badanego, a dokładniej od aktywności jonu (jonów) obecnych w badanej próbce. Aktywność jonu zależy od jego stężenia _c_ oraz współczynnika aktywności _f_ zgodnie z równaniem
_a = c · f_
(2.1)
Współczynniki aktywności w roztworze można obliczyć, stosując rozszerzone prawo Debye’a–Hückla
(2.2)
gdzie _A_ i _B_ to stałe zależne od rozpuszczalnika i temperatury, _z_+_z_– to ładunki kationu i anionu, a _a_ jest miarą największego zbliżenia jonów obecnych w roztworze. Siłę jonową roztworu (_I_) można natomiast obliczyć wg następującego równania
(2.3)
Równanie to daje dobre przybliżenia dla siły jonowej mniejszej niż 0,05 mol·dm–3, a w przypadku roztworów o wyższej sile jonowej należy wykorzystać równanie rozbudowane o dodatkowy człon uwzględniający stałą C
(2.4)
2.1.2
Metody analizy z wykorzystaniem sensorów potencjometrycznych
Potencjometria bezpośrednia
Podstawową metodą oznaczania jonów wykorzystującą bezpośredni pomiar potencjometryczny jest metoda krzywej wzorcowej. Polega ona na określeniu aktywności (stężenia) oznaczanego jonu poprzez odczyt z krzywej kalibracji. Krzywa kalibracji elektrody jest to ustalona doświadczalnie zależność siły elektromotorycznej ogniwa od logarytmu aktywności (lub stężenia) oznaczanego jonu. Krzywą kalibracji wyznacza się, dokonując pomiaru _SEM_ ogniwa w roztworach wzorcowych tego jonu o różnych aktywnościach (stężeniach). Krzywa kalibracji ma w pewnym zakresie przebieg prostoliniowy i w tym obszarze może być wykorzystana jako krzywa wzorcowa.
Unikalną cechą metod potencjometrycznych jest zależność sygnału od aktywności jonów, jednakże w wielu przypadkach analitycy preferują posługiwanie się stężeniem jonów. W takiej sytuacji jest konieczne odpowiednie przygotowanie roztworów kalibracyjnych i dopasowanie ich składu do składu roztworu próbki lub też przygotowanie próbki analitycznej wg podobnego schematu jak przygotowanie roztworów kalibracyjnych. Przyjęcie założenia, że współczynniki aktywności oznaczanego składnika we wszystkich roztworach są takie same, jest możliwe przy zachowaniu warunków pomiaru, w których siła jonowa ma dużą i jednakową dla wszystkich roztworów wartość. Takie warunki można uzyskać przez dodanie do roztworów wzorcowych matrycy (matrycą nazywamy roztwór o składzie jakościowym i ilościowym zbliżonym do próbki bez składnika oznaczanego) lub też poprzez dodanie elektrolitu podstawowego do wzorców i do próbki. Dodatek elektrolitu podstawowego musi być na tyle duży, aby różnice sił jonowych poszczególnych roztworów, wynikające z różnego ich składu, zostały zniwelowane.
W rutynowych badaniach często jest wykorzystywana kalibracja jednopunktowa, jednakże zastosowanie takiej metodyki wymaga ścisłej kontroli temperatury i znajomości czułości stosowanego sensora oraz dobrej odtwarzalności. Ważne jest, aby aktywność (stężenie) badanego jonu w roztworze kalibracyjnym była na podobnym poziomie, jak oczekiwana wartość w próbce oraz aby matryca tego roztworu była zbliżona do matrycy próbki. Do grupy metod bezpośrednich, obok metody krzywej wzorcowej, należy metoda dodatku wzorca. Polega ona na pomiarze _SEM_ ogniwa w roztworze próbki i w roztworze próbki z odpowiednim dodatkiem roztworu wzorcowego oznaczanego jonu. Na podstawie tych pomiarów, wykorzystując proste równania matematyczne, można obliczyć zawartość oznaczanego jonu.
Miareczkowanie potencjometryczne
Miareczkowanie potencjometryczne polega na pomiarze zmian potencjału elektrody wskaźnikowej (mierzonego względem potencjału elektrody odniesienia) w zależności od objętości dodawanego titranta. Rejestracja tych zmian umożliwia wyznaczenie punktu końcowego miareczkowania poprzez zastosowanie metody środkowej stycznych równoległych lub obliczenie pochodnej. Potencjometryczna detekcja punktu końcowego ma wiele zalet w stosunku do klasycznej detekcji wizualnej. Miareczkowanie potencjometryczne pozwala wyznaczyć punkt końcowy w roztworach mętnych i barwnych, a także wyznaczyć kilka punktów końcowych odpowiadających zmiareczkowaniu kilku jonów lub ich postaci istniejących obok siebie w badanym roztworze. Takie oznaczenia metodami klasycznymi są utrudnione ze względu na trudności z doborem odpowiednich wskaźników wizualnych.