Ćwiczenie 4.
Elektrochemiczny czujnik glukozy
(na prawach rękopisu)
Czujniki są prostymi urządzeniami, które dają informacje o parametrach obiektu czy też otoczenia bez wstępnego przygotowania próbek. Można je podzielić na dwie podstawowe grupy: fizyczne i chemiczne. Podstawą tego podziału jest rodzaju sygnału wejściowego powodującego zmiany parametrów sensora.
Czujniki chemiczne są urządzeniami, w których informacja chemiczna (obecność, próg detekcji, itp.) jest przekształcana na użyteczny sygnał analityczny (według IUPAC). Sensory chemiczne zbudowane są z minimum dwóch części: części receptorowej i aktuatorowej. Część receptorowa oddziałuje bezpośrednio z analizowanym czynnikiem. W wyniku tego oddziaływania zmianie ulegają jej parametry. Zmiany te przekształcane są przez część aktuatorową w sygnał analitycznie użyteczny.
Sensory chemiczne dzielmy w zależności od rodzaju sygnału wyjściowego. I tak można wyróżnić chemiczne sensory: optyczne, elektrochemiczne, rezystancyjne, czułe na zmianę masy, termometryczne, itp. Wśród chemicznych sensorów można wyróżnić jeszcze jedną grupę tzn. biosensory. Grupa ta zawiera dodatkowo część biologiczną (rys. 1), którą stanowią różnego rodzaju materiały biologiczne. W wyniku oddziaływania tych materiałów biologicznych z oznaczaną substancją powstają różnego rodzaju sygnały pośredni, które są sygnałem wejściowym różnego rodzaju sensorów (rys. 1).
Rys. 1. Schemat biosensora.
W zależności od metody detekcji sygnału pośredniego biosensory można podzielić na amperometryczne, potencjometryczne, konduktometryczne, termistorowe czy też z tranzystorem. Wśród biosensorów najważniejsze są czujniki elektrochemiczne określane jako elektroda jonoselektywna lub układ takich elektrod. Jeśli elektrodę jonoselektywną pokryje się warstewką materiału zawierającego enzym, powodującego przebieg określonej reakcji enzymatycznej, wówczas elektrodę taką nazywa się elektrodą enzymatyczną. Elektrody enzymatyczne według IUPAC należą do elektrod uczulanych, tj. są wykonane z materiału biologicznego wyodrębniającego i przetwarzającego oraz z właściwej elektrody jonoselektywnej. W wyniku reakcji enzymatycznej zachodzącej w na elektrodzie powstaje produkt powodujący zmianę potencjału elektrody jonoselektywnej. Klasycznym przykładem elektrody enzymatycznej jest elektroda służąca do oznaczania mocznika. Cząsteczki mocznika dyfundujące z objętości roztworu przez pierwszą błonę półprzepuszczalną do powierzchni elektrody ulegają w warstwie żelu zawierającego enzym ureazę rozkładowi enzymatycznemu zgodnie z reakcją enzymatyczną:
(1).
Powstałe w wyniku reakcji jony amonowe () dyfundują przez drugą półprzepuszczalną błonę do powierzchni elektrody szklanej powodując zmianę jej potencjału (rys. 2).
|
