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金ナノ粒子修飾スクリーン印刷電極を用いた分子インプリントポリマーをベースとした排水中のグリセロール定量用高感度・高選択性電気化学センサーの合成と特性評価
Synthesis and characterization of a highly sensitive and selective electrochemical sensor based on molecularly imprinted polymer with gold nanoparticles modified screen-printed electrode for glycerol determination in wastewater.
PMID: 32456900 DOI: 10.1016/j.talanta.2020.120953.
抄録
グリセロールは化粧品の保湿剤として、肌のなめらかさや潤いを向上させるために広く使われています。しかし、化粧品に含まれるグリセロールは、刺激やアレルギーを引き起こす危険性があるため、その濃度を管理する必要がある。そのため、より高度で安価かつ正確なセンシングシステムを用いて環境水中のグリセロール濃度を測定することが重要である。本研究では、高速、単純、ポータブルで安価な分子インプリントポリマー（MIP）アプローチを用いて、グリセロール決定のための電気化学センサーを開発した。MIPベースのスクリーン印刷金電極（Au-SPE）は、テンプレートとしてグリセロールの存在下でアクリルアミド/ビスアクリルアミド（AAM/NNMBA）と金ナノ粒子（AuNPs）を電気重合することによって調製される。電気化学的測定には、サイクリックボルタンメトリー（ＣＶ）、差動パルスボルタンメトリー（ＤＰＶ）、電気化学インピーダンス分光法（ＥＩＳ）などの技術が使用される。エネルギー分散型X線分光法(EDS)は、化学組成分析の特徴付けに利用される。グリセロールに対する高い応答とは対照的に、電気化学センサーは、グリコール酸,モノステアリン酸グリセロール,酒石酸,クエン酸ナトリウム,硫酸アンモニウム,デシルグルコシド,カプリリルグルコシド,グルタミン酸のような干渉種にさらされた場合には無視できる応答を示します。最適な実験条件では、直線的な濃度範囲（20.00-227.81μg/mL）で0.001μg/mL（信号対雑音比S/N=3）という低い検出限界（LOD）が計算された。興味深いことに、本センサはグリセロール測定に関連する廃水サンプルに適用され、相対標準偏差(RSD)が4%未満であることに成功しました。また、センサの再現性、作業性、保存安定性も実証された。これらの結果から、電気化学MIPセンサーは、実際の水試料中の汚染物質の存在とレベルを検出するのに十分な性能を有することがわかった。
Glycerol is widely used as humectant in cosmetics to improve skin's smoothness and moisture. However, its level must be controlled in cosmetics at the risk of causing irritation or allergy. Therefore, determining glycerol concentration in environmental waters with more advanced, inexpensive and accurate sensing systems is of great importance. In this work, a fast, simple, portable and cheap molecular imprinted polymer (MIP) approach is used to develop an electrochemical sensor for glycerol determination. The MIP based screen-printed gold electrode (Au-SPE) is prepared by electro-polymerizing Acrylamide/Bisacrylamide (AAM/NNMBA) and gold nanoparticles (AuNPs) in the presence of glycerol as a template. Techniques, such as cyclic voltammetry (CV), differential pulse voltammetry (DPV) and electrochemical impedance spectroscopy (EIS) are used for electrochemical measurements. Energy-dispersive X-ray spectroscopy (EDS) is utilized to characterize the chemical composition analysis. In contrast to its high response towards glycerol, the electrochemical sensor exhibits negligible responses when exposed to interfering species, such as glycolic acid, glycerol monostearate, tartaric acid, sodium citrate, ammonium sulfate, decyl-glucoside, caprylyl glucoside and glutamic acid. Under optimal experimental conditions, a detection limit (LOD) as low as 0.001 μg/mL (signal-to-noise ratio S/N = 3) is calculated over a linear concentration range (20.00-227.81 μg/mL). Interestingly, the sensor was successfully applied to wastewater samples relating to glycerol determination with a relative standard deviation (RSD) less than 4%. Besides, the reproducibility, the working and storage stabilities of the sensor were proven. According to these outcomes, the electrochemical MIP sensor could be viable enough to detect the presence and levels of pollutants in real water samples.
Copyright © 2020. Published by Elsevier B.V.