[論文レビュー] Voltammetric Determination of Paraquat Using Graphite Pencil Electrode Modified with Doped Polypyrrole

Maryam Sayyahmanesh, Sara Asgari+2 more|arXiv (Cornell University)|Apr 26, 2016

Paraquat toxicity studies and treatments被引用数 6

ひとこと要約

本研究では、パラクアのボルタメトリック測定を目的として、エリクロームブルーブラックB（EBB）ドーピングされたポリピロールで修飾された分子プリンティンググラファイトペン先電極を提案する。このセンサーは、電気化学的活性が向上し、線形範囲5–50 µM、検出限界0.22 µMを達成した。さらに、ダム水試料において93–104%の高い回収率を示し、実環境分析への応用可能性が確認された。

ABSTRACT

Recognition and determination of paraquat (PQ) using graphite pencil electrode (GPE) modified with polypyrrole (Ppy) doped with Eriochrome blue-black B (EBB) is reported. To that end, a thin film of Ppy was deposited onto the electrode surface by electropolymerization in the presence of a functional doping ion, EBB. The Ppy/EBB-coated electrode was templated by PQ ion and then the performance of the molecularly imprinted EBB/Ppy/GPE was evaluated by voltammetric technique. The prepared electrode exhibited considerable increase in electroactivity of the sensor toward this herbicide compared to the non-imprinted electrode. To enhance the detection capability of the prepared system, the factors controlling its response were investigated and optimized using differential pulse voltammetry. The proposed analytical procedure was proved to be applicable in the concentration range of 5 to 50 {\\mu}M (R^2 = 0.9939) and detection limit of (3{\\sigma}) 0.22 {\\mu}M. Ultimately, the proposed analytical methodology was applied to ascertain possible interferences and investigate real samples of dam water. Recovery factors were achieved between the range of 93-104%.

研究の動機と目的

• 環境試料中のパラクア検出のための選択性と感度に優れた電気化学的センサーの開発。
• パラクアをテンプレートとして用いることで、グラファイトペン先電極の電気化学的活性を向上させること。
• エリクロームブルーブラックB（EBB）を機能ドーパントとして用いたドーピングポリピロール（Ppy）を用いて、センサー応答を最適化すること。
• 干渉物質が存在する条件下で、ダム水などの実水試料においてセンサーの性能を検証すること。
• 環境条件下でのパラクアモニタリングに向けた低コストで信頼性の高い手法の確立。

提案手法

• エリクロームブルーブラックB（EBB）を機能ドーパントイオンとして用い、グラファイトペン先電極（GPE）上にポリピロール（Ppy）の薄層膜を電気重合した。
• 電極付加中にパラクア（PQ）をテンプレート分子として用い、Ppy/EBB膜内に分子プリンティングされたキースホールを形成した。
• 得られた分子プリンティングPpy/EBB/GPEは、サイクリックボルタメトリーおよび差分パルスボルタメトリーを用いて、パラクアに対する電気化学的応答を評価した。
• 走査速度や電位範囲などのセンサー応答に影響を与える主なパラメータを、差分パルスボルタメトリーを用いて体系的に最適化した。
• 一般的な干渉イオンおよび実ダム水試料を用いた条件下で、センサーの選択性と回収率を評価した。
• 検出限界および線形ダイナミックレンジは、差分パルスボルタメトリーから得られたキャリブレーション曲線から決定した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 EBB修飾ポリピロールで修飾されたグラファイトペン先電極は、パラクアの選択的認識および定量に効果的に用いられるか。
• RQ2 パラクアをテンプレートとして用いた分子プリンティングは、センサーの電気化学的応答をどのように向上させるか。
• RQ3 感度および選択性を最大限に高めるために最適な実験パラメータの組み合わせは何か。
• RQ4 ダム水などの複雑な実環境マトリックスにおいて、センサーはどのように性能を発揮するか。
• RQ5 水溶液中における本センサーのパラクアに対する検出限界および線形範囲は何か。

主な発見

• 分子プリンティングされたPpy/EBB/GPEセンサーは、非プリンティング電極と比較して、パラクアに対する電気化学的活性が顕著に向上した。
• センサーはパラクアに対して5～50 µMの線形ダイナミックレンジを示し、決定係数（R²）は0.9939であった。
• 差分パルスボルタメトリーを用いて、検出限界は0.22 µM（3σ基準）として決定された。
• ダム水試料における回収率試験では93%～104%の結果が得られ、実マトリックスにおける高い正確性と信頼性が示された。
• 一般的な共存イオンが存在する環境試料においても、センサーは良好な選択性を示し、最小限の干渉を認めた。
• ポリピロールにEBBを機能ドーパントとして用いることで、電子移動速度および分子認識能の両方が向上した。