[논문 리뷰] Voltammetric Determination of Paraquat Using Graphite Pencil Electrode Modified with Doped Polypyrrole

Maryam Sayyahmanesh, Sara Asgari외 2명|arXiv (Cornell University)|2016. 04. 26.

Paraquat toxicity studies and treatments인용 수 6

한 줄 요약

이 연구는 페라쿼트의 voltammetric 함량을 측정하기 위해 에리크로옴 파랑검은 B(EBB) 도핑된 폴리피롤로 수정된 분자 인식 그래프트 연필 전극을 제시한다. 이 센서는 향상된 전기화학적 활성도를 보이며, 5–50 µM의 선형 범위와 0.22 µM의 검출 한계를 달성하였고, 댐 물 샘플에서 높은 복원도(93–104%)를 보이며 실제 환경 분석에의 적용 가능성을 확인하였다.

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%.

연구 동기 및 목표

• 환경 샘플 내 페라쿼트 검출을 위한 선택적이고 민감한 전기화학적 센서 개발
• 페라쿼트를 템플릿으로 사용하여 그래프트 연필 전극의 전기화학적 활성도 향상
• 기능성 도핑제로 에리크로옴 파랑검은 B(EBB)를 사용한 도핑된 폴리피롤(Ppy)을 이용한 센서 반응 최적화
• 복잡한 간섭 조건 하에서 실제 수질 샘플(예: 댐 물)에서 센서 성능 검증
• 환경적 조건에서 페라쿼트 모니터링을 위한 저비용이고 신뢰할 수 있는 방법 수립

제안 방법

• 기능성 도핑 이온으로 에리크로옴 파랑검은 B(EBB)를 함유한 상태에서 전기화학적 중합을 통해 폴리피롤(Ppy)의 얇은 필름을 그래프트 연필 전극(GPE)에 형성하였다.
• 전극 침착 중 페라쿼트(PQ)를 템플릿 분자로 사용하여 Ppy/EBB 필름 내 분자 인식 칸막이를 형성하였다.
• 결과적으로 형성된 분자 인식 Ppy/EBB/GPE는 순환 및 차등 펄스 voltammetry를 통해 페라쿼트에 대한 전기화학적 반응을 평가하였다.
• 스캔 속도 및 전위 범위와 같은 센서 반응에 영향을 미치는 주요 매개변수는 차등 펄스 voltammetry를 이용해 체계적으로 최적화되었다.
• 공통적인 간섭 물질 존재 조건과 실제 댐 물 샘플에서 센서의 선택성 및 복원도가 평가되었다.
• 검출 한계 및 선형 동적 범위는 차등 펄스 voltammetry를 통해 확보된 캘리브레이션 곡선에서 결정되었다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 EBB로 도핑된 Ppy로 수정된 그래프트 연필 전극이 페라쿼트의 선택적 인식 및 함량 측정에 효과적으로 사용될 수 있는가?
• RQ2 페라쿼트를 템플릿으로 사용한 분자 인식이 센서의 전기화학적 반응을 어떻게 향상시키는가?
• RQ3 민감도와 선택도를 최대화하는 데 최적의 실험 조건 조합은 무엇인가?
• RQ4 복잡한 실제 환경 매트릭스(예: 댐 물)에서 센서는 어떻게 성능을 발휘하는가?
• RQ5 물 용액 내 페라쿼트에 대해 제안된 센서의 검출 한계와 선형 범위는 무엇인가?

주요 결과

• 분자 인식 Ppy/EBB/GPE 센서는 비인식 전극에 비해 페라쿼트에 대해 현저히 향상된 전기화학적 활성도를 보였다.
• 센서는 페라쿼트에 대해 5에서 50 µM의 선형 동적 범위를 확보하였으며 결정 계수(R²)는 0.9939였다.
• 차등 펄스 voltammetry를 사용하여 검출 한계는 0.22 µM(3σ)로 결정되었다.
• 댐 물 샘플에서의 복원도 연구 결과는 93%에서 104% 사이로, 실제 매트릭스에서의 높은 정확도와 신뢰성을 나타내었다.
• 공통적으로 존재하는 이온이 환경 샘플에 존재하더라도 센서는 양호한 선택도를 보였다.
• 폴리피롤에 EBB를 기능성 도핑제로 사용함으로써 전자 이동 속도와 분자 인식 능력이 모두 향상되었다.