Simultaneous extraction and colorimetric detection of ions using gel electromembrane

การสกัดพร้อมกับการตรวจวัดเชิงสีของไอออนโดยใช้เจลอิเล็กโทรเมมเบรน

Name: Ali Sahragard

Abstract: A total integrated electrocolorimetric sensing approach consisting of gel-based electromembrane extraction and colorimetric detection in one-step process was developed. This system was designed using colorimetric reagents preadded to the agarose gel for the determination of the following two model analytes: iodide for negative ions and nickel for positive ions. In this system, when a voltage was applied, the analytes were extracted and transferred from the sample solution (donor phase) to the gel (acceptor phase). The analytes then simultaneously reacted with the colorimetric reagents inside the gel, yielding blue and pink colors for iodide and nickel ions, respectively. These colors were then analyzed using a portable spectrometer for iodide detection and smartphone for nickel detection, which could also be distinguished with the naked eye. Parameters affecting the extraction efficiency were studied and optimized for both analytes. The gel composition for iodide detection was 4% (w/v) agarose, 5% (v/v) H2O2, and 1% (w/v) starch in 2 mM HCl. The gel composition for nickel detection was 3% (w/v) agarose and of 50% (%v/v) of 1:1 Dimetylglioxime (0.03 mM): Ammonia (80 mM) in agarose gel. Iodide and nickel were extracted at applied potentials of 50 and 70 V, and extraction time of 15 and 5 min and a stirring rate of 600 rpm, respectively. Under the optimized conditions, the developed systems provided linear responses within 15 min for iodide concentrations ranging from 50 to 250 µg L-1 with a detection limit of 18 µg L-1 and for nickel concentrations ranging from 30 to 750 µg L-1 with a detection limit of 1 µg L-1. Finally, these systems were successfully applied to the determination of iodide in iodide food supplement samples and nickel in chocolate samples, showing a negligible matrix effect. This integration could also be extended to other analytes and detection systems to develop sensitive, simple, and environmentally friendly sensing approaches.

Abstract: งานวิจัยนี้ได้พัฒนาวิธีการตรวจวัดที่รวมขั้นตอนการสกัดด้วยเจลอิเล็กโทรเมมเบรนและการตรวจวัดความเข้มสีในอุปกรณ์เดียวกัน โดยการผสมสารที่ทำให้เกิดสีกับอะกาโรสเจลก่อนนำไปสกัดและตรวจวัดสาร ได้แก่ ไอโอไดด์ตัวแทนสารไอออนลบและนิกเกิลตัวแทนสารไอออนบวก เมื่อมีการให้ศักย์ไฟฟ้าจากภายนอกสารจะถูกสกัดจากชั้นน้ำหรือเฟสให้ไปในชั้นเจลหรือเฟสรับและเกิดปฏิกิริยากับสารที่ทำให้เกิดสีในชั้นอะกาโรสเจล โดยไอโอไดด์จะเกิดปฏิกิริยากับน้ำแป้งให้สีน้ำเงิน และนิกเกิลจะเกิดปฏิกิริยากับไดเมทิลลิออกซีมให้สีชมพูในชั้นเจลตามลำดับ โดยสีที่เกิดขึ้นสามารถสังเกตเห็นได้ด้วยตาเปล่า ความเข้มของสีของไอโอไดด์สามารถตรวจวัดได้ด้วยเครื่องสเปกโตรมิเตอร์ และความเข้มของสีของนิกเกิลสามารถตรวจวัดได้ด้วยเทคนิคการถ่ายภาพจากสมาร์ทโฟน การตรวจวัดไอโอไดด์ในชั้นเจลประกอบได้ด้วย อะกาโรส 4%(w/v), ไฮโดรเจนเพอร์ออกไซด์ 5% (v/v), น้ำแป้ง 1% (w/v) ในกรดไฮโดรคลอลิก 2 มิลลิโมลาร์ การตรวจวัดนิกเกิลในชั้นเจลประกอบด้วย อะกาโรส 3%(w/v) และสารละลายผสมไดเมทิลลิออกซีมกับ 0.03 มิลลิโมลาร์ แอมโมเนียในอัตราส่วน 1:1 การสกัดใช้ศักย์ไฟฟ้า 50 และ 70 โวลต์ ใช้เวลา 15 และ 5 นาทีสำหรับไอโอไดด์และนิกเกิลตามลำดับ และใช้อัตราในการกวน 600 รอบต่อนาทีสำหรับทั้งไอโอไดด์และนิกเกิล วิธีนี้สามารถใช้ตรวจวัดไอโอไดด์ในช่วงความเข้มข้น 50 ถึง 250 ไมโครกรัมต่อลิตร และมีค่าขีดจำกัดในการตรวจวัดที่ 18 ไมโครกรัมต่อลิตร และวิธีนี้สามารถใช้ตรวจวัดนิกเกิล ในช่วงความเข้มข้น 30 ถึง 750 ไมโครกรัมต่อลิตรและมีค่าขีดจำกัดในการตรวจวัดที่ 1 ไมโครกรัมต่อลิตร วิธีการตรวจวัดนี้สามารถนำไปตรวจวัดปริมาณไอโอไดด์ในอาหารเสริมและตรวจวัดปริมาณนิกเกิลในช็อกโกแลตได้โดยไม่มีการรบกวนจากเมทริกซ์ในสารตัวอย่าง วิธีการนี้มีการใช้งานที่ง่ายและเป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อม และสามารถนำแนวทางนี้ไปพัฒนาสำหรับตรวจวัดสารชนิดอื่นได้

Chulalongkorn University. Office of Academic Resources

Address: BANGKOK

Email: cuir@car.chula.ac.th

Name: Pakorn Varanusupakul

Role: Advisor

Created: 2022

Modified: 2024-01-08

Issued: 2024-01-08

วิทยานิพนธ์/Thesis

application/pdf

eng

DegreeName: Doctor of Philosophy

Level: Doctoral Degree

Descipline: Chemistry

Grantor: Chulalongkorn University

©copyrights Chulalongkorn University

ลำดับที่.	ชื่อแฟ้มข้อมูล	ขนาดแฟ้มข้อมูล	จำนวนเข้าถึง	วัน-เวลาเข้าถึงล่าสุด
1	6273040023.pdf	2.1 MB

ใช้เวลา

0.028254 วินาที