ELECTROCHEMICAL SENSORS FOR SIMULTANEOUS SENSING OF CADMIUM AND LEAD BASED ON IMPRINTED POLYMER AT GRAPHENE OXIDE

Abstract

Chemical sensor for simultaneous measurement of cadmium and lead using imprinted polymer at graphene oxide (GO@IIP) was successfully developed. The GO@IIP was prepared using 4-vinyl-pyridine as a monomer reacted with ethylene glycol dimethacrylate and added glutaraldehyde as was a crosslinking agent. The development was devided into 2 phases. The first one was modified GO@IIP on the suface of glassy carbon electrode for showing the ability of GO@IIP for detection of Cd and Pb. It was found that the developed sensor showed detection limit (DL) of cadmium (Cd) and lead (Pb) at 36.67 and 14.86 ppb with the linear range found for 100 - 10,000 ppb and 25 - 7,000 ppb, respectively. The interferences such as magnesium, nitrate, manganese, chloride, and ferrous were interfered at high concentrations. The second phase was focused on characterization and modification of GO@IIP on screen printed carbon electrode (SPCE). The GO@IIP was characterized using fourier transform infrared spectroscopy, it was found that the spectra of GO@IIP confirmed the successful insertion of the benzimidazole ligand into the polymer. The scanning electron microscope found that the polymer surface was rough and porous while the transmission electron microscope found graphene oxide was coated on the polymer. The energy dispersive X-ray spectroscopy revealed that carbon, nitrogen and oxygen were present in the polymer. For the GO@IIP sensing for Cd and Pb in this phase, it was immobilized on home-made SPCE. The modified GO@IIP/SPCE was studied using the square wave anodic stripping voltammetry. The DL of GO@IIP/SPCE was 610 ppb of Cd and 411 ppb of Pb. The linear calibration for cadmium was 1,000 – 7,000 ppb and for lead was 500 – 5,000 ppb. The interferences such as nitrate, ferrous, calcium and hydrogen phosphate were affected at high concentrations. This sensor was measured for Cd and Pb in tap water and it was found that this sensor provides results comparative to the standard method.

เซนเซอร์ทางเคมีสำหรับการตรวจวัดแคดเมียมและตะกั่วอย่างพร้อมกันโดยใช้โพลีเมอร์ ประทับพิมพ์แอทกราฟีนออกไซด์ (GO@IIP) ที่เตรียมจากมอนอเมอร์ 4-ไวนิล-ไพริดีน ร่วมกับเอทิลีนไกลคอลไดเมทาคริเลท โดยมีกลูตาราลดีไฮด์เป็นสารเชื่อมไขว้โดยทำการศึกษา 2 เฟส เฟสแรกเป็นการนำ GO@IIP มาปรับปรุงบนผิวหน้าขั้วไฟฟ้ากลาสสิคาร์บอน ซึ่งพบว่าเซนเซอร์ที่พัฒนาขึ้นมีคุณลักษณะดังนี้ มีขีดจำกัดการตรวจวัดแคดเมียมและตะกั่วเท่ากับ 36.67 และ 14.86 พีพีบี ตามลำดับ มีความเป็นเส้นตรงสำหรับแคดเมียม 100 – 10,000 พีพีบี สำหรับตะกั่ว 25 – 7,000 พีพีบี สารรบกวน เช่น ไอออนแมกนีเซียม ไนเตรท แมงกานีส คลอไรด์ และเฟอร์รัส มีการรบกวนที่ความเข้มข้นสูง เมื่อพบว่า GO@IIP สามารถใช้เป็นเซนซิงได้จึงนำมาศึกษาเฟส 2 โดยทำการศึกษาคุณลักษณะของวัสดุ GO@IIP โดยใช้เทคนิคฟูเรียร์ทรานส์ฟอร์มอินฟราเรดสเปกโตรสโคปี พบว่าสเปกตรัม ของ GO@IIP ยืนยันการแทรกของลิแกนด์เบนซิมิดาโซลในโพลีเมอร์ได้สำเร็จ เมื่อนำไปทดสอบด้วยกล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนแบบส่องกราด พบว่าบนพื้นผิวโพลีเมอร์มีความหยาบและมีรูพรุน ส่วนการทดสอบด้วยกล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนแบบส่องผ่าน พบว่ามีกราฟีนออกไซด์เคลือบอยู่บนโพลีเมอร์ที่สังเคราะห์ และเทคนิคการวัดการกระจายพลังงานของรังสีเอกซ์พบว่ามีธาตุ คาร์บอน ไนโตรเจน และออกซิเจนอยู่ในโพลีเมอร์ สำหรับการนำ GO@IIP มาเป็นเซนซิงสำหรับแคดเมียมและตะกั่วบนขั้วไฟฟ้าพิมพ์สกรีน เฟสนี้ได้ทำการสร้างขั้วไฟฟ้าพิมพ์สกรีนขึ้นแล้วปรับปรุงขั้วไฟฟ้าด้วย GO@IIP และนำไปวิเคราะห์ด้วยเทคนิคสแควร์เวฟแอโนดิกสทริปปิงโวลแทมเมทรี พบว่าสามารถวิเคราะห์แคดเมียมและตะกั่วได้พร้อมกัน มีค่าขีดจำกัดการตรวจวัดของแคดเมียมเท่ากับ 610 พีพีบี และตะกั่ว 411 พีพีบี ช่วงความเป็นเส้นตรงสำหรับแคดเมียม 1,000 - 7,000 พีพีบี สำหรับตะกั่ว 500 – 5,000 พีพีบี สารรบกวนที่ใช้ในการทดสอบมีผลการรบกวนที่ความเข้มข้นสูง ได้แก่ ไนเตรท เฟอร์รัส แคลเซียม และไฮโดรเจนฟอตเฟส เซนเซอร์นี้ได้ถูกนำไปตรวจวัดในตัวอย่างน้ำประปา จากผลการวิเคราะห์พบว่าเซนเซอร์นี้ให้ผลการวิเคราะห์ใกล้เคียงกับวิธีมาตรฐาน