Vláknově-optická detekce pH využívající absorpční pH indikátory

Abstract

Měření pH je velmi aktuálním tématem vbiologické a medicínské praxi, protože hodnota pH ovlivňuje mnoho chemických a biochemických procesů. Pro měření pH byla vyvinuta řada metod, využívající elektrochemické a optické principy. Tyto principy jsou využívány vevelké řadě pH senzorů. Zejména senzory vláknově-optické jsou vhodné pro přímá měření pH ve velmi malých objemech i vbuňkách. Optická měření pH však vyžadují opto-chemický převodník, jako jsou absorpční nebo luminiscenční pH indikátory, protože protony, hydroxoniové kationty, nemají optické vlastnosti vhodné pro jejich detekci. Tato diplomová práce je zaměřena na absorpční pH indikátory, jmenovitěmetyloranž abromtymolovou modř, které byly imobilizovány na detekční prvky vpórézních křemenných vrstvách připravených metodou sol-gel a nebo zachyceny vpolymerní etylcelulózové vrstvě. Vtéto práci bylozkoumáno více typů detekčních prvků ?mikroskopické sklo, rovné PCS vlákno avlákno ve tvaru písmene U. U těchto detekčních prvků byly změřeny spektrální odezvy vyvolané změnami pH kalibračních roztoků, časová stabilita těchto detekčních prvků i jejich citlivosti kezměnám pH. Byla určena maximální citlivost detekce asi 0,2-0,3 pH-1pro bromtymolovou modř zachycenou vpórézní křemenné vrstvě na U-vlákně. Bylo zjištěno, že odezva detekčních prvků není stabilní, neboť dochází ke změnám indexu lomu detekčních vrstev a tím i ke změnám základní linie. V prácibyl otestován nevlastní vláknově-optický senzor pro detekci pH slin spomocí pH indikátoru bromtymolová modř. Tento senzor umožnil spolehlivě měřit pH slin asi do pH=7

Measurements of pH represent actual topic in biology and medicine, because values of pH affect many chemical and biochemical processes. For pH measurements different methods based on electrochemical and optical principles have been developed. These principles are used inanumber of pH sensors. Especially, fiber-optic sensors are suitable for direct pH measurements in very small volumes or even in the cells. Optical measurements of pH, however, require an opto -chemical transducer, such as absorption or luminescence pH indicators, because protons, hydronium ions, haven't optical properties suitable for their detection. This thesis is focused on absorption pH indicators, namelymethyl orange and bromothymol blue immobilized ondetectionelements in porous silica thin films prepared by sol-gel method orinethylcellulose polymer layers. In this thesis three types of detection elements are tested -microscopic slides, straight PCS fibers and U-shaped fibers. These detection elements were characterized by measuring their spectral response induced by pH changes of buffer solutions. Calibration curves and detection sensitivities of the elements were determined from these spectral responses. A maximum sensitivity of about 0,2-0,3 pH-1was determined for a dtection elements based on a U-shaped fiber and detection lazer of bromothymol blue in porous silica. However, ithas been found that the detection sensitivity, the refractive index and baseline of tested detection layersexhibit sufficient temporal stability in solutions. An extrinsic fiber-optic sensor has been successfully tested for the pH detection saliva using pH indicator bromothymol blue. This sensor made it possible to reliably measure the pH of saliva to about pH 7.