ELECTROCHEMICAL DETECTOR WITH ELECTRODES ARRAY AND ROTATING DISK

Ing. Zuzana SAJDLOVÁ

Doctoral thesis

Abstract:

Předkládaná disertační práce se zabývá testováním a optimalizací hydrodynamických podmínek elektrochemického detektoru, který sestává z průtočné cely, do níž se vkládá elektrochemický senzor s polem elektrod. Průtočná cela obsahuje rotační člen ve tvaru disku, který umožňuje radiální tok analyzované látky podél elektrod senzoru. Tento princip tedy napodobuje rotační diskovou elektrodu, s tím rozdílem, že zde jsou elektrody nepohyblivé. Hydrodynamické jevy jsou v tomto případě podobné s RDE. Proto se teoretická část práce podrobně zabývá hydrodynamikou a přenosem hmoty pro již popsaný případ rotační diskové elektrody. V průběhu řešení bylo zjištěno, že ve stávajícím uspořádání dochází za určitých podmínek i při laminárním proudění ke zpětnému toku analytu z výstupního kanálu k senzoru. To způsobuje nelineární odezvu elektrod a jejich malou reprodukovatelnost. Řešením je podstatné snížení vzdálenosti mezi rotačním členem a povrchem elektrod a také snížení rychlosti proudění analyzované kapaliny k senzoru. Byl navržen a otestován nový typ senzoru s elektrodami ve tvaru soustředných kruhů, který čtyřnásobně zvýšil konverzi analytu oproti původně testovanému senzoru AC9 s elektrodami ve tvaru plných kruhů ležících na společné kružnici. Využitím tohoto senzoru, upravením průtočné cely a snížením rychlosti vstupního toku lze dle výpočtů dosáhnout až 100% konverze analytu na rovinné elektrodě. Detektor byl připojen ke kapalinovému chromatografu a jeho funkce byla testována na dvou látkách ? kyselině askorbové a dopaminu. Pro stávající detektor byly stanoveny parametry: dynamický rozsah, linearita, šum, limit detekce, časová konstanta a rozsah teplot, ve kterém lze detektor provozovat.

Abstract:

The thesis deals with the testing and optimization of hydrodynamic conditions of the electrochemical detector, which consists of a flow cell containing the electrochemical sensor with an array of electrodes. The flow cell includes a rotating disc-shaped component, which allows radial flow of analytes along the sensor electrodes. This principle imitates the rotating disk electrode, with the difference that here the electrodes are immobile. Hydrodynamic phenomena in this case are similar to RDE. Therefore, the theoretical part of my work deals with hydrodynamics and mass transfer for the well-described case of rotating disk electrode. It was found that in the current set-up under certain conditions, an analyte flowed back from the output cell channel to the sensor, even at the laminar flow. This causes a nonlinear response of the electrodes and their low reproducibility. The solution is to reduce the distance between the rotation component and the electrodes surface and reduce flow speed of analyzed liquid towards the sensor. A novel type of sensor with annular electrodes was designed and tested. It showed four times higher conversion rate of the analyte compared with the originally used AC9 electrochemical sensor having electrodes in the form of full circles lying on a circumference of a common circle. Based on calculations, conversion of the analyte on the plane electrode can be increased up to 100% when using this annular sensor, adjusting flow cell and reducing of the input flow rate. The detector was connected to the liquid chromatograph and its function was tested on two substances - ascorbic acid and dopamine. For the current detector these parameters were set: dynamic range, linearity, noise, detection limit, time constant and the temperature range at which the detector can be operated.

Keywords

elektrochemický detektor, pole elektrod, rotující disk, elektrochemický senzor, hydrodynamika, kapalinová chromatografie, přenos hmoty, RDE, kyselina askorbová, dopamin

Language used: English

Date on which the thesis was submitted / produced: 12. 11. 2010

Identifier: 12634

Thesis defence

• Supervisor: doc. RNDr. Jiří Masojídek, CSc.

UNIVERSITY OF SOUTH BOHEMIA IN ČESKÉ BUDĚJOVICE

Institute of Physical Biology

Doctoral programme / field:
Physics / Biophysics