V této práci byly testovány různé nanomateriály pro elektrochemickou detekci herbi-cidního přípravku metazachlor (MTZC). Principem detekce je zaznamenání oxidačně re-dukčních reakcí analytu na povrchu elektrod ze skelného uhlíku (GCE) modifikovaných nanomateriály na bázi grafenoxidu (GO) a MXene integrovanými s nanočásticemi Ag. Pro MTZC doposud nebyla publikována žádná studie popisující metodu jeho elektrochemické detekce. Analyt byl stanovován ve vodných roztocích NaOH bez přítomnosti environmen-tální matrice. Z naměřených a zpracovaných dat byly vyvozeny závěry, že modifikované elektrody v kombinaci s nanočásticemi Ag (GOAg a MXAg) reagují na přítomnost a změny koncentrací analytu v elektrolytu podstatně lépe než samotné GO a MXene. Největší citlivost ze všech měřených elektrod byla zaznamenána u elektrody GCE modifikované disperzí GOAg, kdy z kalibrační křivky lineární v rozsahu 0 - 312 mg/l byl vypočten limit detekce 6,59 mg/l a citlivost 1,0537 A l mg-1 . cm-2. Zjištěná hodnota LOD sice není dostatečná pro splnění a přiblížení se limitům maximální koncentraci pesticidů v pitné vodě (0,1 g/l) stanovených českou vyhláškou 252/2004 Sb, nicméně snížení LOD by bylo při dalších experimentech možno dosáhnout např. změnou uspořádání měřícího systému či extenzivnější optimalizací procesu přípravy nanomateriálů.
Annotation in English
In this diploma thesis were tested various nanomaterials for electrochemical detection of herbicide preparation namely metazachlor (MTZC).. The principe of the detection is the record of oxidation-reduction reactions of analyte on the surface of glassy carbon electrodes (GCE) modificed by nanomaterials based on graphene oxide (GO) and MXene integrated with Ag nanoparticles, due to their favourable catalytic properties. This is the first study on electrochemical detection method for metazachlor so far. The analyte was determinated in aqueous NaOH solution without the presence of environmental matrix. From the measured and evaluated data the conclusions were made that Ag nanoparticles-modified GCE responded to the presence and changes of analyte concentration significant-ly better than pristine GO or MXene. The higest sensitivity exhibite the GCE modified with GOAg dispersion where the calibration curve was linear between 0 and 312 mg/l with detection limit LOD = 6,59 mg/l and the sensitivity of 1,0537 A/mg.cm2. Although the determined LOD is not sufficient according to the maximum limites concetration of pesti-cides (0,1 ug/l) in drinking water stipulated by Czech Decree 255/2004 Coll, it can be fur-ther decreased for example by changing the measurement setup or more extensive optimi-zation of nanomaterial preparation methods.
V této práci byly testovány různé nanomateriály pro elektrochemickou detekci herbi-cidního přípravku metazachlor (MTZC). Principem detekce je zaznamenání oxidačně re-dukčních reakcí analytu na povrchu elektrod ze skelného uhlíku (GCE) modifikovaných nanomateriály na bázi grafenoxidu (GO) a MXene integrovanými s nanočásticemi Ag. Pro MTZC doposud nebyla publikována žádná studie popisující metodu jeho elektrochemické detekce. Analyt byl stanovován ve vodných roztocích NaOH bez přítomnosti environmen-tální matrice. Z naměřených a zpracovaných dat byly vyvozeny závěry, že modifikované elektrody v kombinaci s nanočásticemi Ag (GOAg a MXAg) reagují na přítomnost a změny koncentrací analytu v elektrolytu podstatně lépe než samotné GO a MXene. Největší citlivost ze všech měřených elektrod byla zaznamenána u elektrody GCE modifikované disperzí GOAg, kdy z kalibrační křivky lineární v rozsahu 0 - 312 mg/l byl vypočten limit detekce 6,59 mg/l a citlivost 1,0537 A l mg-1 . cm-2. Zjištěná hodnota LOD sice není dostatečná pro splnění a přiblížení se limitům maximální koncentraci pesticidů v pitné vodě (0,1 g/l) stanovených českou vyhláškou 252/2004 Sb, nicméně snížení LOD by bylo při dalších experimentech možno dosáhnout např. změnou uspořádání měřícího systému či extenzivnější optimalizací procesu přípravy nanomateriálů.
Annotation in English
In this diploma thesis were tested various nanomaterials for electrochemical detection of herbicide preparation namely metazachlor (MTZC).. The principe of the detection is the record of oxidation-reduction reactions of analyte on the surface of glassy carbon electrodes (GCE) modificed by nanomaterials based on graphene oxide (GO) and MXene integrated with Ag nanoparticles, due to their favourable catalytic properties. This is the first study on electrochemical detection method for metazachlor so far. The analyte was determinated in aqueous NaOH solution without the presence of environmental matrix. From the measured and evaluated data the conclusions were made that Ag nanoparticles-modified GCE responded to the presence and changes of analyte concentration significant-ly better than pristine GO or MXene. The higest sensitivity exhibite the GCE modified with GOAg dispersion where the calibration curve was linear between 0 and 312 mg/l with detection limit LOD = 6,59 mg/l and the sensitivity of 1,0537 A/mg.cm2. Although the determined LOD is not sufficient according to the maximum limites concetration of pesti-cides (0,1 ug/l) in drinking water stipulated by Czech Decree 255/2004 Coll, it can be fur-ther decreased for example by changing the measurement setup or more extensive optimi-zation of nanomaterial preparation methods.
1. Prostudovat dostupnou literaturu týkající se především elektrochemických metod, možností modifikace elektrod pomocí nanomateriálů (grafenoxid a různé podmínky jeho redukce...) a předúpravy vzorků.
2. Optimalizovat přípravu "glassy carbon" elektrod pro stanovení polutantů (herbicidy, těžké kovy...) v elektrolytu - bez environmentální matrice.
3. Využití optimalizované metody - připravených elektrod - k samotným stanovením studovaných analytů v environmentálních vzorcích.
4. Ze získaných dat formulovat konzistentní závěr.
Research Plan
1. Prostudovat dostupnou literaturu týkající se především elektrochemických metod, možností modifikace elektrod pomocí nanomateriálů (grafenoxid a různé podmínky jeho redukce...) a předúpravy vzorků.
2. Optimalizovat přípravu "glassy carbon" elektrod pro stanovení polutantů (herbicidy, těžké kovy...) v elektrolytu - bez environmentální matrice.
3. Využití optimalizované metody - připravených elektrod - k samotným stanovením studovaných analytů v environmentálních vzorcích.
4. Ze získaných dat formulovat konzistentní závěr.
Recommended resources
[1] ARDIZZONE, Silvia et al., 2003. The role of surface morphology on the electrocatalytic reduction of organic halides on mono- and polycrystalline silver. Electrochimica Acta. ScienceDirect, 48, 3789-3796.
[2] VERLATO, Enrico et al., 2011. Synthesis of silver nanowires and their applications in the electrochemical detection of halide. ChemElectroChem. Wiley, 93, 1572-1578.
[3] HE, Wenyan et al., 2018. Reductive dehalogenation of a chloroacetanilide herbicide in a flow electrochemical cell fitted with Ag-modified Ni foams. Journal of Chemical Technology and Biotechnology. Wiley, 3(12), 2084-2092.
[4] Vědecké zdroje zahrnuté v databázích Web of Science, ScienceDirect, SciFinder Scholar, Medline aj.
Recommended resources
[1] ARDIZZONE, Silvia et al., 2003. The role of surface morphology on the electrocatalytic reduction of organic halides on mono- and polycrystalline silver. Electrochimica Acta. ScienceDirect, 48, 3789-3796.
[2] VERLATO, Enrico et al., 2011. Synthesis of silver nanowires and their applications in the electrochemical detection of halide. ChemElectroChem. Wiley, 93, 1572-1578.
[3] HE, Wenyan et al., 2018. Reductive dehalogenation of a chloroacetanilide herbicide in a flow electrochemical cell fitted with Ag-modified Ni foams. Journal of Chemical Technology and Biotechnology. Wiley, 3(12), 2084-2092.
[4] Vědecké zdroje zahrnuté v databázích Web of Science, ScienceDirect, SciFinder Scholar, Medline aj.
