Page 1
REPUBLIKA E SHQIPERISË
UNIVERSITETI I TIRANËS
FAKULTETI I SHKENCAVE TË NATYRËS
DEPARTAMENTI I KIMISË
Disertacion Për gradën shkencore:
“DOKTOR”
PËRDORIMI I TEKNIKAVE ELEKTROKIMIKE
EFIKASE PËR PËRCAKTIMIN E KOMPONIMEVE
FENOLIKE
Kandidat Udhëheqës Shkencor
Nevila Broli Prof. Dr. Majlinda Vasjari
Tiranë, 2014
Përmbledhje
Në këtë desertacion janë përgatitur dhe studiuar biosensorë enzimatikë bazuar në pastën e karbonit për përcaktimin e komponimeve fenolike. Janë përdorur inde të papërpunuara të bananes, mollës, kërpudhës, patates dhe dardhës, si burim i enzimës polifenoloksidazë (PPO) për modifikimin e elektrodës pastë karboni. Sjellja elektrokimike e biosensoreve pastë karboni e modifikuar me lloje të ndryshme indesh bimore është krahasuar me atë të elektrodës pastë karboni e pamodifikuar. Është optimizuar raporti ndërmjet komponentëve përbërës të materialit elektrodik (pudër karboni-ind bimor-parafinë) bazuar në sjelljen elektrokimike të biosensorëve duke përdorur teknikat SCV (Voltametri me shkallë kuadratike) dhe SWV (voltametria me valë kuadratike), në tretësirë buferike 0.1 M, pH 7. Bazuar në ndjeshmëritë, koeficientët e korrelacionit të lakoreve të kalibrimit dhe të rrymës së sfondit përbërja optimale e materialit elektrodik ka rezultuar: 1.000 g pudër karboni - 280 μl parafinë - 0.100 g ind bimor. Efekti i përmasave të grimcës së pudrës së karbonit është studiuar për të optimizuar materialin elektrodik me performancë më të mirë elektroanalitike në përcaktimin e fenoleve me teknikën voltametrike. U ndërtuan dhe u testuan 5 elektroda pastë karboni modifikuar me ind banane duke përdorur 5 fraksione të ndryshme të pudrës së karbonit (0.5-0.2 mm, 0.2-0.16 mm, 0.16-0.09 mm, 0.09-0.071 mm, 0.071- 0.056 mm). Përgjigje më e mirë për sa i përket ndjeshmërisë (b=1.65 µA/ppm), zonës lineare (1.4 ppm–15.7 ppm) dhe koeficientit të korrelacionit (R2= 0.9981) merret kur përdorim fraksionin e grimcave të pudrës së karbonit 0.09-0.071 mm. Është studiuar gjithashtu aktiviteti i enzimës PPO marrë nga 4 pjesë të veçanta të trupit (a, b, c, d fig 8.8 ) të kërpudhës. Biosensori EPKK modifikuar me indin e marrë në pjesën a rezultoi me një aktivitet enzimatik dhe rrjedhimisht ndjeshmëri më të lartë kundrejt substratit katekol (b=1.42 µA/ppm). Nga studimi i biosensorëve të modifikuar me inde të papërpunuar të bananes, kërpudhës dhe mollës kundrejt komponimeve të ndryshme fenolike, ka rezultuar se analitë të preferuar për enzimën PPO e marrë nga inde të ndryshme bimore si modifikues në elektrodat pastë karboni janë komponimet mono dhe difenolike zëvendësuar në pozicionin orto dhe para. Është vlerësuar performanca analitike për 5 biosenorët enzimatikë (EPKB, EPKK, EPKM, EPKD, EPKP) kundrejt analitëve katekol dhe fenol. Biosensori pastë karboni modifikuar me ind banane ka dhënë një performancë analitike më të mirë përsa i përket ndjeshmërisë (b=2.32 µA/ppm) , kufirit të diktimit ( KD= 0.1 mg/L) dhe shmangies standarde (s=0.08), kundrejt substratit katekol. Për përmisimin e sinjalit analitik të biosensorëve enzimatik është përgatitur dhe studiuar elektroda me pastë karboni të modifikuar me ind kërpudhe dhe nanogrimca ari (EPKK-nAu). Sjellja elektrokimike e saj u krahasua me sjelljen elektrokimike të: elektrodës së pamodifikuara, të modifikuar vetëm me nanogrimca ari dhe të modifikuar vetëm me ind kërpudhe. Elektroda EPKK-nAu rezultoi me ndjeshmëri më të lartë ndër 4 elektrodat, përkatësisht b=0.64 µA/ppm dhe me kufi diktimi më të ulët 0.14 mg/L (S/n=3) në tretësirë standarde të katekolit. Rezultatet e përftuara treguan se biosensori EPKB mund të përdoret për përcaktimin e komponimeve fenolike në mostra reale si çaj, kafe dhe ujëra nëntokësorë. Fjalët kyçe: Biosensor, pastë karboni, ind bimor, polifenol oksidazë (PPO), komponime fenolike, Voltametri ciklike.
Abstract
In this dissertation it was prepared and studied the enzymatic carbon paste biosensor for determination of phenolic compounds. The crude tissues of banana, apple, mushroom, potato, pear plant are used as a source of polyphenol osidase (PPO) enzyme for modification of carbon paste electrode. The electrochemichal response of carbon paste electrode modified with different kind of plant tissue was comaperd with unmodified electrode. The ratio between components (carbon - tissue - paraffin) it was optimize based on electrochemical response of biosensors using SCV technique (Stare Case Voltammetry) and SWV, (Square Walve Voltammetry) in 0.1 M buffer solution, pH 7. Based on sensitivity, correlation coefficients of calibration graphs and the background current the optimal composition of electrodic material has resulted: 1.000 g graphite powder-280 μl paraffin-0.100 g plant tissue. The effect of particles size in carbon powder was studied in order to optimize the electrodic material with the best electroanalytichal performance for voltammetric determination of phenolic. It was constructed and studied 5 carbon paste electrode modified with banana tissue using 5 different fraction particles of carbon powder (0.5-0.2mm, 0.2-0.16mm, 0.16-0.09mm, 0.09-0.071 mm,0.071- 0.056mm). The best result regarding the sensitivity (b=1.65 µA/ppm), linear range (1.4 ppm-15.7 ppm) and correlation coefficient (R2= 9981) were obtained when were used graphite powder with size of particles 0.09-0.071mm. It was also studied the activity of the PPO taken from four separated sections (a, b, c, d fig 8.8) of mushroom body. The biosensor modified with mushroom tissue (EPKK) taken in section a resulted with a enzymatic activity and consequently with high sensitivity toward catechol substrat (b =1.42 µA/ppm). From the biosensors study modified with crude tissue of banana, apple and mushroom toward different phenolic compounds, has resulted that prefered analyte for PPO enzyme taken from different kind of plant tissue as modifier in carbon paste electrode are mono and di-phenolic compounds occupied in orto and para position. The analytical performance of five enzymatic biosensors (EPKB, EPKK, EPKM, EPKD, EPKP) was evaluated versus catechol and phenol analyte.The carbon paste baiosensor modified with banana tissue has given the best analytichal performance regarding the sensitivity (b=2.32 µA/ppm), detection limit (KD=0.1 mg/L) and standard deviation (s=0.08), toward catechol substrate. In order to impove the analytical signal of enzymatic biosensors is prepared and studed carbon paste electrode modified with mushroom tissue and Au nanoparticles (EPKK-nAu). Her electrochemical behavior is compared with: electrochemical behavior of unmodified electrode, modified only with Au nanoparticles and modified only with mushroom tissue. The EPKK-nAu electrode resulted with the highest sensitivity among 4 electrode, respectively b=0.64 µA/ppm and with a low detection limit 0.14 mg/L (S/n=3) in chatecol standard solution. The obtained results showed that the carbon paste electrode modified with banana crude tissue (EPKB) can be used for determination of phenolic compounds in real seample like: green tea, coffee and underground water.
Keywords: Biosensor, carbon paste, plant tissue, polyphenol osidase (PPO), phenolic compounds, cyclic voltammetry
PËR
DO
RIM
I I TE
KN
IKAV
E E
LE
KT
RO
KIM
IKE
EFIK
ASE
PËR
PËR
CA
KT
IMIN
E K
OM
PON
IME
VE
FEN
OL
IKE
Nevila B
roli
Page 2
Përdorimi i teknikave elektrokimike efikase për përcaktimin e komponimeve fenolike
2014
i
REPUBLIKA E SHQIPERISË
UNIVERSITETI I TIRANËS
FAKULTETI I SHKENCAVE TË NATYRËS
DEPARTAMENTI I KIMISË
Disertacion Për gradën shkencore:
“DOKTOR ”
PËRDORIMI I TEKNIKAVE ELEKTROKIMIKE
EFIKASE PËR PËRCAKTIMIN E KOMPONIMEVE
FENOLIKE
Kandidat Udhëheqës Shkencor
Nevila Broli Prof. Dr. Majlinda Vasjari
Tiranë, 2014
Page 3
Përdorimi i teknikave elektrokimike efikase për përcaktimin e komponimeve fenolike
2014
ii
REPUBLIKA E SHQIPERISË
UNIVERSITETI I TIRANËS
FAKULTETI I SHKENCAVE TË NATYRËS
DEPARTAMENTI I KIMISË
Disertacion
TEMA: “PËRDORIMI I TEKNIKAVE ELEKTROKIMIKE
EFIKASE PËR PËRCAKTIMIN E KOMPONIMEVE
FENOLIKE”
Udhëheqës Shkencor: Prof. Dr. MAJLINDA VASJARI
Mbrohet më dt. __________________ para Jurisë:
1. _________________________, Kryetar
2. _________________________, Anëtar (Oponent)
3. _________________________, Anëtar (Oponent)
4. _________________________, Anëtar
5. _________________________, Anëtar
Tiranë, 2014
Page 4
Përdorimi i teknikave elektrokimike efikase për përcaktimin e komponimeve fenolike
2014
i
Falenderime
Vlerësimi dhe mirënjohja ime më e madhe shkon për udhëheqësen time, Prof. Dr.
Majlinda Vasjari, për besimin, vlerësimin, ndihmën, përkushtimin dhe mbështetjen e saj
të pakursyer. Dua ta falenderoj shumë, për këshillat, idetë, udhëzimet që ka dhënë gjatë
gjithë këtij punimi, të cilat kanë qenë mjaft të vlefshme dhe më kanë ndihmuar për
realizimin me sukses të kësaj teze. Ka qenë kënaqësi dhe privilegj për mua që kam pasur
një udhëheqëse të tillë.
Falenderoj stafin e Kimisë Analitike, koleget e mia Prof.As.Alma Shehu, Prof. As.Sonila
Duka, veçanërisht dua të falenderoj Dr. Loreta Vallja për bashkëpunimin dhe ndihmën e
saj për realizimin e një pjese të këtij punimi.
Falenderoj shumë familjen time për mirëkuptimin, mbështetjen dhe përkrahjen që më
kanë dhënë që në propozimet e para të kësaj teze e deri në përfundimin e saj.
Ju Falemnderit!
Page 5
Përdorimi i teknikave elektrokimike efikase për përcaktimin e komponimeve fenolike
2014
ii
Përmbledhje
Në këtë desertacion janë përgatitur dhe studiuar biosensorë enzimatikë bazuar në pastën e
karbonit për përcaktimin e komponimeve fenolike. Janë përdorur inde të papërpunuara të
bananes, mollës, kërpudhës, patates dhe dardhës, si burim i enzimës polifenoloksidazë (PPO)
për modifikimin e elektrodës pastë karboni. Sjellja elektrokimike e biosensoreve pastë
karboni e modifikuar me lloje të ndryshme indesh bimore është krahasuar me atë të
elektrodës pastë karboni e pamodifikuar. Është optimizuar raporti ndërmjet komponentëve
përbërës të materialit elektrodik (pudër karboni-ind bimor-parafinë) bazuar në sjelljen
elektrokimike të biosensorëve duke përdorur teknikat SCV (Voltametri me shkallë
kuadratike) dhe SWV (voltametria me valë kuadratike), në tretësirë buferike 0.1 M, pH 7.
Bazuar në ndjeshmëritë, koeficientët e korrelacionit të lakoreve të kalibrimit dhe të rrymës së
sfondit përbërja optimale e materialit elektrodik ka rezultuar: 1.000 g pudër karboni - 280 μl
parafinë - 0.100 g ind bimor. Efekti i përmasave të grimcës së pudrës së karbonit është
studiuar për të optimizuar materialin elektrodik me performancë më të mirë elektroanalitike
në përcaktimin e fenoleve me teknikën voltametrike. U ndërtuan dhe u testuan 5 elektroda
pastë karboni modifikuar me ind banane duke përdorur 5 fraksione të ndryshme të pudrës së
karbonit (0.5-0.2 mm, 0.2-0.16 mm, 0.16-0.09 mm, 0.09-0.071 mm, 0.071-0.056 mm).
Përgjigje më e mirë për sa i përket ndjeshmërisë (b=1.65 µA/ppm), zonës lineare (1.4 ppm–
15.7 ppm) dhe koeficientit të korrelacionit (R2= 0.9981) merret kur përdorim fraksionin e
grimcave të pudrës së karbonit 0.09-0.071 mm. Është studiuar gjithashtu aktiviteti i enzimës
PPO marrë nga 4 pjesë të veçanta të trupit (a, b, c, d fig 8.8 ) të kërpudhës. Biosensori EPKK
modifikuar me indin e marrë në pjesën a rezultoi me një aktivitet enzimatik dhe rrjedhimisht
ndjeshmëri më të lartë kundrejt substratit katekol (b=1.42 µA/ppm). Nga studimi i
biosensorëve të modifikuar me inde të papërpunuar të bananes, kërpudhës dhe mollës
kundrejt komponimeve të ndryshme fenolike, ka rezultuar se analitë të preferuar për enzimën
PPO e marrë nga inde të ndryshme bimore si modifikues në elektrodat pastë karboni janë
komponimet mono dhe difenolike zëvendësuar në pozicionin orto dhe para. Është vlerësuar
performanca analitike për 5 biosenorët enzimatikë (EPKB, EPKK, EPKM, EPKD, EPKP)
kundrejt analitëve katekol dhe fenol. Biosensori pastë karboni modifikuar me ind banane ka
dhënë një performancë analitike më të mirë përsa i përket ndjeshmërisë (b=2.32 µA/ppm),
kufirit të diktimit (KD= 0.1 mg/L) dhe shmangies standarde (s=0.08), kundrejt substratit
katekol. Për përmisimin e sinjalit analitik të biosensorëve enzimatik është përgatitur dhe
studiuar elektroda me pastë karboni të modifikuar me ind kërpudhe dhe nanogrimca ari
(EPKK-nAu). Sjellja elektrokimike e saj u krahasua me sjelljen elektrokimike të: elektrodës
së pamodifikuara, të modifikuar vetëm me nanogrimca ari dhe të modifikuar vetëm me ind
kërpudhe. Elektroda EPKK-nAu rezultoi me ndjeshmëri më të lartë ndër 4 elektrodat,
përkatësisht b=0.64 µA/ppm dhe me kufi diktimi më të ulët 0.14 mg/L (S/n=3) në tretësirë
standarde të katekolit. Rezultatet e përftuara treguan se biosensori EPKB mund të përdoret
për përcaktimin e komponimeve fenolike në mostra reale si çaj, kafe dhe ujëra nëntokësorë.
Fjalët kyçe: Biosensor, pastë karboni, ind bimor, polifenol oksidazë (PPO), komponime
fenolike, voltametri ciklike.
Page 6
Përdorimi i teknikave elektrokimike efikase për përcaktimin e komponimeve fenolike
2014
iii
Abstract
In this dissertation it was prepared and studied the enzymatic carbon paste biosensor for
determination of phenolic compounds. The crude tissues of banana, apple, mushroom, potato,
pear plant are used as a source of polyphenol osidase (PPO) enzyme for modification of
carbon paste electrode. The electrochemichal response of carbon paste electrode modified
with different kind of plant tissue was comaperd with unmodified electrode. The ratio
between components (carbon - tissue - paraffin) it was optimize based on electrochemical
response of biosensors using SCV technique (Stare Case Voltammetry) and SWV, (Square
Walve Voltammetry) in 0.1 M buffer solution, pH 7. Based on sensitivity, correlation
coefficients of calibration graphs and the background current the optimal composition of
electrodic material has resulted: 1.000 g graphite powder-280 μl paraffin-0.100 g plant tissue.
The effect of particles size in carbon powder was studied in order to optimize the electrodic
material with the best electroanalytichal performance for voltammetric determination of
phenolic. It was constructed and studied 5 carbon paste electrode modified with banana tissue
using 5 different fraction particles of carbon powder (0.5-0.2mm, 0.2-0.16mm, 0.16-0.09mm,
0.09-0.071 mm,0.071- 0.056mm). The best result regarding the sensitivity (b=1.65 µA/ppm),
linear range (1.4 ppm-15.7 ppm) and correlation coefficient (R2= 9981) were obtained when
were used graphite powder with size of particles 0.09-0.071mm. It was also studied the
activity of the PPO taken from four separated sections (a, b, c, d fig 8.8) of mushroom body.
The biosensor modified with mushroom tissue (EPKK) taken in section a resulted with a
enzymatic activity and consequently with high sensitivity toward catechol substrat (b =1.42
µA/ppm). From the biosensors study modified with crude tissue of banana, apple and
mushroom toward different phenolic compounds, has resulted that prefered analyte for PPO
enzyme taken from different kind of plant tissue as modifier in carbon paste electrode are
mono and di-phenolic compounds occupied in orto and para position. The analytical
performance of five enzymatic biosensors (EPKB, EPKK, EPKM, EPKD, EPKP) was
evaluated versus catechol and phenol analyte.The carbon paste baiosensor modified with
banana tissue has given the best analytichal performance regarding the sensitivity (b=2.32
µA/ppm), detection limit (KD=0.1 mg/L) and standard deviation (s=0.08), toward catechol
substrate. In order to impove the analytical signal of enzymatic biosensors is prepared and
studed carbon paste electrode modified with mushroom tissue and Au nanoparticles (EPKK-
nAu). Her electrochemical behavior is compared with: electrochemical behavior of
unmodified electrode, modified only with Au nanoparticles and modified only with
mushroom tissue. The EPKK-nAu electrode resulted with the highest sensitivity among 4
electrode, respectively b=0.64 µA/ppm and with a low detection limit 0.14 mg/L (S/n=3) in
chatecol standard solution. The obtained results showed that the carbon paste electrode
modified with banana crude tissue (EPKB) can be used for determination of phenolic
compounds in real seample like: green tea, coffee and underground water.
Keywords: Biosensor, carbon paste, plant tissue, polyphenol osidase (PPO), phenolic compounds,
cyclic voltammetry.
Page 7
Përdorimi i teknikave elektrokimike efikase për përcaktimin e komponimeve fenolike
2014
iv
PËRMBAJTJA E LËNDËS
Faqe Falenderime i Përmbledhje ii Abstract iii Përmbajtja e lëndës iv Lista e Shkurtimeve vii Lista Tabelave viii Lista e Figurave x Objektivat e Studimit xiii
Hyrje 1
Përmbledhje Historike mbi Pastat e Karbonit 1
1. Kapitulli I
Pastat e Karbonit si Materiale Elektrodike
3
1.1 Pastat e karbonit të pa modifikuara 3
1.1.1 Pudra e karbonit ose grafiti spektroskopik 4
1.1.2 Lidhësi i pastës së karbonit 5
1.2 Përzierja dhe Përgatitja e Pastave të Karbonit 6
1.3 Trajtimi dhe Ruajtja e Pastave te Karbonit 7
1.4 Klasifikimi i Elektrodave Pastë Karboni 7
1.4.1 Tipet tradicionale të elektrodave bazuar në pastat e karbonit 7
2. Kapitulli II
Modifikuesit Biologjik të Pastave të Karbonit
11
2.1 Enzimat 11
2.1.1 Polifenoloksidaza 12
2.2 Biosensorët 13
2.2.1 Biosensori enzimatik 14
2.2.2 Biosensori enzimatik në prani të mediatorit 15
2.2.3 Biosensore enzimatik në prani të nanomatrialeve 15
3. Kapitulli III
Nanogrimcat e Arit
16
3.1 Përdorimet e nanogrimcave të arit 16
3.2 Metodat e prodhimit të nanogrimcave të arit 16
3.2.1 Metoda Turkevich 16
3.2.2 Metoda Brust 17
3.2.3 Metoda Perraut 17
4. Kapitulli IV
Fenolet
18
4.1 Gjëndja në natyrë e komponimeve fenolike dhe rëndësia e përcaktimit të tyre 20
4.2 Metodat të përcaktimit të komponimeve fenolike ne ujra 21
4.2.1 Metoda kolorimetrike 21
4.2.2 Metoda kromatografi e gaztë 21
4.2.3 Kromatografi e lëngët me performancë të lartë(HPLC) 21
4.2.4 Metoda spektroskopike 21
5.
23
Page 8
Përdorimi i teknikave elektrokimike efikase për përcaktimin e komponimeve fenolike
2014
v
Kapitulli V
Voltametria , Bazat dhe Parimet Kryesore
5.1 Rryma në voltametri 24
5.2 Voltametria ciklike 26
5.3 Voltametria pulsive 28
5.3.1 Voltametria me vale kuadratike 28
6. Kapitulli VI
Parametrat e Vlerësimit të Performancës
29
7. Kapitulli VII
Pjesa Eksperimentale
31
7.1 Materiale dhe reagentë 31
7.2 Tretësirat 31
7.3 Aparatura dhe Paisje 32
7.4 Procedura e Përgatitjes të Elektrodave Pastë Karboni 33
7.4.1 Përgatitja e elektrodës pastë karboni (EPK) 33
7.4.2 Elektroda pastë karboni (EPK) modifikuar me ind bimor 34
7.4.3 Elektroda pastë karboni (EPK) modifikuar me ind bimor dhe nanogrimca Au 34
7.5 Përgatitja e Mostrave 37
7.6 Matjet eksperimentale dhe teknikat e përdorura 37
8. Kapitulli VIII
Rezultate dhe Diskutime
38
8.1 Elektroda Pastë Karboni Modifikuar me Ind Banane (EPKB) 38
8.1.1 Ndikimi i enzimës PPO (nga indi i bananes) në përgjigjen e biosensorit (EPKB) 38
8.1.2 Optimizimi i raportit ndërmjet komponentëve përbërës të materialit elektrodik 38
8.1.3 Efekti i granulometrisë së pudrës së karbonit në përgjigjen e biosensorit EPKB 40
8.1.4 Përgjigja e elektrodës EPKB kundrejt komponimeve të ndryshme fenolike 42
8.1.5 Vlerësimi i parametrave të performancës dhe stabiliteti i biosensorit EPKB 46
8.2 Biosensori Pastë Karboni Modifikuar me Ind Kërpudhe (EPKK) 47
8.2.1 Ndikimi i modifikuesit ind kërpudhe në përgjigjen e elektrodës EPKK 47
8.2.2 Optimizimi i raportit ndërmjet komponentëve përbërës të materialit elektrodik
(EPKK)
48
8.2.3 Studimi i Biosensorit të modifikuar me ind kërpudhe EPKK marrë nga pjesë të
ndryshme të trupit të kërpudhës
48
8.2.4 Përgjigja e elektrodës EPKKa kundrejt komponimeve të ndryshme fenolike 50
8.3 Biosensori Pastë Karboni Modifikuar me Ind Molle 51
8.3.1 Optimizimi i raportit ndërmjet komponentëve përbërës të materialit elektrodik
(EPKM)
51
8.3.2 Përgjigja e elektrodës EPKM kundrejt komponimeve të ndryshme fenolike 52
8.4 Biosensori Pastë Karboni Modifikuar me Ind Dardhe 53
8.5 Biosensori Pastë Karboni Modifikuar me Ind Patate 53
8.6 Krahasimi i Biosensorëve Pastë Karboni të Modifikuar me Inde Bimore që
Përmbajnë Enzimën PPO
55
8.7 Studimi i Biosensorit Enzimatik të Modifikuar me nanogrimca -Au 57
8.7.1 Efekti i nanogrimcave të arit si komponent modifikues në biosensorët
enzimatikë
58
8.7.2 Përgjigjia e elektrodave të modifikuara 59
8.7.3 Vlerësimi i parametrave të performancës së EPKKa-nAu 61
8.7.4 Përgjigja e biosensorit enzimatik të modifikuar me nanogrimca të arit (EPKKa-
nAu) kundrejt komponimeve të ndryshme fenolike
62
Page 9
Përdorimi i teknikave elektrokimike efikase për përcaktimin e komponimeve fenolike
2014
vi
8.7.5 Studimi i stabilitetit të biosensorit enzimatik të modifikuar me nanogrimca ari 64
8.8 Aplikimi i Biosensorit EPKB për përcaktimin e Komponimeve Fenolike në
Mostra Reale
65
8.8.1 Përcaktimi i katekolit në çaj dhe kafe me EPKB 65
8.8.2 Aplikimi i Biosensorit EPKB në mostra ujërash nëntokësorë 69
9. Konkluzione 72
10. Bibliografia 74
Page 10
Përdorimi i teknikave elektrokimike efikase për përcaktimin e komponimeve fenolike
2014
vii
LISTA E SHKURTIMEVE
PPO Polifenoloksidaza
EPK Elektroda Pastë Karboni
EPKM Elektroda Pastë Karboni modifikuar me Ind Molle
EPKB Elektroda Pastë Karboni modifikuar me Ind Banana
EPKD Elektroda Pastë Karboni modifikuar me Ind Dardhe
EPKP Elektroda Pastë Karboni modifikuar me Ind Patate
EPKK Elektroda Pastë Karboni modifikuar me Ind Kërpudhe
EPKKa Elektroda Pastë Karboni modifikuar me Ind Kërpudhe (pjesa a)
EPK-Ka-nAu Elektroda Pastë Karboni modifikuar me Ind Kërpudhe dhe nanogrimca Ari
EPKKM Elektroda Pastë Karboni Kimikisht të Modifikuara
EPKE Elektrodat Pastë Karboni Elektroaktive
EPM Elektroda Pikuse e Mërkurit
PK Pastë Karboni
EPK-F-Cr-Me Elektroda Pastë Karboni me Film Kromi Metalik
E-F-Bi Elektroda me Film Bismuthi
EPK-F-Bi Elektroda Pastë Karboni me Film Bismuthi
EPKKM-F-Bi Elektroda Pastë Karboni Kimikisht të Modifikuara me Film Bismuthi
EPK- Bi(s) Elektroda Pastë Karboni me pudër Bismuthi disperse
EPK-Bi2O3 Elektroda Pastë Karboni me Film Okside të ngurta të Bismuthit
VC Voltamograma Ciklike
IUPAC Bashkimi Ndërkombëar i kimisë të Pastër të Aplikuar
EPA Angjensia e Mbrojtjes së Mjedisit
SHSR Shmangia Standarde Relative
KD Kufiri i Diktimit
Page 11
Përdorimi i teknikave elektrokimike efikase për përcaktimin e komponimeve fenolike
2014
viii
LISTA E TABELAVE
Tabela Titulli Nr i
faqes
Tabela 8.1 Parametrat analitikë të biosensorëve të studiuar 39
Tabela 8.2 Parametrat analitikë për 5 fraksionet granulometrike të ndryshme të studiuar
me elektrodën EPKB duke përdorur si analit fenolin
41
Tabela 8.3 Parametrat analitikë të biosensorit EPKB në komponime të ndryshme
fenolike, potenciali aplikohet nga -0.4V në 1V, në tretësirë bufer fosfat (pH
7), shpejtësi skanimi 50 mV/s.
45
Tabela 8.4 Përgjigja relative në (%) e biosensorit kundrejt komponimeve të ndryshme
fenolike.
46
Tabela 8.5 Optimizimi i parametrave të përbërjes së biosensorit 48
Tabela 8.6 Parametrat analitikë të biosensorit në komponime të ndryshme fenolike
50
Tabela 8.7 Raportet e komponentëve përbërës të elektrodave dhe parametrat analitikë
përftuar nga lakorja e kalibrimit të ndërtuar për çdo rast
51
Tabela 8.8 Parametrat të performancës analitike të EPKM në komponime të ndryshme
fenolike
52
Tabela 8.9 Parametrat analitikë të ekuacionit të vijës për EPK dhe EPKD 53
Tabela 8.10 Parametrat analitikë të lakores së kalibrimit për EPK dhe EPKP ku si analit
i studiuar është fenoli
54
Tabela 8.11 Parametrat e performancës së metodës për secilin biosensor të përdorur dhe
rezultatet statistikore të llogaritura nga matjet eksperimentale në tretësira
standarde katekol dhe fenol respektivisht.
55
Tabela 8.12 Përgjigjia relative në (%) duke ju referuar ndjeshmërisë që shfaqin këto 6
elektroda kundrejt fenolit
56
Tabela 8.13 Ndërtimi i elektrodave me pastë karboni të pamodifikuara ose të
modifikuara në raporte të caktuara të matrialeve përbërse të tyre
57
Tabela 8.14 Parametrat analitikë që karakterizojnë ekuacionin e vijës së drejtë të lakores
së kalibrimit përftuar me elektrodat (EPK), (EPK-Ka), (EPK-nAu),
(EPKKa-nAu) në tretësirë standarde katekol.
60
Tabela 8.15 Parametra të performancës si kufiri diktimit dhe shmangia standarde për 4
elektrodat e studiuara
61
Tabela 8.16 Vlerësimi i parametrave të performancës së biosensorit enzimatik i
modifikuar me nanogrimca ari, për tre përqendrime të katekolit në 3.3 ppm,
9.4 ppm dhe 25.45 ppm, në tretësirë bufer fosfat 0.1M (pH=7), amplitudë
me valë kuadratike 30 mV
62
Tabela 8.17 Parametrat analitikë që karakterizojnë ekuacionin e vijës së drejtë në
lakoren e kalibrimit kur përdoret elektroda e modifikuar me ind kërpudhe
dhe nanogrimca ari (EPKKa-nAu) në përcaktimin e një sërë komponimesh
fenolike, në tretësirën bufer fosfati 0.1M (pH=7), në amplitudë 30mV
63
Tabela 8.18 Përgjigja relative e elektrodës EPKKa-nAu shprehur në përqindje për
komponimet fenolike të studiuara
64
Tabela 8.19 Përmbajtja e katekolit në mostra çaji jeshil A, B dhe kafe ekstraktuar me
tretësirë ujore dhe bufer fosfat, analizuar me biosensorin EPKB
67
Tabela 8.20 Rezultatet për rikuperimin e shtesës së katekolit në (%) përftuar me
biosensorin EPKB në 2 mostrat e çajit dhe të kafesë (përgatitur sipas
mënyrës 2)
68
Page 12
Përdorimi i teknikave elektrokimike efikase për përcaktimin e komponimeve fenolike
2014
ix
Tabela 8.21 Krahasimi i metodave të ndryshme të përcaktimit të katekolit 68
Tabela 8.22 Rezultatet eksperimentale të përftuara nga analiza e tre mostrave ujore
(n=3)
70
Tabela 8.23 Rezultatet për rikuperimin e shtesës në (%) përftuar me biosensorin EPKB
në 3 mostra ujore të analizuara dhe për 3 tretësirat standarde: 4-klorfenol, p-
krezol, m-krezol
71
Page 13
Përdorimi i teknikave elektrokimike efikase për përcaktimin e komponimeve fenolike
2014
x
LISTA E FIGURAVE
Figura Ttulli Nr i
faqes
Figura 1.1 Mikrostruktura e pudrës së karbonit spektroskopik (A) “RW-B” dhe
(B) “CR-5”.
4
Figura 1.2 Paisjet dhe hapat a), b), c) për përgatitjen e pastës së karbonit dhe d)
paketimi në elektrodë.
7
Figura 1.3 A), B) Mikrostrukturat e EPK-së së thatë dhe të njomë, voltamogramat ciklike
përkatëse për çiftin red-oks Fe2+
/ Fe3+
8
Figura 1.4 Disa modifikues bimor për pastat e karbonit. 10
Figura 2.1 Procedura më e përdorur për vlerësimin e konstanes së Michaelis–
Menten
12
Figura 2.2 Mekanizmi i përgjithshëm i veprimit të enzimës PPO në substrate
fenolike.
12
Figura 2.3 Kufitë e potencialeve të oksidimit dhe të reduktimit të disa
biokomponetëve
13
Figura 2.4 Paraqitja skematike e veprimit të enzimës në prani të oksigjenit mbi një
substrat
14
Figura 2.5 Paraqitja skematike e veprimit të enzimës në prani të një mediatori mbi
një substrat
15
Figura 2.6 Paraqitja skematike e veprimit të një enzime në prani të nanomatrialeve
mbi një substrat.
15
Figura 3.1 Nanogrimcat e arit të renditura sipas madhësisë së grimcës dhe ngjyrës
përkatëse të tyre.
16
Figura 4.1 Strukturat e 11 fenoleve specifikuar nga (U.S.EPA) Angjensia e
Mbrojtjes Mjedisore e SHBA si ndotësit më të rëndësishëm. (Dionex
Corporation 2008).
19
Figura 4.2 Komponime polifenolike të ulëta. 19
Figura 5.1 Celula për matje voltametrike. 23
Figura 5.2 Mënyra e ndryshimit të potencialit mbi një elektrodë stacionare dhe
lakorja e rrymës në varësi të ndryshimit të potencialit.
27
Figura 5.3 Mënyra e ndryshimit të potencialit të elektrodës se punës në
voltametrinë me puls normal
28
Figura 7.1 Analizieri elektrokimik MEC-12B përdorur për matjet elektrokimike. 32
Figura 7.2 Celula elektrokimike me sistemin tresh të elektrodave 33
Figura 7.3 Elektroda e punës me pastë karboni. 34
Figura 7.4 Ndryshimi i ngjyrës gjatë reduktimit të HAuCl4 nga NaBH4 në
temperaturën e dhomës, gjatë sintezës së nanogrimcave. a) Tretësira e
arit e pastër me ngjyrë të verdhë b) shtimi i reduktuesit NaBH4 c)
ndryshimi i ngjyrës nga e verdhë në të kuqe/vishnje, e cila tregon
formimin e nanogrimcave d),e) formimi i nanogrimcave dhe
intensifikimi i ngjyrës në të kuqe të thellë f) agregimi i nanogrimcave.
35
Figura 7.5 Spektrat UV-VIS të sistemit koloidal të nanogrimcave të Au përftuar
për përqendrime të ndryshme të reduktuesit NaBH4 0.1 M, 1.9 x 10-
4M, , 3.8 x 10-4M, 5.8 x 10-4
M, 9.7 x 10-4
M, 1.6 x 10-3
M, 2.1 x 10-3
M,
4.8 x 10-3
M, 5.7 x 10-3
M.
36
Figura 8.1 Voltamogramat të derivatit të parë përftuar me elektrodën pastë
karboni (EPK) dhe elektrodën pastë karboni modifikuar me ind banane
38
Page 14
Përdorimi i teknikave elektrokimike efikase për përcaktimin e komponimeve fenolike
2014
xi
(EPKB) në përqendrime të ndryshme të fenolit 1) 3.3 ppm 2) 6.6 ppm,
në bufer fosfat 0.1 M pH 7, ndryshim të potencialit 50 mV/s.
Figura 8.2 A) Voltamgramat ciklike të skanuara (SCV) me EPK të modifikuar me
raporte të ndryshme (1; 2; 3; 4 sipas tab.8.1),me përqendrim të fenolit
3.3 ppm B) lakoret e kalibrimit përkatëse për secilën elektrodë, në
bufer fofat pH 7; shpjetësi skanimi 50mV/sek;
39
Figura 8.3. a) Voltamograma të derivatit të parë të elektrodave EPKB përgatitur
me përmasa të ndryshme të pudrës së karbonit, sinjali i fituar në 3.3
ppm fenol në varësi nga granulometria:1)0.5-0.2mm; 2)0.2-0.16 mm;
3)0.16-0.09 mm; 4)0.09-0.071 mm; 5)0.071-0.056 mm, në përqendrim
3.3 ppm fenol, bufer fosfat 0.1M (pH 7), shpejtësi skanimi 50 mV/s;
b)Tregohet sinjali derivativ i përftuar për çdo fraksion (1,2,3,4,5).
40
Figura 8.4 Lakore e kalibrimit të elektrodës me pudër karboni monodisperse 0.09-
0.071 mm, E= 0.78V.
41
Figura 8.5 Voltamogramat e derivatit të parë, përftuar me biosensorin EPKB në
tretësirë: a) 3-nitrofenol, b) 4-nitrofenol, c) hidrokinon, d) katekol, e)
m-krezol, f) p-krezol; në përqendrime të ndryshme 0) bufer, 1) 1.4
ppm, 2) 3.3 ppm, 3) 6.6 ppm, 4) 9.4 ppm, 5) 15.7 ppm, në bufer fosfat
0.1M (pH 7) dhe shpejtësi skanimi 50mV/s.
43
Figura 8.6 Ndjeshmëria e EPKB kundrejt fenolit standard, në ditë të ndryshme 47
Figura 8.7 Voltamogramat ciklike të derivatit të parë në bufer fosfat 0.1 M pH 7,
shpejtësi skanimi 50 mV/s, përftuar nga biosensori i pa modifikuar
EPK (A) dhe i modifikuar EPKK (B), në përqendrime të ndryshme
fenoli: (0) bufer, (1) 1.4 ppm, (2) 3.3 ppm; (3) 6.6 ppm; (4) 9.4 ppm;
(5) 15.7 ppm.
48
Figura 8.8 Kërpudha e përdorur si modifikuese: a) pjesa fundore e kërcellit, b)
pjesa e fletëve anësore, c) pjesa e sipërme e kërcellit, d) pjesa e kësulës
49
Figura 8.9 Lakoret e kalibrimit të biosensorit EPKK të modifikuar me ind
kërpudhë sipas klasifikimit a.b.c.d (fig 8.8.)
49
Figura 8.10 Voltamogramat ciklike regjistruar me EPK dhe EPKP, teknika SCV në
tretësirë fenoli 3.3 ppm, shpejtësi skanimi 50 mV/s.
54
Figura 8.11 Voltamogramat me valë kuadratike të a)elektrodës me pastë karboni të
pamodifikuar (EPK), b)elektrodës me pastë karboni të modifikuar me
ind kërpudhe EPK-Ka, c)elektrodës me pastë karboni të modifikuar me
nanogrimca ari (EPK-Au), d)elektrodës pastë karboni modifikuar me
ind kërpudhe dhe nanogrimca ari (EPK-Ka-nAu), në përqendrime të
ndryshme të katekolit nga 1.4-25.45 ppm, në bufer fosfati 0.1 M
( pH=7), amplituda e valës kuadratike 30 mV.
58
Figura 8.12 Lakoret e kalibrimit përkatësisht për 4 elektrodat, përftuar në tretësirë
standarde të katekolit me përqendrime të ndryshme për, EPK-EPKK
(1.4-15.7 ppm) dhe për EPK-nAu-EPKKa-nAu (1.4-25.45 ppm)
59
Figura 8.13 Voltamograma me valë kuadratike të elektrodës më pastë karboni të
modifikuar me ind kërpudhe dhe nanogrimca ari (EPK-Ka-nAu),
elektroda pastë karboni me nanogrimca ari (EPK-Au), elektroda me
pastë karboni me ind kërpudhe (EPK-Ka) dhe elektroda me pastë
karboni (EPK) në përqendrimin e katekolit 9.4 ppm, në bufer fosfat
0.1M (pH=7) dhe amplitudë të valës kuadratike 30mV.
60
Figura 8.14
Sinjali i matur (rryma) me elektrodën pastë karboni të modifikuar me
nanogrimca ari dhe ind kërpudhe (EPKKa-nAu) në funksion të kohës
64
Page 15
Përdorimi i teknikave elektrokimike efikase për përcaktimin e komponimeve fenolike
2014
xii
(në ditë), në përqendrim të katekolit 9.4 ppm, në bufer fosfat 0.1M
pH=7, amplitudë të valës kuadratike 30mV.
Figura 8.15 Struktura kimike e katekinës 65
Figura 8.16 Mekanizmi i veprimit të enzimës PPO në sipërfaqe të elektrodës mbi
substrate fenolike si katekina që ndodhet në çaj
66
Figura 8.17 Voltamogramat rregjistruar me anë të biosensorit EPKB në 1.mostrat
çaji jeshil (A), (B) dhe kafe. 2. pas shtesës së 50 µL standard katekol,
me amplitudë Sw= 30 mV, me potencial 0.0 - 1.0 V.
66
Figura 8.18 Voltamogramat e rregjistruara me EPKB në mostrat 1, 2, 3 dhe pas
shtesave mbi to të standardeve të komponimeve fenolike.
70
Page 16
Përdorimi i teknikave elektrokimike efikase për përcaktimin e komponimeve fenolike
2014
xiii
OBJEKTIVAT E STUDIMIT
Objekt kryesor i këtij studimi ka qenë ndërtimi i biosensorit enzimatik pastë karboni
modifikuar me inde të ndryshme bimore (si burim i enzimës PPO) për përcaktimin e
komponimeve fenolike. Duke përdorur teknikat voltametrike si SCV (Voltametri me
shkallë kuadratike) dhe SWV (Voltametria me valë kuadratike) është studiuar sjellja
elektrokimike e elektrodave të modifikuara me enzimë bimore dhe selektiviteti
biokatalitik i tyre kundrejt analitëve të ndryshëm fenolikë.
Ndërfutja e indeve bimore (banane, kërpudhë, mollë, dardhë, patate) në elektrodat e
punës pastë karboni katalizon reaksionin e oksidimit të fenoleve në kinone përkatëse.
Kjo për shkak të pranisë së enzimës PPO te këto inde frutash. Sinjali elektrokimik
përftohet nga osksidimi dhe reduktimi i katekol/kinon përftuar në sipërfaqje të
elektrodës. Ky studim tregon se si mund të inkorporohet një material biologjik në
brendësi të materialit elektrodik duke përmisuar ndjeshëm performancën e elektrodës
së punës.
Parametrat analitikë dhe të performancës së biosensorit enzimatik modifikuar me inde
të ndryshme bimore janë vlerësuar duke u bazuar në ndjeshmërinë, zonën lineare të
punës, kufiri i diktimit, riprodhueshmëria, stabiliteti etj.
Gjithashtu sjellja e biosensorit modifikuar me ind kërpudhe është thelluar më tej duke
studiuar shpërndarjen e aktivitetit enzimatik në të gjithë trupin e kërpudhës.
Performanca analitike e tij është vlerësuar në bazë të ndjeshmërisë që shfaq biosensori
ku matjet kryen në tretësirë standarde katekol.
Ndërfutja e një modifikuesi të dytë inorganik (nanogrimca ari) në biosensorin e
modifikuar me ind kërpudhe dhe efekti i tyre në përgjigjen elektrokimike të këtij
biosensori kundrejt komponimeve të ndryshme fenolike ka qënë një tjetër objekt i
këtij studimi. Nanogrimcat e arit luajn një rol të rëndësishëm në trasferimin e
elektronit gjatë reaksioneve elektrodike, kjo konfirmohet me rritjen e sinjalit analitik
dhe zvoglimin e potencialit të oksidimit për komponimet fenolike të studiuara.
Shoqëruar edhe me përmisim të parametrave të performancës së biosensorit në fjalë.
Biosensorët pastë karboni bazuar në inde bimore ofrojnë procedura praktike dhe të
thjeshta për implementimin dhe zhvidhimin e materialeve biologjike biokatalitike
selektive .
Page 17
Përdorimi i teknikave elektrokimike efikase për përcaktimin e komponimeve fenolike
2014
1
Hyrje
Përmbledhje Historike mbi Pastat e Karbonit
Në vitin 1958, Profesor Jaroslav Heyrovsky u vlerësua me çmimin Nobel në kimi dhe metodat
e tij polarografike u bën të njohura në mbarë botën. Ndërkohë Adams raportoi mbi një model
të ri elektrode (Adams, 1958), material i së cilës u përgatit nga përzierja e pudrës së karbonit
me një lidhës inert jo elekroaktiv dhe këto thjesht u quajtën ―pasta karboni‖. Është
interesante fakti se zbulimi i pastave të karbonit ka qenë i lidhur ngushtë me polarografinë e
Heyrovskit dhe elektrodën pikuese të mërkurit (EPM). Disa vite më vonë materialet e para
elektrodike që u eksperimentuan ishin pastat e karbonit dhe zbuluesi i tyre pranoi se idetë e
tij ishin të zbulonte ―elektrodën pikuese të karbonit‖ (Svancara et al, 2009). Ai tregoi se si
një sensor ishte ndërtuar në mënyrë të ngjashme me EPM (elektrodën pikuse të mërkurit),
pra nga një rezervuar mbushur me tretësirë suspense të pudrës së karbonit e lidhur me një
kapilar, bëhej e mundur përftimi i ―elektodës së karbonit‖ me pika periodikisht të
rinovueshme. Autorët shpresuan që kjo elektordë mund të funksiononte në analogji me EPM
për oksidimin anodik të komponimeve organike ku ishte e aplikueshme edhe elektroda
pikuese e mërkurit. Megjithëse praktikisht eksperimentet me elektrodën pikuese të karbonit
dështuan, përzierjet e lart përmendura të pudrës së karbonit përgatitur me një konsistencë më
të fortë e të paketuar në kapilarë, u prezantuan si materiale përbërse për elektrodat e së
ardhmes. Elektrodat pastë karboni (EPK) dhe sensorët që lidhen me to i u nënshtruan
zhvillimeve të mëtejshme në studimet e ardhshme. Ato inspirojnë histori duke treguar
potencialin e elektrokimisë si një e tërë dhe lidhjen me tendencat aktuale.
1959-1963: Fillimet e Pastave të Karboni dhe Aplikimet e para.
Historia e elektrokimisë së EPK-ve është e lidhur me aktivitetin kërkimor të grupit Adams.
Ata postuluan karakteristikat e para, kryesore të pasteve të karbonit dhe disa rregulla mbi
përdorimin e tyre. Aplikimi i tyre është për një fushë tepër të specializuar; kryesisht EPK-të
kanë qenë aplikuar në studimin e mekanizmit të reaksioneve të komponimeve të ndryshme
organike që ndodhin në sipërfaqe të elektrodës (Svancara et al, 2009). Në atë periudhë, kanë
qenë raportuar shumë pak publikime (si rishikime) nga vet Adami dhe autorë të tjerë.
1964,1965: Modifikimet e para të Pastës së Karbonit.
Natyra e përbërë e pastave të karbonit dhe përgatitja e lehtë e tyre ishin padyshim faktorë
nxitës për ndryshimin e vetive të përzierjes dyfishe duke shtuar një komponent tjetër në
përzierje. Sërisht, në laboratorin e Adams (Svancara et al, 2009), u krijuan dy tipe të reja
pastash karbonit. Tipi i parë (Kuwana et al, 1964) përmbante një substancë organike e tretur
në përzierjen e pastës e cila shërbente për studimin e sjelljes së vet elekektrodës,e cila u
konsideruar si një hap pionier në fushën e elektrodave elektroaktive të pastës së karbonit.
Tipi i dytë (Marcoux et al, 1965) ishte përgatitur nga ndërfutja e një modifikuesi në brendësi
të pastës, e cila paraqiti rastin e parë të modifikimit direkt të një EPK-je, e cila rezultoi me
përmisim të performancës së elektrodës.
1974: Prezantimi i Pastave të Karbonit me lidhës Elektrolitik
Zëvendësimi i pastave të karbonit përgatitur me lidhës jo-elektroaktivë me pastat e karbonit
përgatiura me lidhës elektrolitikë (Bauer et al, 1974) bëri të mundur shfaqen e një drejtimi
më specifik të elektrokimisë së elektrodave elektroaktive të pastave të karbonit. Së pari u bë e
mundur studimi i sjelljes red-oks si edhe ndryshimet strukturore dhe morfologjike të
Page 18
Përdorimi i teknikave elektrokimike efikase për përcaktimin e komponimeve fenolike
2014
2
komponimeve inorganike të tretura në elektrolit. Aktualisht, studimet e këtij tipi i përkasin një
fushe specifike e ashtuquajtur elektrokimia e fazës së ngurtë (Scholz and Meyer 1997).
1981-1990:Periudha e Pastave të Karbonit të modifikuara Kimikisht.
Përpjekjet për të përdorur vetitë elektrokimike dhe mekanike të favorshme të pastave të
karbonit në përgatijen e një gjenerate të re sensorësh arriti kulmin në fillimin e viteve 80.
Modifikimi i pastave të karbonit me tretësirë metanolike të dimetilglioksimës (Wang et
al,1992) përfaqëson një moment tjetër historik të EPK-ve. Përpjekjet e para rezultuan në
përdorimin e reagentëve analitikë klasik të cilët shërbyen si modifikues selektiv. Kështu në
kiminë analitike, modifikimi kimik i elektrodave pastë karboni pati shumë sukses (EPKKM), i
cili është raportuar edhe në rishikimet (Kalcher, 1990) e publikuara në atë periudhë. Që nga
ajo periudhë, numri i publikimeve që kishte të bënte me modifikimet kimike të elektrodave
bazuar në pastën e karbonit filloi të rritej ndjeshëm dhe ky trend vazhdoi deri në dekadën e
ardhme, ku do të publikoheshin artikuj të tjerë si rishikime (Svancara et al, 1992 - Kalcher et
al, 1997).
1988: Modifikimi Biologjik i Pastave të Karbonit si Biosensorë Enzimatikë
Me zhvillimin e shpejtë të elektrodave pastë karboni kimikisht të modifikuar (EPKKM), vetitë
elektrokimike dhe mekanike të pastave të karbonit u testuan për përgatitjen e sensorëve të
veçantë që përmbajnë enzimë, e cila na lejon monitorimin e disa reaksioneve enzimatike të
katalizuara nga një substancë biologjike. Zbulimet në këtë drejtim i atribuohen Matuszewski
and Trojanovicz (Matuszewski and Trojanovicz, 1990) të cilët kanë raportuar për elektrodën
pastë karboni EPK të modifikuar me enzimën Gluozë oksidazë. Kjo mënyrë ndërfutje e
enzimës në një material elektrodik menjëherë u tërhoqi vëmendje biokimistëve, kështu
biosensorët enzimatik bazuar në pastat e karbonit ishin zhvilluar me shpejtësi marramendëse.
Në mënyrë retrospektive, ato kanë zënë një pozicion shumë të rëndësishëm në familjen e
EPK-ve ku përfundimisht mund të thuhet se kanë formuar një fushë specifike të pavarur dhe
të ngjashme me pastat e karbonit elektroaktive në elektrokiminë e ngurtë. Një hartë e plotë
duke pasqyruar të gjithë gjenezën e ketij biosensori u paraqit nga Gorton ( Ruzgas et al,
1995), së fundmi janë publikuar edhe artikuj të tjerë nga autorë të ndryshëm (Svancara et al,
2001– Pandey and Panwar, 1998).
1991: Përbërjet e forta të Kabonit konkuruese me Pastat e Karbonit
Ndër kronologjitë e komentuara deri më tani pika e fundit por shumë e rëndësishme është
fillimi i një prirje për të zëvëndësuar pastat e karbonit të buta me materiale të tjera të
karbonit me një konsistencë shumë të fortë të cilat mund të modifikohen lehtësisht (Wang et
al, 1991). Materiale të tilla janë provuar të jenë të përshtatshëm për përgatitjen e elektrodave
të printuara të cilat janë tendenca të reja në fushën e elektrokimisë (Wang, 1994). E gjithë
historia e elektrokimisë me elektroda të bazuara në pastën e karbonit është dokumentuar në
mijëra artikuj origjinal ku rreth 50-100 publikime janë publikuar këto 5 vitet e fundit. Në
periudhën e fundit 1995-2000 janë publikuar përmbledhje të cilat janë me interes të veçantë
në përmbushjen e tendencave aktuale, gjithashtu janë shoqëruar edhe me botime artikujsh të
plotë, si rishikime etj (Kalcher et al, 1995 – Kalcher et al, 1997).
Page 19
Përdorimi i teknikave elektrokimike efikase për përcaktimin e komponimeve fenolike
2014
3
KAPITULLI I
1. PASTAT E KARBONIT SI MATERIALE ELEKTRODIKE
1.1 Pastat e karbonit të pa modifikuara
Për shkak të zhvillimit të shpejtë të tipeve të ndryshme të pastave të karbonit, ishte e
rëndësishme ndërfutja e një modifikimi të ri të përshtatshëm. Klasikisht, të gjithë pastat e
karbonit përkufizoheshin si përzierje të përgatitura nga pudra e karbonit me një tretësirë
organike me karakter jo-elektrolitik. Të tilla përzierje janë klasifikuar si të thjeshta (“pastra”)
ose më shpesh prononcohen si pasta karboni të pamodifikuara (Kalcher et al, 1995 ).
Për një kohë të gjatë, përbërësit kryesorë për përgatitjen e pastave të karbonit ishin një
atomikë dhe praktikisht nuk ishte e nevojshme për ti zëvendësuar me materiale të reja
alternative. Vetitë e kryesore të pastave si përzierje e karbonit spektroskopik me vaj parafine
rezultuan të suksesshme për pjesën më të madhe të aplikimeve, duke përfshirë këtu
modifikimet më të përdorura. Megjithatë viteve të fundit i është kushtuar shumë interes
zbulimeve të reja në këtë fushë. Përbërësi kryesor elektroaktiv i duhur është pudra e karbonit
me grimca të rendit mikro, me një pastërti të lartë dhe shpërndarje uniforme të grimcave.
Materiale të tilla tashmë janë të disponueshme në treg dhe mund të gjenden në markete
përkatësë emërtuar si karbon spektroskopik ose mund të porositen në katalogë të
shpërndarësve të njohur si Aldrich, Sigma, Fluka ose Riedel-de-Haen. Këto produkte
mbizotërojnë në përbërjen e pastave të karbonit të përdorura së fundmi. Zakonisht pudrat e
karbonit nuk paratrajtohen përpara se të përdoren. Disa procedura të përdorura në të kaluarën
të cilat kanë për qëllim uljen e kapacitetit të absorbimit të padëshirueshëm të disa tipe
pudrash karboni të tregtuara ishin shumë më të komplikuara (Lindquist, 1973) në lidhje me
përfitimin që ato sillnin. Parë nga këndvështrimi i ditëve të sotme është shumë më efektive të
kryen disa testime eksperimentale me pastat e reja të përgatitura se sa të përcaktohet
kapaciteti absorbimit tek disa pudra karboni (Svancara et al, 1998). Pra, është më mirë të
përzgjidhen pudra karboni të disponueshme në treg me sipërfaqe të paratrajtuar, të cilat
shfaqin veti absorbuese të papërfillshme (Svancara et al, 1996). Si lidhës jo elektrolitik, janë
përdorur më së shumëti 2 produktet të parafinës spektroskopike. Nujol
(Aldrich) dhe
Uvasol
(Merck) të cilat janë përdorur dhe në shumë punime (Kalcher et al, 1995 – Kalcher
et al, 1997- Ruzgas et al, 1995). Këto tretësira lidhëse të pastave, jo polare përmbushin disa
kritere të rëndësishme si: janë kimikisht inerte, jo volatile, nuk përzihen ose janë të
patretshëm në ujë, janë izoluese dhe formojnë pasta me një konsistencë të mirë. Megjithatë,
këto vajra shfaqin edhe disa karakteristika më pak favorizuese për përgatitjen e pastës; psh në
lidhje me tretësat organik ato janë më të dobët (Marcoux et al, 2009;Svancara et al, 1992).
Në këtë aspekt, përdorimi i vajrave silikon ka sjellë eksperiencë më të mirë në përgatitjen e
pastave të karbonit, këto përfaqësojnë një kategori të zakonshme të pastave të lëngshme
(Kalcher et al, 1995; Svancara and Schachl, 1999). Substanca të tjera që janë përdorur si
lidhës të pastave janë edhe komponimet organike me bazë fosfatesh. Megjithëse këto
substanca polare kanë qenë përdour edhe si modifikues të pastave të karbonit (Kalcher, 1990;
Kalcher, et al, 1995), përdorimi i tyre si lidhës është relativisht i ri (Svancara and Vytras
1993). Së fundmi disa aplikime interesante të këtyre pastave janë bërë në fushën e
elektroanalizës së pjesshme (Svancara et al, 1998). Aspekte të trajtuar në publikimet e fundit
(Svancara and Schachl, 1999) kanë qenë në lidhje me përgatitjen e pastave të karbonit,
përzgjedhjen e përbërëve të përshtatshëm, raportin ndërmjet tyre si dhe disa rregulla bazë për
Page 20
Përdorimi i teknikave elektrokimike efikase për përcaktimin e komponimeve fenolike
2014
4
përdorimin e EPK-ve të përgatitura. Përgatitja e pastave të karbonit në kushte laboratorike
mund të shpjegohet me thjeshtësinë e përzierjes së komponetëve përbëres me dorë me anë të
një havani porcelani. Kjo përbën avantazh sepse analisti mund ti zgjedhë vetë përbërësit ashtu
sikurse dhe raportin ndërmjet tyre. Kjo është e vlefshme veçanërisht kur përgatiten pasta të
karbonit të modifikuara.
1.1.1 Pudra e Karbonit ose Grafiti Spektroskopik
Një pjesë e mirë e pastave të karbonit të pamodifikuara përgatiten me pudrat e karbonit që
tregtohen. Përgjithsisht të gjithë pudrat e karbonit të afirmuara ofrojnë karakteristika që
duhen marrë në konsideratë kur përzgjidhet materiali i duhur i karbonit për përgatitjen e
pastave të karbonit. Përzgjedhja e pudrës së karbonit për përgatitjen e pastave të karbonit për
sensorët voltametrikë bëhet në bazë të kritereve të mëposhtme:
(i) Përmasat e grimcës (granulometria) dhe shpërndarja. Përmasat tipike të grimcës së
karbonit spektroskopik janë të rendit mikrometra ose në dhjetra mikrometër. Bazuar në
eksperiencën e përftuar rekomandohet të përdoren materiale me përmasë dhe shpërndarje sa
më uniforme të grimcës së karbonit të pudërzuar. Përsa i përket pudrave spektrale standarde,
shpërndarja e grimcave të tyre është uniforme, dhe varion nga 5-20 μm (Zima et al, 2009).
Disa produkte të caktuara të karbonit karakterizohen nga këto përmasa mesatare të grimcës
shprehur në mesh : “CR-5”: 5 μm, “RW-B”: 5–10 μm,“Acheson G(P)-38”: 10–20 μm, “UCP-
1-M”: 1 μm dhe “Grafon GP”: 25 μm.
Pudrat e karbonit të përdorura për përgatitjen e pastave të karbonit janë me interes për shkak
të mikrostrukturës së tyre (shih referencat: Svancara et al, 1996; Wang et al, 1990; Svancara
et al 2007). Karboni mikroskopik nuk shfaq ndonjë karakteristikë ose model të caktuar
srukturor dhe morfologjia tipike e tij mund të përafrohet me një grumbull objektesh
gjeometrikisht të çrregullta me skaje të mprehta dhe sipërfaqe të gërvishtur si në figurën 1.1.
(A) (B)
Figura 1.1 Mikrostruktura e pudrës së karbonit spektroskopik (A) ―RW-B‖ dhe (B) ―CR-5‖
Përveç karbonit të thjeshtë me përmasa në mikrometër, në disa përzierje pastash janë
raportuar përmasa të grimcës rreth 100 nm (Cheng and Martin, 1988) madje dhe në 30 nm
(Hocevar et al, 2007). Materiale të tilla kaq fine në ditët e sotme mund të gjenden në treg por
gjithashtu mund të përftohen edhe në laborator nga grimcimi ose bluarja e disa pudrave të
karbonit të përshtatshme deri në përmasa shumë të vogla (Cheng and Martin, 1988).
Page 21
Përdorimi i teknikave elektrokimike efikase për përcaktimin e komponimeve fenolike
2014
5
(ii) Kapacitet i ulët adsorbimi. Për këtë veti, ekzistojnë vetëm disa eksperimente të cilat na
informojnë nëse një pudër karboni e cila përdoret për përgtitjen e pastës së karbonit shfaq
kapacitet të lartë adsorbimi apo jo (Svancara and Schachl, 1999; Svancara et al, 1998). Kjo
veti është e padëshirueshme tek pastat e karbonit pasi në rast se ndodh adsorbimi i oksigjenit
në sipërfaqe të pudrës së karbonit, në matje kjo do të shoqërohej me shfaqjen e një piku
rryme gjatë skanimit katodik në potencialet nga −0.2 në −0.6 V kundrejt Ag/AgCl. Ku ky pik
rryme i përket reduktimit të O2 në sipërfaqe të elektrodës (Svancara et al, 2009; Oncari et al,
2011).
(iii) Pastërti e lartë. Është e qartë që pudrat e karbonit nuk duhet të përmbajnë papastërti që
interferojnë në matje. Ky është rasti i veçantë i eksperimenteve të cilat lidhen me përcaktimin
e rrymave shumë të ulëta. Në këtë rast nuk mund neglizhohen gjurmët e papastërtive
elektroaktive në pudrën e karbonit të cilat çojnë në përftimin e sinjaleve të mbivendosura dhe
të padëshirueshme. Industritë e prodhimit të pudrave të karbonit zakonisht ofrojnë një profil
pastërtie në produktet e tyre (Anonymous, 1995), duke përfshirë dhe specifikimet e gjurmëve
të mbetura nga procesi i prodhimit.
1.1.2 Lidhësi i i Pastës së Karbonit
Siç është theksuar deri më tani, roli i lidhësit në pastat karbonit nuk është vetëm lidhja
mekanike e grimcave individuale të karbonit brenda një mase uniforme. Çdo tretësirë lidhëse,
duke përfshirë këtu substancat kimike inerte, përcakton vetitë kryesore fiziko-kimike dhe
elektrokimike për EPK-të. Vetitë që duhet të ketë një material që të mund të përdoret si lidhës
i përshtatshëm në përgatitjen e pastave të karbonit janë:
(i)Kimikisht Inert dhe Elektroinaktivë. Substancat lidhëse të përdorura për përgatitjen e
pastave të karbonit janë shumë të qëndrueshme dhe bashkëveprimi i tyre në sipërfaqe të
elektrodës është përgjithësisht i natyrës fizike (Adams, 1969; Kalcher et al, 2006). Megjithatë
disa lidhës mund të veprojnë kimikisht, p.sh, nëpërmjet pjesëmarrjes aktive në ekuilibrat e
reaksioneve acido-bazike. Ky është rasti i disa estereve organofosfatike. Në një studim është
treguar për disa lidhës të pudrës së karbonit të cilët janë të patretshëm në tretësirë ujore
(Svancara and Vytras 1993), por që kanë veti të formojnë katione voluminoze me afinitet të
lartë kundrejt çifteve jonike. Aktiviteti elektrokimik i elektrodave pastë karboni elektroaktive
është i rëndësishëm në rastin e matjeve voltametrike, por në këto raste lidhësi nuk duhet të
interferojë në sinjalin analitik të analitit (Kissinger et al, 1973). Aktiviteti elektrokimik i
lidhësve është i parëndësishëm në rastin e përcaktimeve potenciometrike (Vytras and
Svancara, 2007), ku madje përzierja e pastës së karbonit mund të pëmbajë edhe komponime
me reaktivitet të lartë të tilla si nitro-esteret organike konkretisht 2 -nitrofenil- oktil- esteret.
(ii) Volativitet të ulët. Për shkak të avullimit të shpejtë të lidhësit, përzierja përkatëse e
pastave të karbonit shoqërohet me ndryshime të dukshme në konsistencë por edhe me
ndryshime të vetive fiziko-kimike dhe elektrokimike (Kalcher et al, 2006; Zakharchuk,
1991). Duke ju referuar lidhësve të zakonshëm, kërkesa për një volativitet minimal është
zbatuar nga shumica e lidhësve të propozuar dhe tregëtuar deri më tani.
(iii) Tretshmëri e ulët në tretësirë ujore. Me përjashtim të disa rasteve të veçanta të gjithë
EPK-të dhe EPKKM janë përgatitur si sensorë për tretësira ujore dhe kështu, pastat e karbonit
heterogjene duhet të jenë të qëndrueshme në tretësirë ujore, pa u shpërbërë si pasojë e tretjes
së lidhësit në ujë.
Page 22
Përdorimi i teknikave elektrokimike efikase për përcaktimin e komponimeve fenolike
2014
6
Vaj (Mineral) Parafinë
Këto komponime janë lidhësit të cilët rezultojnë më të përzgjedhur për përgatitjen e pastave
të karbonit. Produkti më i përhapur i këtij lloji është Nujol ® (vaj, respektivisht; tretës
universal për spektroskopinë- IR). Këto janë komponime lidhëse me konsistencë të lëngët të
dukshme (pothuajse të ngjashme me ujin), plotësisht trasparente, pa aromë dhe nësë bien në
kontakt me lëkurën përgjithësisht nuk janë të dëmshëm. Disavantazhi i tyre lidhet me
ndezshmërinë e lartë që shfaqin dhe veçanërisht me vetinë që ato kanë për të vepruar si tretës
i disa materialeve pak të qëndrueshme dhe potencialisht të rrezikshme të cilat mund të
veçohen nga celula e matjeve ose nga vet elektroda.
1.2 Përzierja dhe Përgatitja e Pastave të Karbonit
Raporti : Karbon – Lidhës
Në të shumtën e rasteve, pudra e karbonit dhe lidhësi përzihen së bashku në sasi të
përzgjedhura sipas eksperiencës së mëparshme, një raport tipik ndërmjet “karbon-lidhës“
varion në intervalin e 1.0g : 0.4–1.0 ml (Adams, 1969; Kalcher et al, 2006; Adams,
1963;Ulakhovich et al, 1993; Kalcher et al, 1995; Svancara et al, 2001; Zima et al, 2009).
Madje disa përzierje përmbajnë një përqindje të lartë të lidhësit meqënse raporti i dy
komponentëve kryesorë është respektivisht i ndërsjelltë (Zakharchuk, 1991; Svancara and
Vytras 1994). Keshtu, psh, 1.0 g pudër karboni mund të “përthithë“ mbi 7 ml lidhës të lëngët.
Konsistenca e përshtatshme mund të jetë gjithashtu një masë virtuale se si mund të
rregullojmë raportin optimal karbon-lidhës. Megjithatë, së pari duhet të jemi të vetëdishëm që
pasta përfundimtare do të ndryshojë shumë në varësi të këtij raporti. Ajo mund të përftohet
me një konsistencë të dobët, por gjithashtu mund të jetë edhe tepër e ashpër (e thatë) ose tepër
e butë dhe me lagështirë (e njomë) (Adams, 1969; Kalcher et al, 2006; Adams, 1963; Zima et
al, 2009). Në këtë kontekst veçanërisht duhet theksohet se “pastat e karbonit të gjenertës së
re”, të cilat janë përzierje të reja të alternuara, mund të formojnë masa homogjene me një
konsistencë tipike. Këto karakteristika i dedikohen sipërfaqes specifike karakteristikë kjo e
pudrave të reja të karbonit, si dhe substancës lidhëse shpesh lipofilike. Të dy këto
komponentë së bashku kontribuojnë në kompakticitetin përfundimtar të këtyre pastave.
Kështu rekomandohet që raportet e komponentëve përbërës të përzgjidhen eksperimentalisht,
për çdo përzierje të pastës së karbonit. Fillimisht mund të përgatiten në raporte të ndryshme
ku përzgjidhet optimalja e më pas të përdoret. Zakonisht përzierja e zgjedhur pudër karboni
dhe lidhës përgatitet duke përdorur mjetet laboratorike të përshtatshme. Në figurën 2
tregohen hapat e përgatijes dhe paketimi në trupin e elektrodës i pastës së karbonit
a) b) c)
Page 23
Përdorimi i teknikave elektrokimike efikase për përcaktimin e komponimeve fenolike
2014
7
d)
Figura 1.2 Paisjet dhe hapat a), b), c) për përgatitjen e pastës së karbonit d) paketimi në
elektrodë
Për përzierje dhe homogjenizim nevojitet havan porcelani ose agati me një shtypës. Për
paketim të pastës në elektrodë nevojiten spatula të vogla ose thupër qelqi për lëngje shumë
viskoze.
1.3 Trajtimi dhe Ruajtja e Pastave të Karbonit
Sipas rekomandimeve (Svancara, 1999; Adams, 1969; Adams, 1963; Ulakhovich et al, 1993;
O’Neill, 1993) pasta e karbonit e sapo përgatitur mund të vendoset në një enë qelqi dhe të
ruhet në një vend të përshtatshëm për ta përdorur me vonë ose paketohet menjëherë brenda
trupit të një elektrodë. Pasta të karbonit të ruajtura mirë në mungesë të dritës dhe oksigjenit të
ajrit është konstatuar se janë shumë qëndrueshme, ato mund të ruhen dhe përdoren për një
periudhë të gjatë kohe (deri në një vit të plotë).
1.4 KLASIFIKIMI I ELEKTRODAVE PASTË KARBONI
1.4.1 Tipet Tradicionale të Elektrodave Bazuar në Pastat e Karbonit
Në lidhje me dy përbërësit kryesorë të pastës së karbonit, mund të bëhet një klasifikimi tipeve
ekzistuese të pastave sipas tri kritereve kryesore: (i) karakterit fiziko-kimik të lidhësit, (ii)
konsistencës dhe (iii) gjëndjes respektive të pastës së karbonit, prania ose jo i një ose disa
modifikuesve.
(i) Sipas karakterit fiziko-kimik të lidhësit pastat e karbonit klasifikohen si:
Elektrodat pastë karboni të zakonshme (klasike). Janë përzierje përgatitur nga pudra
karboni spektral dhe lidhës i përbërë nga substancë organike elektroinaktive si vaj
parafine. Këto EPK janë tipet më të përdorura dhe përbëjnë 80-90% të elektodave
bazuar në pasta të karbonit që raportojnë të dhëna si sensorë dhe dedektorë (Adams,
1969; Kalcher, 2006; Adams, 1963; Kalcheet al. 1995; Svancara et al, 2001;
Svancara and Vyrtas, 1993; Dryhust and McAllister, 1985; McCreery and Kline,
1996).
(ii) Sipas konsistencës pastat e karbonit klasifikohen:
EPK ―të thata‖ ose ― të njoma‖. Këto përzierje të pastave të karbonit ndryshojnë
dukshëm nga përmbajtja e lidhësit, që do të thotë nga raporti “karbon-lidhës” i
përdorur. Në figurën 1.3. (A) jepen skematikisht mikrostrukturat e 2 tipeve të EPK-ve,
1.3. (B) shoqëruar gjithashtu dhe me voltamogramat ciklike përkatëse përftuar për një
model të çifit red-oks, që tregon se përzierjet shumë të thata të pastës mund të japin
sinjal jo të mirë dhe raport të lartë sinjal-zhurmë. Megjithatë ky klasifikim nuk është
shumë i përgjithësuar, pasi ai mund të gjendet rastësisht në disa studime të veçanta.
Page 24
Përdorimi i teknikave elektrokimike efikase për përcaktimin e komponimeve fenolike
2014
8
EPK të buta ose të forta. Ky emërtim nuk është përgjithsisht i kategorizuar dhe në
literaturë cilësohet shumë radhë pra më shumë është subjektive. Këto dy terma janë
përdorur ndonjëherë për të përshkruar efektet e qëndrushmërisë së pastës (të prishjes
ose jetëgjatësisë) (Svancara et al, 1999; Kalcher et al, 2006; Svancara, 1993;
Kalcher, 1995; Hvizdalova et al, 1994).
Pudër karbon i Lidhësi
(A)
(B)
Figura 1.3 (A) Mikrostrukturat e EPK-së së thatë dhe të njomë, (B) voltamogramat ciklike
përkatëse për çiftin red-oks Fe2+/
Fe3+
.
(iii) Klasifikimi më i zakonshëm i pastave bazohet në praninë ose jo të modifikuesit
EPK-të të pamodifikuara. Këto elektroda përbëhen nga pasta karboni të thjeshta, që
do të thotë, përzierje që përmban vetëm 2 përbërsit kryesorë - pudër karboni dhe
lidhësin (Kalcher et al, 2006; Kalcher, 1990). Tipe të tilla të EPK-ve janë quajtur dhe
si të “thjeshta”, “natyrale“, “e papërpunuar“ ose “të pastër”.
Page 25
Përdorimi i teknikave elektrokimike efikase për përcaktimin e komponimeve fenolike
2014
9
EPK-të të modifikuara. Perzierja e thjeshtë e pastës së karbonit përmban komponentë
të tjerë përmisues, pra vet modifikuesin. Sipas karakterit të agjentëve modifikues,
EPK –të e modifikuarar mund të ndahen në dy nën kategori si:
a)-Elektrodat Pastë Karboni kimikisht të modifikuara, EPKKM (Kalcher et al,
2006; Ulakhovich et al, 1993; Kalcher, 1990), ose
b)-EPK të modifikuar biologjikisht, duke u përfshirë brenda një grupi të madh
të quajtur biosensorë pastë karboni (Gorton, 1995).
Nëpërmjet një morie të EPKKM-ve dhe biosensorëve-PK, janë përshkruar variante të shumta
të pastave të karbonit të cilat përmbajnë në një përzierje jo vetëm një agjent modifikues, por
edhe më shumë se një. Përveç konfigurimit të përgjithshëm “pastë/modifikues” dhe
“pastë/enzimë/mediator” (Kalcher,1995; Gorton, 1995), ka pasur edhe konfigurime të
përziera si “modifikues/stabilizaror (shtues)” (Zhang et al, 1996; Li et al, 1998; Lutz et al,
1995) ose “dy enzima/mediator” (Spohnet al, 1996; – Huang et al, 1999) dhe përfundimisht,
“sisteme shumëenzimëshe‖(Wang and Lin, 1989; Zhang and Rechnitz, 1994), duke bërë të
mundur realizimin dhe kombinimin e analizës së njëpasnjëshme të tre substancave të
ndryshme biologjike me ndihmën e bioreaktoreve (që përmbajnë enzimën korresponduese e
cila merret nga bimë si banane, rrënjë rrike dhe inde kërpudhe) (Wang and Lin, 1989; Zhang,
1986).
a)- Modifikuesit Kimik. Modifikuesit kimikë të pastave të karbonit nisin me një grup
elektrodash të ashtuquajtura elektroda pastë karboni me film kromi metalik (EPK- F-Cr-Me)
dhe më vonë janë pasuar me EPK-të me film mërkuri (Kauffmann et al, 1982 ), duke vijuar
më tej (Svancara et al, 1994; –Navratilova and Vaculikova, 2006) me EPK-të modifikuar me
film ari ku rezultuan paraprakisht jo shumë efektive (Svancara et al, 2002; 1997; Chadim et
al, 2000). Arritjet më të suksesshme lidhen me përgatitjen e elektrodave me film bismuthi (E-
F-Bi); (Wang and Lin, 2000; 2005; Kokkinos and Economou, 2008). Në këtë rast, përgatitja e
EPK-ve realizohet në mënyra të ndryshme si: (i) EPK-F-Bi (elektroda pastë karboni me film
Bismuthi) (Krolicka et al, 2002), (ii) EPK-Bi2O3 (Pauliukaite, 2002), (iii) EPK- Bi(s)- (me
pudër Bi disperse (Hocevar et al, 2005), dhe (iv) EPKKM-F-Bi (film-Bi) (Svancara et al,
2010). Së fundmi, ky spekter është zgjeruar duke formuar film bismuthi mbi pastën e
karbonit modifikuar me argjilë si suport (Cao et al, 2008), v), EPK-BiF4 (Sopha et al, 2010)
te cilat janë përfaqësuesit më të ri të EPK-ve modifikuar me bismuth.
Modifikuesi Biologjik. Ky modifikim bazohet në përdorimin e materialeve me origjinë
biologjike, ku si modifikues kryesor raportohen inde bimësh ose substrate të tjera (psh., alga
(Gardea et al, 1988), likene (Connor et al, 1991), myshqe (Ramos et al, 1993), duhan
(Navaratne and Rechnitz, 1992), fidan bizele (Wijesuriya and Rechnitz, 1991), ose farë bari i
egër (Ouangpipat at al, 2003); indet nga frutat e perimet (si burim natyral i enzimave); p.sh.,
banane (Wang and Lin, 1988; 1989), fetë portokalli (Horie and Rechnitz, 1995), mollë
(Cummings et al, 1998), dardhë, pjeshkë (Cummings et al, 1998), avokado (Fatibello Filho et
al, 2001), ananas (Mojica Elmer et al, 2008), arrë kokosi (Kozanat al, 2010), patate
(Forzaniet al, 1997), rrënjë rrepe(Wang, 1989); kërpurdhë (Wang, 1989; Forzani et al, 1997;
Skladal, 1991; Moressi et al, 1999); makromolekula natyrale (psh chitin [Lei et al, 2003]),
chitosan [Leiet al, 2003], dhe keratin [Sugawara at al, 1998]) gjithashtu edhe
mikroorganizma të gjallë (bakterie [Ito et al, 2002] dhe viruse [Erdem et al, 2000]).
Page 26
Përdorimi i teknikave elektrokimike efikase për përcaktimin e komponimeve fenolike
2014
10
Myshk/liken Kërpudhë
Mollë Banane
Dardhë Ananas
Avokado
Figura 1.4 Disa modifikues bimor për pastat e karbonit.
Page 27
Përdorimi i teknikave elektrokimike efikase për përcaktimin e komponimeve fenolike
2014
11
KAPITULLI II
2. MODIFIKUESIT BIOLOGJIK TË PASTAVE TË KARBONIT
Një biosensor është një paisje e thjeshtë e cila jep informacion rreth përbërjes kimike të një
sistemi (Hulanicki et al, 1991 ) i cili bazohet në mekanizmin e njohjes biologjike (Thevenot,
et al, 1999). Materiali biologjik i cili është i imobilizuar në materialin elektrodik të pastës së
karbonit mund të jetë polimer biologjikë (proteina, enzima, polisakaride ose acide nukleike),
organele qelizore dhe në raste të veçanta mund të përdoret një organizëm i tërë si p.sh
mikroorganizmat. Sensorët ku në shtresën e njohjes imobilizohen antigjene ose antitrupa janë
kategorizuar gjithashtu si biosensorë. Termi “biosensor” ndonjëherë është pëdorur shumë
lirisht në literaturë për të treguar që funksionimi i tij bazohet në një njohje biologjike. Nuk ka
klasifikime strikte për biosensorët. Përgjithsisht, klasifikimi bëhet sipas modifikuesit, pra atë
çfarë komponenti modifikues paraqet në receptorin e sensorit. Sipas disa klasifikimeve
tradicionale, rezultojnë katër grupe biosensorësh me bazë pudrën e karbonit:
I- Elektroda enzimatike janë ato të cilët përmbajnë enzima si element njohës dhe modifikues;
më të përdorura janë oksidazat ose dehidrogjenazat të cilat japin produkte elektrokimikisht
aktive, që përbëjnë bazën e përcaktimit. Megjithatë, hidrolazat mund të përdoren nëse nga
procesi i hidrolizës përftohet një produkt elektroaktiv. Ato janë më të përdorshme në studimet
që kanë për qëllim inhibimet.
II- Elektrodat e indeve janë ato të cilat përmbajnë inde të homogjenizuara, përgjithsisht inde
bimore. Vetë indi shërben si burim enzimatik pa qënë nevoja e izolimit të enzimës së pastër.
Në fakt, duhet bërë kujdes që ndërmjët enzimës, e cila ka për qëllim njohjen biomolekulare të
substratit dhe komponentëve përbërës të indit të mos ketë interferenca ose të jenë sa më të
vogla.
• Elektrodat e ADN-së janë sensorë elektrokimik ku në shtresën e njohjes së sensorit zë vënd
Acidi Desoksi-Ribonukleik. Ky tip modifikuesi biologjik mund të përdoret për qëllime të
ndryshme, si psh për studimin e reaksioneve specifike të njëpasnjëshme ndërmejt një
substrati dhe një acidi nukleik duke përfshire këtu AND-në e fragmentizuar të substancave,
gjithashtu mund të përdoret edhe ADN-ja e izoluar. si modifikues vetëm për hibridizime
specifike.
• Imunosensorët Elektrokimik përfaqësojnë paisje elektrokimike ku njëri prej komponentëve
që është imobilizuar në sipërfaqe të elektrodës jep reaksion imunologjik.
2.1 Enzimat
Enzimat kanë një shpërndarje universale ato ndodhen pothuajse në të gjithë gjallesat si në
kafshë, bimë, kërpudhë dhe bakteret (Cummings et al, 1998). Në situatat ku mungon
specifiteti i shëndrimit elektrokatalitik të analitit mund të ndërhyhet duke përdour një enzimë
që specifikon veprimin me një komponim të vetëm ose me një grup komponimesh të
caktuara. Sensorë të tillë janë quajtur si biosensorë enzimatikë të cilët mund të tregojnë
specifitet të lartë kundrejt analitëve të caktuar në varësi të natyrës se enzimës së përdorur.
Kinetika e reaksionit enzimatik zakonisht përshkruhen me anë të modelit Michaelis–Menten.
Një formë e thjeshtuar enzima, E, formon me substratin, S, kompleksin ES, e cila pasohet me
kthimin në produkt dhe më tej disocimin e kompleksit produkt-enzimë, ES. Në rast se
përqendrimi i enzimës dhe i kompleksit enzimë-substrat nuk ndryshon me kohën, shpejtësia e
reaksionit v, tenton të arrij vlerën maksimale, vmax, me rritjen e përqendrimit të substratit.
Page 28
Përdorimi i teknikave elektrokimike efikase për përcaktimin e komponimeve fenolike
2014
12
Konstantja Michaelis–Menten, KM, i korrespodon përqendrimit të substratit, ku eshte arritur
gjysma e shpejtësisë maksimale të reksionit.
(1)
Figura 2.1 Procedura më e përdorur për vlerësimin e konstanes së Michaelis–Menten
Për të vlerësuar konstanten e dukshme të Michaelis-Menten në lidhje me gjendjen e
pranishme në sipërfaqen e elektrodës, aplikohen procedurat më të zakonshme, që janë,
grafikët Lineweaver-Burk, Hanes-Woolf, dhe Eadie-Hofstee (Figura 2.1). Shpejtësia e
reaksionit përfaqësohet me sinjalin e fituar për një përqendrim të analitit ose rryma
korresponduese .
2.1.1 Polifenoloksidaza
Polifenol oksidaza (PPO) është një enzimë biofunksionale që përmban 2 atome bakër në
strukturën e saj dhe është përgjegjëse për formimin e pigmentit natyral melaninës në specie të
ndryshme (Oncari et al, 2011). Me këtë emër PPO përmblidhen 3 enzima monooksigjenazë,
tirozinazë dhe lakazë. Kjo enzimë katalizon substratet fenolike, në stadin e parë katalizon
hidroksilimin (ndërfutjen e një grupi – OH) e një substrati fenolik në pozicionin orto. Në
stadin e dytë të reaksionit ndodh oksidimi i komponimit orto-dihidroksi në orto-kinon
derivate.
Figura 2.2 Mekanizmi i përgjithëshëm i veprimit të enzimës PPO në substrate fenolike
Disa autorë kanë raportuar imobilizimin e enzimës duke përfshire dhe tirozinazën në një
membranë që përmban poli(vinil piridinë), poli (vinil imidazol, poli (acid akrilik) ose poli
(alininë) (Rajesh and Kaneto, (2004). Përgjithësisht në përcaktimin e komponimeve fenolike
janë përdorur enzimat tirozinazë, monooksigjnazë (enzima PPO), të cilat katalizojnë
oksidimin e grupit fenolik në orto-kinon (Hanifah et al, 2008; Hristov et al, 2003).
Page 29
Përdorimi i teknikave elektrokimike efikase për përcaktimin e komponimeve fenolike
2014
13
Biosensorët bazuar në enzima kryesisht në enzimën PPO (polifenoloksidazë) është provuar të
jetë një metodë premtuese për një përcaktim të thjeshtë, të shpejtë dhe të ndjeshëm ndaj
komponimeve fenolike (Hanifah and Kaneto, 2004; Simic, 2007; Ren et al, 2011).
2.2 Biosensorët enzimatike
Sensori kimik është një paisje e cila trasformon një informacion kimik që lidhet me
përqendrimin e një komponimi të caktuar në mostër ose me përbërjen kimike të përgjithshme
të një mostre në një sinjal të përshtatshëm. Biosensorët janë një nëngrup i sensorëve kimik.
Ndërtimi i një biosensori enzimantik është bërë për herë të parë në 1962. Një biosensor
paraqet një paisje analitike në të cilën materiali biologjik përdoret për katalizimin e
reaksioneve biokimike të kombinuar me trasduktorin elektrik. Elementi kryesor në ndërtimin
e një biosensori është elementi njohës biologjik, i cili ka natyrë selektive duke hyrë në
reaksion vetëm me analitin në mostër. Zakonisht si element njohës përdoren polimerë
biologjike si enzima, polisakaridet, acide nukleike, organele qelizore dhe në raste të veçanta
mund të përdoret dhe vet mikroorganizmat. Enzimat përbëjnë grupin më të madh të
modifikuesve të përdorur në ndërtimin e biosensorëve elektrokimik me pastë karboni.
Përgjithsisht janë të pakta komponimet biologjike të cilat operojnë në potencial të ulët. Në
figurën e mëposhtme paraqiten disa zona në të cilat ndodh procesi i oksido-reduktimit i disa
biokomponentëve në potenciale përkatëse si më poshtë.
Figura 2.3 Kufitë e potencialeve të oksidimit dhe të reduktimit të disa biokomponetëve
Aplikimi i një potenciali të lartë rrit rriskun për të oksiduar ose reduktuar komponime të tjera
të pranishme në matricën e mostrës. Megjithëse rritja e potencialit elektrokimik rrit
shpejtësinë e trasferimit të elektronit ndërmjet analitit dhe elektrodës, kjo tregon se aplikimi i
një potenciali të lartë nuk është specifik. Pra, për pasojë jep reaksione edhe me komponime të
tjera të pranishme në mostër. Studimet mbi sensorët kimik dhe biosensorët kanë si objektiv
zvogëlimin e mbipotencialit ndërmjet modifikimeve në pastën ose tretësirën e tyre.
Përdorimet e biosensorëve janë te shumta si në: ushqime, agrokulturë, bioteknologji, mjekësi,
në studime mjedisore etj. Teknologjitë moderne kërkojnë sensorë me avantazhe të
dallueshme si fleksibilitet në ndërtim dhe zgjedhie të materialit, kosto të ulët dhe mundësia
për ta realizuar vetë procesin e prodhimit të tij. Enzimat janë përdorur gjerësisht në tipe të
ndryshme biosensorësh, bioprocesesh. Në përgjithsi, janë përdorur enzima të pastra për tu
inkorporuar në elektroda për përcaktimin selektiv të komponimeve të ndryshme fenolike në
matrica të ndryshme. Një faktor i rëndësishëm në ndërtimin e biosensorit është dhe procedura
e imobilizimit të enzimës. Metodat klasike për imobilizimin e enzimës janë me adsorbim
Page 30
Përdorimi i teknikave elektrokimike efikase për përcaktimin e komponimeve fenolike
2014
14
fizik dhe me lidhje kovalente, të cilat kanë mangësi në realizim si: rrjedhje, pjesërisht
denatyrim të enzimës etj (Simic, 2007). Megjithëse është kryer izolimi i enzimës së pastër në
matricë, enzimat shpesh e humbasin stabilitetin dhe aktivitetin e mëparshëm të tyre, si
rezultat, shumë prej këtyre metodave imobilizuese nuk ishin as të thjeshta dhe as të
qëndrueshme për tu aplikuar (Sagıroglu et al, 2009). Enzimat janë përdorur në përgatitjen e
biosensorëve për shkak të aktivitetit analitik dhe ndjeshmërisë së tyre të lartë. Aplikimi dhe
përdorimi i tyre tek biosensorët mund të jetë i kufizuar për shkak të kohës dhe natyrës së
konsumit, shpenzimeve të larta për pastrimin e enzimës dhe nevojitja e kofaktor / koenzimë.
Imobilizimi i indeve bimore të papërpunuara kanë qënë përdorur si një biokatalizë për
përgatitjen e biosensorëve të ndryshëm (Xavier, 2011; Fatibello-Filho, 2007; Akyılmaz and
Imer, 2011). Ata mund të sigurohen lehtë dhe drejtpërdrejtë sepse janë ekonomike, nuk ka
nevojë për izolim ekstrem, pastrim dhe janë të rinovueshme. Të gjitha këto përparësi bëjnë që
indet bimore të jenë elementë të shkëlqyer për ndërtimin e biosensorëve. indet bimore, të cilat
përmbajnë sisteme enzimash, mund të përdoren si biomaterial për biosensorët pasi janë burim
enzime (Turkevich et al, 1951; Hanifah et al, 2008).
2.2.1 Biosensori enzimatik
Në figurën e mëposhtme paraqitet skematikisht mënyra e veprimit katalitik të enzimës në
procesin e oksido-reduktimit të një specie elektroaktive (Schuhmann, 2002). Enzima
karakterizohet si natyrë selektive, ajo hyn në reaksion vetëm me komponime specifike.
Specifiteti i saj varet nga tipi i enzimës qe merr pjesë në procesin e oksido-reduktimit të
substratit si: oksidaza, dehidrogjenaza, peroksidaza, katalaza etj.
Figura 2.4 Paraqitja skematike e veprimit të enzimës në prani të oksigjenit mbi një substrat
Në skemë tregohet oksidimi i një substratit në prani të një enzimë. Kofaktori i enzimës
reduktohet dhe më pas rioksidohet nga prania e një kosubstrati, rolin e të cilit në enzimat
oksidazë e luan oksigjeni molekular. Pra kofaktori është një mediator biologjik.
Page 31
Përdorimi i teknikave elektrokimike efikase për përcaktimin e komponimeve fenolike
2014
15
2.2.2 Biosensori enzimatik në prani të mediatorit
Figura 2.5 Paraqitja skematike e veprimit të enzimës në prani të një mediatori mbi një
substrat
Në këtë skemë tregohet oksidimi i substratit në prani të një enzime, kofaktori i të cilës
rioksidohet në prani të një mediatori i inkorporuar në sipërfaqe ose në brendësi të materialit
elektrodik. Elektroda me pastë karboni në prani të mediatorit përmirëson karakteristikat
analitike të kësaj metode respektivish ndjeshmërinë e metodës dhe kufirin e diktimit.
2.2.3 Biosensorë enzimatik në prani të nanomatrialeve
Në figurën 2.6 është paraqitur procesi i oksidimit të një substrati nga një enzimë në prani të
nanomatrialeve. Përgjithësisht, oksidazat përdorin oksigjenin si një akseptor elektronesh në
reaksionet e oksidimit. Mënyra më e thjeshtë e rigjenerimit të një enzime është konvertimi i
drejtpërdrejt i kofaktorit të saj. Praktikish një proces i tillë është i vështirë pasi kofaktori është
i vendosur në brendësi të një apoenzime që ndalon ose përkeqëson trasportin e elektroneve në
brendësi të enzimës. Përdorimi i nanomatrialeve (Horozova et al, 2009), si“rrjeta” që i
bashkangjiten qëndrës aktive të enzimës trasmeton drejtpërdrejt elektronin nga sipërfaqa e
elektrodës në qendrën aktive të kësaj enzimës. Kjo realizohet nga përdorimi i nanotubave të
karbonit, nanogrimca të arit të cilat i bashkangjiten koenzimës me lidhje kovalente (CNT) ose
me adsorbim (AuNP). Materiali i nanogrimcave vepron si një rrjetë elektrike që përçon
ngarkesë. Është raportuar se imobilizimi i nanogrimcave së bashku me enzimën në ndërtimin
e biosensorit sjell disa avantazhe në lidhje me përgjigjen e bioensorit (Apetrei et al, 2012).
Figura 2.6 Paraqitja skematike e veprimit të një enzime në prani të nanomatrialeve mbi një
substrat
Page 32
Përdorimi i teknikave elektrokimike efikase për përcaktimin e komponimeve fenolike
2014
16
KAPITULLI III
3. NANOGRIMCAT E ARIT
Nanogrimcat e arit të quajtura ndryshe “koloid ari” janë suspesione të grimcave të arit me
madhësi të rendit nanometër në një tresirë, zakonisht në tretësirë ujore. Vetitë dhe aplikimet e
nanogrimcave të arit varen nga përmasa dhe forma e grimcës (Vivek et al, 2009). Disa ndër
vëtitë më specifike të tyre janë :
Zotërojnë veti optike
Stabilitet të lartë
Aktivitet katalitik
Figura 3.1 Nanogrimcat e arit të renditura sipas madhësisë së grimcës dhe ngjyrës përkatëse
të tyre
Tretësira me ngjyrë të kuqe përfaqëson grimcat me madhësi më të vogël se 100 nm. Ndërsa
ngjyra blu përfaqëson grimca me përmasa më të mëdha se 100 nm.
3.1 Përdorimet e nanogrimcave të arit
Nanogrimcat e arit janë të njohura për rolin dhe rëndësinë e tyre bazë në fusha të ndryshme si
mjekësi në diagnostikim, imazheri, terapi kundër kancerit, gjithashtu dhe në fusha të tjera si:
elektronikë; mikroskopi elektronike, tek sensorët, polarizuesit optikë etj (Zeng et al. 2011).
Në fushën e mjekësisë nanogrimcat e arit kanë rezultuar të suksesshme në trajtimin lokal të
kancerit. Gjithashtu disa studime kanë treguar se kombinimi i nanogrimcave të arit me
rrezatimin mikrovalë mund të shkatërrojë β-amioid fibris e cila është përgjegjëse për
sëmundjen e Azhemerit. Ato mund të krijojnë ligande të ndryshme me komponimet organike
duke avancuar funksionin e tyre. Përdorim të gjerë nanogrimcat e arit gjejnë edhe në
ndërtimin e sensorëve elektrokimik për shkak të aktivitetit katalitik të tyre.
3.2 Metodat e prodhimit të nanogrimcave të arit
3.2.1Metoda Turkevich
Pionieri i kësaj metodë është J.Turkevich në vitin 1951 (Turkevich et al, 1951). Kjo metodë
prodhon nanogrimca të arit me përmasa 10-20 nm si suspensione në tretësirë ujore. Ato
Page 33
Përdorimi i teknikave elektrokimike efikase për përcaktimin e komponimeve fenolike
2014
17
prodhohen nga reaksioni kimik i reduktimit të acidit HAuCl4 në nxehtësi me citrat natriumi.
Citrati i natriumit shërben si reduktues dhe kufizues i këtij reaksioni.
3.2.2 Metoda Brust
Kjo metodë është zbuluar nga Brust dhe Schiffrin 1990 përdoret për prodhimin e
nanogrimcave te arit të suspenduar në tretësa organik. Ky reaksion realizohet nga
bashkëveprimi i acidit HAuCl4 me bromur tetraoktilamoniumi në toluen dhe NaBH4. Sipas
kësaj metode prodhohen nanogrimca të përmasave 5-6 nm.
3.2.3 Metoda Perraut
Kjo metodë u zbulua nga Perrau në 2009 (Amendoila and Meneghetti, 2009). Në këtë
reaksion hidrokinoni përdoret si reduktues i acidit HAuCl4 në prani të citrateve si stabilizues.
Ky reaksion është i ngjashëm më atë të argjendit në filmin fotografik. Nga kjo metodë
prodhohen grimca me përmasa 20-250 nm.
Page 34
Përdorimi i teknikave elektrokimike efikase për përcaktimin e komponimeve fenolike
2014
18
KAPITULLI IV
4. FENOLET
Fenolet janë klasifikuar si komponime organike të ngjashme me alkolet, prania e lidhjes
hidrogjenore i bën këto komponime të jenë më të tretshëm në ujë. Ato karakterizohen nga
grupi hidroksil (-OH) i cili është i lidhur me atomin e karbonit dhe është pjesë e unazës
aromatike. Fenolet që kanë një formulë strukturore (C6H5OH), i korrespodon formulës së
fenolit, si komponimi më i thjeshtë i fenoleve. Ai është një ndër komponimet e para i futur në
listën e ndotësve kryesorë nga Agjensia e Mbrojtjes Mjedisore e SHBA (Dionex Corporation
2008). Ndërsa fenolet e zëvendësuara kanë formulë strukturore R-C6H4OH, ku R përfaqëson
grupet si CH3 dhe NO2. Megjithatë, fenolet janë më të tretshme në ujë se sa alkolet dhe kanë
një pikë vlimi më të lartë. Fenolet janë tretësira shume toksike, pa ngjyrë ose masa të ngurta
të cilat në temperaturë mjedisi kanë ngjyrë të bardhë (Wade, 1999).
Në figurën e mëposhtme tregohen formulat strukturore të fenoleve deklaruar nga disa agjenci
mjedisore dhe përfshin listën e fenoleve që duhet të përcaktohen në analizën e ujrave.
Fenol 2-nitrofenol 2-klorfenol
2- metil 4,6- dinitrofenol 4-nitrofenol 2,4- dimetilfenol
Page 35
Përdorimi i teknikave elektrokimike efikase për përcaktimin e komponimeve fenolike
2014
19
4-kloro-3-metilfenol 2, 4-dinitrofenol 2, 4, 6-triklorfenol
2,4-diklorfenol pentaklorfenol
Figura 4.1 Strukturat e 11 fenoleve specifikuar nga (U.S.EPA) Agjensia e Mbrojtjes
Mjedisore e SHBA si ndotësit më të rëndësishëm (Dionex Corporation 2008).
Polifenolet janë një klasë e komponimeve organike kryesisht me preardhje natyrore, të
sintetizuara ose gjysëm të sintetizuar (Quideau et al, 2011). Ato karakterizohen nga prania e
shumëfishtë e njësive fenolike, numri dhe karakteristikat e këtyre njësive përcaktojnë vetitë
fizike, kimike dhe biologjike të tyre. Përgjithsisht polifenolet katakterizohen nga:
tretshmëri mesatare në ujë
masa molekulare deri në 4000 Da
reaktive kundrejt oksidimit
Sipas përmasave molekulare të tyre, polifenolet klasifikohen në :
polifenole të ulëta
polifenole të larta
Komponimet fenolike (Anderson and Morris, 2003) të ulëta kanë masë molekulare
deri në 800 Da. Kjo madhësi i lejon këto molekula të difuzojnë membranën qelizore
në lëngun brendaqelizor. Këto komponime janë kryesisht me preardhje natyrore. Disa
nga këto komponime tregohen në figurën e mëposhtme:
Fig 4.2 Komponime polifenolike të ulëta
Page 36
Përdorimi i teknikave elektrokimike efikase për përcaktimin e komponimeve fenolike
2014
20
Komponimet fenolike kanë përdorim të gjerë në sintezën organike. Ato përdoren tek bojrat
ngjyruse, aparatet fotografike, produktet plastike, pesticidet, eksplozivët. Në industritë
farmaceutike si tek medikamenti i aspirinës, antiseptikëve lokalë etj. Në industrinë e
ushqimeve komponimet fenolike kanë rëndësi të veçantë sepse janë komponime esenciale në
lëngjet e frutave, birrës dhe verës, çajit, duhanit etj (Yoruk and Marshall,2003).
4.1 Gjendja në natyrë e komponimeve fenolike dhe rëndësia e përcaktimit të tyre
Burimet e komponimeve fenolike janë të shumta, ato gjenden në natyrë tek: bimët e larta,
katrani i qymyrit, nafta e papërpunuar etj. Disa lloje të komponimeve fenolike gjenden edhe
në drithëra. Përveç se tek bimët e larta, komponimet fenolike i gjejmë edhe tek bimët e ulëta
si algat, në specie të ndryshme ekuariote dhe prokariote, në kërpudha të ndryshme, likene etj.
Shumica e komponimeve fenolike natyrore tek bimët (Delsignore et al, 1997) janë produkte
sekondare të metabolizmit të acidit malik. Për pasojë, kjo sjell që njësitë fenolike ti
nënshtrohen esterifikimit ose metilimit më pas konjugimit gjë që vërehet edhe në natyrë ku
dominon forma glikozide në krahasim me atë aglikone. Metilimi mund të ndodhë nga
formimi i një lidhje midis molekulës së eterit dhe grupit hidroksil ose duke atakuar direkt një
nga atomet e ciklit aromantik.
Burime të mjaftueshme të komponimeve fenolike natyrore (Quesnel and Jugmohunsingh,
2006) gjenden në ushqime si vera, birra, çaji jeshil, çaji i zi, kafeja, fruta dhe perime, erëza,
arra, ullinjtë, vaji i kikirikut etj. Tek njerzit dhe kafshët komponimet fenolike i gjejmë tek
proteinat si: tirozinaza, epinefrina e cila merr pjesë në sintezën e hormoneve, tek sterotionina
që është një neurotrasmetues etj.
Komponimet fenolike shpesh janë të pranishme edhe në shkarkimet ujore të shumë industrive
(Akyılmaz and Imer, 2011). Fenolet dhe derivatet e tyre janë përdorur intesivisht në industri si
në industrinë e prodhimit të gomave, bojrave, në përgatitjen e drogave, naftës dhe në
industritë e agrokulturës. Është raportuar që fenolet janë kancerogjene dhe ekspozimi për një
kohë të gjatë në fenole rezulton në shfaqjen e disa simptomave siç janë konvulsionet,
çrregullime të rrugëve të frymëmarrjes. Disa fenole tipike që gjenden më shpesh në atmosferë
janë fenol, o-krezol, m-kresol dhe p-kresol; megjithatë fenolet janë vërejtur më tepër si
përbërës të ujërave se sa të atmosferës (Akyılmaz and Imer,2011;- Hristov et al, 2003).
Shumë prej tyre janë shumë toksike dhe kanë efekte të ndryshme ndaj bimëve dhe kafshëve
(Akyılmaz and İmer,2011). Nivelet e larta të fenoleve kanë efekte vendimtare në shëndetin e
kafshëve. Në industrinë ushqimore ata janë me interes sepse janë komponimet esenciale në
lëngjet e frutave, birrë dhe verë. Meqënëse shumë komponime fenolike mund të shkaktojnë
shije të keqe, dhe janë shumë toksike dhe të rrezikshme për shëndetin e njerëzve (Ren et al,
2011), analiza e tyre në përqendrime të ulëta është shumë e rëndësishme (Akyılmaz and İmer,
2011; Hristov et al, 2003;Ren et al, 2011).
Katekoli tek njerzit dhe kafshët gjendet si metabolit i degradimit të benzenit, esterogjenit ose
në trajtën e komponimeve të tilla si adrenalina, noradrenalina, dopanina etj. Përgjithsisht
komponimet fenolike janë shumë toksike dhe të dëmshëm për shëndetin e njerëzve, për
rrjedhojë analiza e tyre në përqendrime të ulëta është shumë e rëndësishme.
Fenoli është përdorur si lëndë e parë në prodhimin e një grupi të rëndësishëm kimikatesh
përfshirë këtu rezinat fenolike, bisfenol-A, kaprolaktam, alkilfenole dhe acid adipik.
Gjithashtu ai ka gjetur përdorim të gjerë për trajtimin e plagëve të lehta. Fenoli është përdorur
si një kimikat industrial në prodhimin e produkteve të caktuara si “ rezina, plastika, fibra,
adezive, hekur, alumin, lëkurë, gomë”. Është i pranishëm gjithashtu tek disifektantët, në
tymin e cigares dhe shkarkimet e automjeteve (EHC 161, 1994). Fenolet kanë gjetur
përdorim edhe në produktet shtëpiake dhe sintezat industriale. Ata janë përdorur si
Page 37
Përdorimi i teknikave elektrokimike efikase për përcaktimin e komponimeve fenolike
2014
21
disinfektues në detergjentët pastrues shtëpiak, kremra, balsam, pasta dhëmbësh etj.
Megjithatë komponimet fenolike janë përdorur edhe në industrinë e bojrave për të prodhuar
azo ngjyruesit. Aplikimet industriale të fenoleve konsistojnë edhe në përgatijen e eksplozive
si acidi pikrik dhe drogave si aspirina (Wade, 1999).
4.2 Metoda të përcaktimit të komponimeve fenolike në ujëra
Për përcaktimin e komponimeve fenolike në ujëra dhe ujëra të ndotura ka metoda të cilat janë
zhvilluar gjatë viteve. Disa prej këtyre metodave janë: metodat spektrofotometrike, metodat
spektroskopike, metodat elektrokimike, elektroforeza kapilare, metoda kromatografi e gaztë
(GC). Për përcaktimin e fenoleve në përqendrime të larta përdoret metoda (GC/MS)
kromatografi e gaztë – spektrometri e masës, ekstraktimi lëng-lëng (Eaton et al, 2005). Disa
metoda analitike që janë raportuar për përcaktimin e komponimeve fenolike dhe derivateve të
tyre janë cituar më poshte :
4.2.1 Metoda kolorimetrike
Metoda kolorimetrike ka gjetur përdorim të gjerë në përcaktimin e komponimve fenolike
kryesisht orto-dhe meta të zvendësuara, e cila njihet ndryshe si metodë kolorimetrike amino-
4-antipirina. Para-zëvendësuesit e fenolit nuk mund të përcaktohen me metodën amino-4-
antipirinë në një pH të caktuar. Disavantazhi kësaj metode është se ngjyrat që përftohen gjatë
reaksionit kimik mund të interferojnë në përcaktimet e komponimeve fenolike.
4.2.2 Metoda kromatografi e gaztë
Kjo metodë aplikohet shpesh në analizën e komponimeve fenolike (Stulikand Pacakova,
1981). Ajo përdoret për identifikimin dhe përcaktimin sasior të tyre në matricat e mostrave.
Sipas kësaj metode komponimet fenolike ndahen nga matrica e mostrës ku ndodhen me
ekstraktim. Përgjithësisht, komponimet fenolike përcaktohen me dedektor me flakë jonizimi
(FID). Kjo metodë karakterizohet nga saktësia e lartë më e vogël se 2% dhe kohë e shkurtër e
analizës. Disa avantazhet janë: përdoret vetëm për komponime të avullueshme dhe kosto e
lartë e analizës.
4.2.3 Kromatografi e lëngët me performancë të lartë (HPLC)
Kromatografi e lëngët me përformancë të lartë (Delsignore et al, 1997) është një metodë
efektive në ndarjen e komponimeve fenolike. Eluati në gjendje të lëngët, i cili përmban
komponimet fenolike kalon nëpërmjet fazës stacionare duke u absorbuar ose sorbuar në
varësi të polaritetit të tyre. Përgjithësisht në përcaktimin e komponimeve fenolike përdoret
teknika HPLC me fazë të kundërt. Veçoritë e kësaj metode janë: ndjeshmëri e lartë dhe
saktësi të mirë të metodës. Kjo metodë ka një aplikueshmëri të gjerë në fusha të ndryshme të
shkencës si në industri, mjekësi, mjedis etj.
4.2.4 Metoda spektroskopike
Metodat spektroskopike bazohet në bashkëveprimin midis rrezatimit elektromagnetik dhe
lëndës duke shkaktuar ndryshim energjitik në molekulën ose atomet e tyre. Ndërmjet kësaj
metode mund të përcaktohet një gamë e gjerë komponimesh organike në varësi të tipit të
bashkëveprimit karakteristik të tyre absorbim ose emision. Këto metoda përdoren në studimin
Page 38
Përdorimi i teknikave elektrokimike efikase për përcaktimin e komponimeve fenolike
2014
22
e strukturës së komponimeve organike dhe në veçanti për praninë e grupeve kromofore.
Metodat spektroskopike karaterizohen nga ndjeshmëri e lartë, përzgjedhshmëri e mirë si dhe
përpikmëri e mirë.
Përgjithsisht këto metoda të sipërpërmendura kanë kosto të lartë, janë teknika të komplikuara
dhe procedura e analizimit të tyre kërkon një kohë relativisht të gjatë. Për shkak të rëndësisë
biologjike dhe efekteve toksike të komponimeve fenolike metodat elektrokimike ―biosensorët
elektrokimik‖ kanë avantazh në këto përcaktime pasi janë të thjeshtë, të shpejtë, me
ndjeshmëri të lartë për përcaktimin e tyre.
Page 39
Përdorimi i teknikave elektrokimike efikase për përcaktimin e komponimeve fenolike
2014
23
KAPITULLI V
5. VOLTAMETRIA, BAZAT DHE PARIMET KRYESORE
Voltametria është një teknikë elektrokimike, e cila realizon matje të rrymës që kalon në
elektrodë në varësi të potencialit të zbatuar në të. Lakorja, që përfaqëson varësinë e rrymës
nga potenciali i aplikuar, quhet voltamogramë. Voltamograma jep informacion cilësor dhe
sasior në lidhje me komponimet që marrin pjesë në reaksionet e oksidimit dhe të reduktimit.
Teknika e parë voltametrike që njihet, është polarografia dhe më vonë janë zhvilluar edhe
teknika të tjera voltametrike. Matjet elektrokimike zhvillohen në tretësira të përshtatshme, të
cilat sigurojnë kushtet për mbartjen e rrymës si dhe për zhvillimin e reaksioneve redoks të
elementeve që përcaktohen. Celula elektrokimike është pajisja ku zhvillohen të gjitha
reaksionet elektrokimike gjatë përcaktimeve voltametrike. Si celulë shërben një enë e mbuluar
me vëllim 10-200ml. Materiali i saj është qelq, kuarc ose teflon, për të ulur në minimum
gabimet nga ndotjet e proceseve të adsorbimit. Një celulë e tillë është paraqitur në mënyrë
skematike në figurën 5.1. Në mbulesën e celulës vendosen tri elektroda: elektroda e punës,
elektroda indikatore dhe elektroda ndihmëse.
Figura 5.1 Celula për matje voltametrike
Zgjedhja e tretësit të përshtatshëm varet nga disa faktorë, që kanë të bëjnë me vetitë e tij.
Tretësi nuk duhet të hyjë në reaksion me komponimin që përcaktohet ose me produktet e
reaksioneve që zhvillohen në celulë si dhe nuk duhet t’u nënshtrohet reaksioneve redoks në
një interval të gjerë potencialesh. Në përgjithësi, përdoret uji si tretës (ujë i dejonizuar) por ka
edhe raste kur përdoren tretës jo ujorë, si: acetonitrile, dimetilformamide, dimetilsulfokside,
metanol etj, të cilët u nënshtrohen paraprakisht proceseve të pastrimit dhe tharjes.
Qëllimet për të cilat përdoret elektroliti mbartës në teknikat me potencial të kontrolluar janë:
-të zvogëlojë rezistencën elektrike të tretësirës
-të mënjanojë efektet e elektromigrimit
-të mbajë të pandryshuar forcën jonike të tretësirës.
Si elektrolit indiferent mund të përdoret tretësira e një kripe inorganike, një acid mineral ose
një tretësirë buferike.
Page 40
Përdorimi i teknikave elektrokimike efikase për përcaktimin e komponimeve fenolike
2014
24
Përbërja e elektrolitit indiferent ndikon shumë në selektivitetin e matjeve voltametrike.
Elektroliti indiferent duhet të përgatitet nga reagentë me pastërti të lartë dhe nuk duhet të
oksidohet ose të reduktohet lehtë. Përqendrimi i tij (0.1-1.0M) është shumë më i lartë se ai i të
gjitha lëndëve elektroaktive të pranishme në mostër.
Kontrolli i temperaturës në celulë mund të realizohet duke e vendosur atë brenda një këmishe
të mbushur me ujë (banjë uji) me temperaturë të kontrolluar.
Fillimisht metodat voltametrike bazoheshin në përdorimin e një sistemi me dy elektroda:
elektroda e punës dhe elektroda ndihmëse. Më vonë metodat e avancuara të voltametrisë
bazohen në përdorimin e sistemit tresh të elektrodave, tek të cilat veç elektrodës së punës dhe
elektrodës ndihmëse, është e nevojshme edhe përdorimi i një elektrode të tretë, që është
elektroda referuese. Në të dyja rastet potenciali i elektrodës së punës është i kontrolluar, pra
ai ndryshon në mënyrë të caktuar dhe sistematike kundrejt elektrodës referuese me potencial
konstant dhe matet rryma që lind ndërmjet elektrodës së punës dhe elektrodës ndihmëse.
Elektroda ndihmëse, në përgjithësi, është Pt, ndërsa elektroda referuese është Ag/AgCl. Pra,
ndërsa elektroda ndihmëse dhe ajo referuese janë të njëjta në ҫdo teknikë voltametrike,
elektrodat e punës mund të jenë të ndryshme, në varësi të analitit që do përcaktohet si edhe të
vetë teknikës voltametrike.
Elektrodat e ngurta me bazë karboni kanë gjetur sot një përdorim të gjerë elektroanalitik,
sepse karakterizohen nga një interval i gjerë i potencialit të punës, rrymë e vogël sfondi, janë
kimikisht inerte dhe të përshtatshme për të përmirësuar ndjeshmërinë dhe selektivitetin.
Elektrodat me bazë karboni janë tri llojesh: elektroda karboni, elektroda karboni të qelqëzuar
dhe elektroda pastë karboni. Elektrodat e karbonit të qelqëzuar kanë veti shumë më të mira
mekanike dhe elektrike, interval të gjerë potenciali, kimikisht inerte dhe kanë performancë
relativisht të riprodhueshme. Një pastrim me pluhur alumini me granulometri të ndryshme
(deri në sipërfaqe si pasqyrë) është i mjaftueshëm para analizës.
Pasta e karbonit përgatitet duke homogjenizuar në një raport të përshtatshëm pudër karboni
me granulometri të caktuar me komponime organike. Që të mund të përdoret në përgatitjen e
tyre, lënda organike duhet të plotësojë disa kushte: të ketë volatilitet dhe tretshmëri të vogël si
edhe pastërti veçanërisht të lartë në lidhje me lëndët oksidoreduktuese. Të tilla janë: nujol (vaj
mineral), parafinë, graso silikon, bromonaftalinë etj. Pastërtia e grafitit të përdorur për këtë
qëllim është shumë e rëndësishme, ndërsa paketimi i pastës duhet të sigurojë mënjanimin e
hapësirave në formë vrimash dhe kanalesh kur vendoset në fundin e një suporti inert, në të
cilin sigurohet edhe kontakti elektrik.
Sipërfaqja e elektrodës mund të rinovohet duke hequr një sasi të vogël paste nga sipërfaqja e
elektrodës gjatë pastrimit. EPK krijojnë mundësinë për të punuar me sipërfaqe të modifikuara
dhe vazhdimisht të freskëta.
5.1 Rryma në voltametri
Nëse në elektrodën e punës ndodh oksidimi i një komponimi të pranishëm në tretësirë atëherë
elektronet që lirohen në elektrodë nëpërmjet një qarku të jashtëm kalojnë në elektrodën
ndihmëse ku ndodh reduktimi i komponentëve të tjerë që ndodhen në tretësirën e matjeve. Që
të ndodhë procesi i reduktimit të analitit në elektrodën e punës, është e nevojshme që ajo të
furnizohet me elektrone, duke gjeneruar një rrymë me drejtimin nga elektroda ndihmëse në
katodë. Në çdo rast, rryma që lind në elektrodën e punës nga zhvillimi i reaksioneve
redoks dhe që kalon nëpër elektrodën ndihmëse, quhet rrymë faradike. Për këtë arsye
elektrodat e punës quhen edhe sensorë elektrokimikë. Me marrveshje është vendosur që rryma
që lind nga reduktimi i analitit, quhet rrymë katodike dhe me marrëveshje quhet pozitive.
Rryma anodike lind si rrjedhim i reaksioneve të oksidimit dhe quhet negative. Duke zgjedhur
Page 41
Përdorimi i teknikave elektrokimike efikase për përcaktimin e komponimeve fenolike
2014
25
në mënyrë të studjuar vlerën e potencialit të elektrodës së punës favorizohet rryma faradike që
do të thotë analiti merr pjesë në reaksione oksidoreduktimi në sipërfaqe të elektrodës. Rryma
faradike vazhdon për aq kohë sa përqendrimet e secilës formë të analitit në sipërfaqe të
elektrodës janë të ndryshme në krahasim me përqendrimet e tij në tretësirë.
Megjithëse potenciali i zbatuar në elektrodën e punës përcakton rrjedhjen e rrymës faradike,
madhësia e saj varet nga shkalla e zhvillimit të reaksionit redoks në sipërfaqen e elektrodës.
Dy janë faktorët që ndikojnë në shpejtësinë e reaksionit redoks: i) shpejtësia me të cilën
sipërfaqja e elektrodës furnizohet me substancat fillestare dhe shpejtësia me të cilën produktet
e reaksionit largohen prej saj drejt tretësirës; ii) shpejtësia me të cilën elektronet kalojnë nga
elektroda te substancat që marrin pjesë në reaksionin redoks dhe anasjelltas.
Së pari, furnizimi i sipërfaqes së elektrodës me substancat fillestare dhe largimi prej saj i
produkteve të reaksionit realizohet në tri mënyra: me difuzion, nëpërmjet migrimit dhe
nëpërmjet konveksionit.
Difuzioni është lëvizja e grimcave nën ndikimin e gradientit të përqendrimit, nga zonat me
përqendrim të lartë në zonat me përqendrim më të ulët. Ky proces lidhet me potencialin kimik
të analitit në tretësirë. Kur potenciali i zbatuar mbi elektrodën e punës është i përshtatshëm (i
mjaftueshëm) për të reduktuar ose oksiduar analitin, në sipërfaqen e elektrodës lind gradienti i
përqendrimit. Vëllimi i tretësirës në të cilin ekziston gradienti i përqendrimit, quhet shtresa e
difuzionit. Ndryshe shtresën e difuzionit mund ta përkufizojmë si shtresa e tretësirës e
vendosur menjëherë mbi sipërfaqen e elektrodës, ku e vetmja mënyrë e transportit të masës
është difuzioni.
Në mungesë të mënyrave të tjera të transportit të masës, gjerësia e shtresës së difuzionit ( )
rritet me kalimin e kohës, meqenëse përqendrimi i analitit pranë sipërfaqes së elektrodës
zvogëlohet në mënyrë të vazhdueshme si rrjedhim i reaksioneve elektrodike. Për këtë arsye,
ndikimi i difuzionit në shpejtësinë e transportit të masës varet nga koha. Një mënyrë tjetër e
transportit të masës është konveksioni. Konveksion quhet lëvizja e detyruar në mënyrë
mekanike e substancave fillestare ose e produkteve të reaksionit nga sipërfaqja e elektrodës
drejt tretësirës ose anasjelltas. Këto rryma lindin si rrjedhim i përzierjes së zakonshme (me një
përzierës magnetik), ose nga rrotullimi i elektrodës (në rastin e elektrodave rrotulluese), ose
kur elektroda është montuar në një sistem në rredhje. Nëpërmjet konveksionit sipërfaqja e
elektrodës furnizohet vazhdimisht me substancat që hyjnë në reaksion elektrodik.
Gjithashtu, nëpërmjet konveksionit arrihet edhe largimi i produkteve të reaksionit nga
sipërfaqja e elektrodës. Mënyra e tretë e transportit të masës është migrimi. Migrimi
nënkupton lëvizjen e grimcave të ngarkuara nën ndikimin e fushës elektrike që formohet si
rrjedhim i një diference potenciali elektrik ndërmjet elektrodës së punës dhe asaj ndihmëse.
Nëse elektroda e punës është e ngarkuar pozitivisht, grimcat e ngarkuara negativisht do të
lëvizin drejt saj, kurse grimcat e ngarkuara pozitivisht lëvizin në drejtim të kundërt (drejt
elektrodës ndihmëse). Në ndryshim nga difuzioni dhe konveksioni, migrimi është lëvizje që
realizohet vetëm nga grimcat e ngarkuara, pra lëvizje e të gjitha joneve të tretësirës. Fluksi i
masës në drejtim të sipërfaqes së elektrodës së punës dhe në drejtim të kundërt është rrjedhim
i të tri mënyrave të transportit që u përmendën më lart.
Duke pasur parasysh këto tri mënyra transporti të masës, themi se difuzioni është një proces
që mbartet vetëm nga analiti pjesëmarrës në reaksion elektrodik. Nëse Ct dhe C0 janë
përqendrimet e analitit në tretësirë dhe në sipërfaqen e elektrodës, dhe σ është trashësia e
shtresës së difuzionit, rryma në celulën voltametrike jepet me ekuacionin:
0CCnFADi t
(2)
Page 42
Përdorimi i teknikave elektrokimike efikase për përcaktimin e komponimeve fenolike
2014
26
ku “n” është numri i elektroneve që marrin pjesë në reaksionin redoks, “F” konstantja e
Faradeit, “A” është sipërfaqja e elektrodës, dhe “D” koeficienti i difuzionit.
Duhet theksuar që ekuacioni i mësipërm është i vlefshëm në kushtet kur mungon konveksioni
dhe migrimi, d.m.th. kur këto dy mënyra të transportit nuk ndikojnë në formimin e shtresës së
difuzionit të vendosur ndërmjet tretësirës dhe sipërfaqes së elektrodës. Por jonet e analitit si
grimca me ngarkesë lëvizin drejt elektrodës edhe nëpërmjet migrimit. Migrimi i joneve të
analitit mund të mënjanohet duke shtuar në celulë një elektrolit indiferent me përqendrim
relativisht të lartë. Ndërsa lëvizja me konveksion e joneve të analitit mund të mënjanohet,
duke mos zbatuar përzierje mekanike.
Së dyti, në rrymën faradike ndikon shpejtësia me të cilën elektroni kalon nga elektroda në
jonet e tretësirës ose anasjelltas. Nëse kinetika e lëvizjes së elektronit është e shpejtë,
reaksioni redoks në sipërfaqen e elektrodës është në ekuilibër dhe përqendrimet e substancave
fillestare dhe të produkteve në elektrodë kënaqin ekuacionin e Nernst-it. Këto sisteme
konsiderohen sisteme elektrokimikisht të kthyeshme. Në raste të tjera, kur kinetika e lëvizjes
së elektronit është relativisht e ngadaltë, përqendrimet në sipërfaqen e elektrodës nuk e
kënaqin ekuacionin e Nerstit. Në këto raste kemi të bëjmë me sisteme elektrokimikisht jo të
kthyeshëm.
Në një celulë elektrokimike, në të cilën elektroliti indiferent është mbartësi kryesor i migrimit,
me ndryshimin e potencialit të elektrodës lind rryma migruese dhe, si rrjedhim ndryshon edhe
struktura e shtresës elektrike dyfishe. Lëvizja e grimcave të ngarkuara në tretësirë është një
rrymë jofaradike, rrymë ngarkese, e cila shume shpejt bie në zero.
Edhe në mungesë të analitit, në celulën elektrokimike ekziston një rrymë e vogël e
pashmangshme, që quhet rrymë mbetëse dhe përbëhet nga dy komponentë: rryma faradike e
oksidimit apo e reduktimit të papastërtive në nivele gjurmë, dhe rryma e ngarkesës. Në
intervalin e potencialit të punës rryma e ngarkesës është komponentja kryesore e rrymës se
sfondit (qe kufizon kufirin e diktimit). Ajo është rryma e nevojshme për të krijuar shtresën
elektrike dyfishe në sipërfaqen ndarëse elektrodë - tretësirë. Kjo do të thotë që rryma e
ngarkesës është e pranishme në të gjitha eksperimentet voltametrike dhe shikohet si treguese e
pastërtisë se kimikateve që përdoren.
5.2 Voltametria ciklike
Voltametria ciklike është një teknikë elektroanalitike shumë e rëndësishme dhe me një
përdorim të gjerë jo vetëm se përdoret për analiza cilësore dhe sasiore, por edhe sepse
nëpërmjet saj mund të merret një informacion më i gjerë për reaksionet elektrodike. Për këtë
arsye ҫdo studim analitik që bazohet në procese elektronike, fillon zakonisht me
eksperimentet e voltametrisë ciklike. Voltametria ciklike qëndron në regjistrimin e rrymës që
lind mbi një elektrodë stacionare në një tretësirë në kushtet e mungesës së përzierjes gjatë
ndryshimit linear të potencialit sipas një cikli fig 5.2. Pra, gjatë eksperimenteve të
voltametrisë ciklike potenciali i elektrodës së punës ndryshon në mënyrë lineare nga një vlerë
fillestare (E1), deri në një vlerë të dytë që quhet potencial përfundimtar (E2) dhe pastaj drejtimi
i ndryshimit të potencialit ndryshon kahun derisa arrihet vlera fillestare e potencialit (E1). Kjo
përfaqëson një cikël të plotë të vlerave të potencialit. Gjatë përdorimit të kësaj teknike mund
të jetë i mjaftueshem një cikël i plotë (E1-E2-E1), një pjesë e ciklit (E1-E2) ose disa cikle të
njëpasnjëshme.
Zgjedhja e intervalit të ndryshimit të potencialit është shumë e rëndësishme, sepse synohet që
në zonën e zgjedhur të vërehen reaksionet e oksidimit ose të reduktimit të një ose më shumë
specieve.
Page 43
Përdorimi i teknikave elektrokimike efikase për përcaktimin e komponimeve fenolike
2014
27
Figura 5.2 Mënyra e ndryshimit të potencialit mbi një elektrode stacionare dhe
lakorja e rrymës në varësi të ndryshimit të potencialit
Voltametria ciklike karakterizohet nga disa parametra të rëndësishëm. Në temperaturen 25oC
piku i rrymës për një sistem të kthyeshëm jepet nga ekuacioni i Randles-Sevick:
i n ACD vp ( . * ) / / /2 69 105 3 2 1 2 1 2
(3)
Ku është shpejtësia e ndryshimit të potencialit, A sipërfaqja e elektrodës, D koeficienti i
difuzionit, n numri i elektroneve të reaksionit redoks dhe C përqendrimi. Rryma është në
përpjestim të drejtë me përqendrimin dhe me rrënjën katrore të shpejtësisë së ndryshimit të
potencialit. Për një sistem të thjeshtë të kthyeshëm raporti i maksimumeve të rrymave të
kundërta është i barabartë me 1. Ky raport ndikohet shumë nga reaksionet kimike që
shoqërojnë procesin redoks.
Pozicioni i pikut në boshtin e potencialeve (Ep) lidhet me potencialin standard të procesit
redoks. Për një sistem të kthyeshëm vlera e këtij potenciali ndodhet ndërmjet vlerave të
potencialeve (Epa, Ep
c), ku shfaqen rrymat e reduktimit dhe të oksidimit si mëposhtë:
2
0
c
p
a
p EEE
(4)
Largësia ndërmjet pozicioneve të maksimumeve jepet me :
volt
nEEE c
p
a
pp
059.0 (5)
Kështu duke përcaktuar eksperimentalisht Ep, mund të gjendet numri i elektroneve që marrin
pjesë në një proces redoks. Kur një proces redoks shoqërohet me lëvizjen e një elektroni,
largësia ndërmjet maksimumeve është e barabartë me 59 mV. Potencialet e të dy piqeve janë
të pavarura nga shpejtësia e ndryshimit të potencialit. Potenciali i gjysmëpikut me potencialin
e gjysmëvalës lidhen si më poshtë:
E E
nvoltp
21
2
0 028
. (6)
Shenja “+” përdoret për rastin e pikut të reduktimit dhe “–” për pikun e oksidimit.
Page 44
Përdorimi i teknikave elektrokimike efikase për përcaktimin e komponimeve fenolike
2014
28
5.3 Voltametria pulsive
Në këtë grup të teknikave voltametrike hyjnë të gjitha ato teknika tek të cilat ndryshimi i
potencialit bëhet duke zbatuar herë pas here në elektrodën e punës impulse potenciali me
amplitudë të njëjtë ose që ndryshon në mënyrë lineare. Këto teknika synojnë në uljen e kufirit
të diktimit gjatë matjeve voltametrike. Duke realizuar rritjen e raportit të rrymës faradike ndaj
rrymës jofaradike, me këto teknika mund të bëhen përcaktime sasiore deri në përqendrime të
rendit 10-8
M.
Impulsi i potencialit i zbatuar mbi elektrodën e punës ka një kohëzgjatje 50 ms. Në fund të
çdo impulsi rryma e ngarkesës zvogëlohet me shpejtësi (sipas varësisë eksponenciale), deri në
vlera të papërfillshme, ndërsa rryma faradike zvogëlohet me ngadalë. Kjo është arsyeja që
rryma matet në momentet e fundit të zbatimit të impulsit të potencialit, duke realizuar një
diskriminim të madh të rrymës së ngarkesës gjatë matjeve.
5.3.1 Voltametria me vale kuadratike
Voltametria me valë kuadratike bazohet në një regjim ndryshimi të potencialit në formë
impulsesh me amplitudë, e cila rritet në mënyrë lineare. Kjo mënyrë e zbatimit të potencialit
mbi elektrodën e punës jepet grafikisht në figurën 5.3 Në intervalin e kohës ndërmjet dy
impulseve elektroda e punës mbahet në të njëjtën vlerë të potencialit, e cila nuk favorizon
asnjë reaksion kimik. Rryma matet 40 msek pas aplikimit të çdo impulsi. Në këtë moment
ndikimi i rrymës së ngarkesës në rrymën e përgjithshme, është pothuajse i papërfillshëm.
Figura 5.3 Mënyra e ndryshimit të potencialit të elektrodës së punës në voltametrinë me puls
normal
Nga ana tjetër meqenëse kohëzgjatja e impulsit është shumë e shkurtër, shtresa e difuzionit
është shumë e hollë dhe, për pasojë, rryma faradike rritet shumë. Në këtë mënyrë bëhet e
mundur rritja e raportit rrymë faradike-rrymë jofaradike, që çon në rritjen e ndjeshmërisë së
kësaj teknike 5-10 herë në krahasim me atë të polarografisë klasike.
Avantazhet e kësaj teknike rriten edhe më shumë nëse përdoren elektrodat e ngurta. Shumë e
rëndësishme është vlera e zgjedhur e potencialit fillestar. Duke mbajtur një potencial fillestar
në vlera të ulëta, mund të mënjanohen problemet që lidhen me dukuritë sipërfaqësore
(adsorbim të produkteve të reaksioneve), të cilat çojnë shpesh në tjetërsimin e elektrodës së
punës.
Page 45
Përdorimi i teknikave elektrokimike efikase për përcaktimin e komponimeve fenolike
2014
29
KAPITULLI VI
6. PARAMETRAT E VLERËSIMIT TË PERFORMANCËS
Vlerësimi i rezultateve analitike zakonisht bazohet në vlerësimin e saktësisë dhe përpikërisë
së metodës analitike.
Saktësia është një parametër i cili shpreh shkallën e afërisë ndërmjet rezultatit analitik (si
mesatare e disa përcaktimeve paralele), nga vlera e vërtetë e përqendrimit të analitit e
shprehur në përqindje.
Përpikëria (preçision) karakterizon shkallën e afërsisë ndërmjet rezultateve të provave të
përsëritura të pavarura që merren nga metoda e analizës në kushte të caktuara (ISO 5725).
Përpikëria e metodës varet drejtpërdrejt nga gabimet e rastit: sa më të vogla të jenë gabimet e
rastit aq më e mirë është përpikëria dhe e anasjella.Vlerësimi i përpikërisë së metodës mund
të bëhet nëpërmjet njehsimit të tre parametrave: shmangies standarde, variancës dhe
koeficientit të variancës.
Në vlerësimin e metodave elektrokimike të cilat bazohen në përdorimin e sensorëve
elektrokimikë ndikim të rëndësishëm kanë edhe parametrat të cilët lidhen me performancën e
vetë sensorit:
Ndjeshmëria, e cila zakonisht përfaqëson ndryshim të sinjalit analitik në lidhje me
ndryshimin e përqendrimit të analitit, pra pjerrësinë e lakores së kalibrimit. Në rastin e
sensorëvë voltametrikë ndjeshmëria llogaritet për zonën lineare të sjelljes së sensorit. Në se në
këtë zonë varësia është e formës: cbaS atëherë ndjeshmëria e metodës do të jepet nga vlera
e “b” në ekuacionin e lakores së kalibrimit
Kufiri i diktimit (KD) tregon nivelin më të ulët të përqendrimit i cili mund të diktohet nga
sensori voltametrik ndonëse mund të mos matet. Ai përfaqëson një nivel të tillë të
përqendrimit sinjali analitik i të cilit është statistikisht i ndryshëm nga sinjali i provës së
bardhë (PB) (për një nivel besueshmërie të caktuar). Procedurat për të vlerësuar kufirin e
diktimit varen nga lloji dhe natyra e sensorit voltametrik që studjohet. Në rastet kur lakorja e
kalibrimit kalon nga origjina kufiri i diktimit llogaritet si i barabartë me përqendrimin e
analitit që jep një sinjal analitik me një faktor besueshmërie k herë (k = 2 ose 3) më të madh
se sa shmangia standarde e provës së bardhë sPB, pra:
b
skKD PB
ose b
skKD b
(7)
Ku Sb është përkatësisht shmangia standarde e përqendrimit më të vogël në lakoren e
kalibrimit dhe b ndjeshmëria në zonën lineare të lakores.
Kufiri i përcaktimit (KP), përfaqëson përqendrimin më të vogël që mund të përcaktohet me
një nivel pasigurie të caktuar. KP mund të llogaritet nga lakorja e kalibrimit ku si sinjal analitik
Page 46
Përdorimi i teknikave elektrokimike efikase për përcaktimin e komponimeve fenolike
2014
30
për llogaritjen e tij merret sinjali i provës së bardhë duke i shtuar edhe 10 herë shmangien
standarte të provës së bardhë sipas formulës:
b
asSKP PBPB
)10(
(8)
Zona e punës përfaqëson intervalin e përqendrimeve ndërmjet kufirit të diktimit dhe
përqëndrimit më të lartë brenda të cilit matjet analitike mund të kryhen me përpikmëri dhe
saktësi të pranueshme.
Zona e linare është intervali i përqendrimit të analitit në të cilën vlera e ndjeshmërisë është
kostante. Sinjali analitik në këtë zonë është në përpjestim të drejtë me përqendrimin e analitit në
mostër. Zona linare gjendet drejtpërdrejt nga ndërtimi i lakores së kalibrimit. Në shumicën e
rasteve zona e punës e një sensori korrespodon me zonën lineare.
Lineariteti është shmangia relative e lakores së kalibrimit së ndërtuar eksperimentalisht nga
varësia lineare. Zakonisht lineariteti i korespondon një zonë të caktuar përqendrimi.
Qëndrueshmëria përfaqëson kohën gjatë së cilës sensori paraqitet me një performancë
analitike të caktuar. Vlerësimi i qëndrueshmërisë bazohet në matjen e sinjalit të provës së
bardhë ose të një përqendrimi relativisht të ulët.
Jetëgjatësia e sensorit nënkupton periudhën gjatë së cilës ai funksionon sipas një
performance të caktuar.
Page 47
Përdorimi i teknikave elektrokimike efikase për përcaktimin e komponimeve fenolike
2014
31
KAPITULLI VII
7. PJESA EKSPERIMENTALE
7.1 Materiale dhe Reagentë
Hidrogjen fosfat kaliumi anhidër ( K2HPO4, Merck)
Dihidrogjen fosfat kaliumi ( KH2PO4,≥ 99% Merck)
Klorur kaliumi (KCl, ≥ 99.5%, Normapur)
Acid fosforik (H3PO4, Merck)
Borohidrur natriumi (Na(BH4), 96% Merck)
Tretësirë ari HAuCl4 ( 0.96%)
Fenol (C6H6O, 99.9% sigma Aldrik)
Katekol (C6H6O2, 99 % Alfa Aesar)
Hidrokinon (C6H6O2 ,≥ 99% Merck)
4-klorfenol (C6H5ClO, ≥ 98 % Merck)
m-krezol (C7H8O, ≥ 99% Merck)
p-krezol (C7H8O, ≥ 98% Merck)
3-nitrofenol (O2NC6H4OH, ≥ 99% Merck)
4-nitrofenol (O2NC6H4OH,≥ 99% Merck)
3-aminofenol (C6H7NO, ≥ 99 % Merck)
4- aminofenol ( C8H7NO, ≥ 99% Merck)
Pudër karboni me granulometri 0.09-0.071 mm
Parafinë e lëngshme ( Olio di Vaselina, Zeta farmaceutici)
Ind bimor (kërpudhë, banane, mollë, dardhë, patate)
7.2 Tretësirat
Tretësirë bufer fosfat 0.1M pH=7: peshohet përkatësisht (5.795 g K2HPO4 +2.27 g
KH2PO4 +2.932 g KCl) u kaluan në mënyrë sasiore në balon të taruar 500 ml me ujë
të dejonizuar H2O).
Tretësirë standard bazë Katekol [550 ppm]: peshohet saktësish 0.0275 g kalohet në
mënyre sasiore me ujë të dejonizuar në enë të taruar 50 ml.
Tretësirë standard bazë 4-klorfenol [643 ppm]: 0.0321 g u kalua në mënyrë sasiore me
ujë të dejonizuar në balon të taruar 50 ml.
Tretësirë standard bazë p-krezol [540 ppm]: sasia 0.0270 g kalohet me ujë të
dejonizuar në balon të taruar 50 ml.
Tretësirë standard bazë m-krezol [540 ppm]: kalohet me ujë të dejonizuar 0.0270 g m-
krezol në enë të taruar 50ml.
Tretësirë standard 4-aminofenol [545 ppm]: tretet 0.0273 g 4-aminofenol me ujë të
dejonizuar në enë të taruar 50ml.
Tretësirë standard bazë 4-nitrofenol [642 ppm]: 0.0348 g 4-nitrofenol kalohet në enë
të taruar 50 ml me ujë të dejonizuar.
Tretësirë standarde bazë Hidrokinon [550 ppm]: 0.0275 g hidrokinon tretet me ujë të
dejonizuar kalohet në mënyrë sasiore në enë të taruar 50 ml.
Tretësirë standade bazë 3-nitrofenol [1000 ppm]: tretet 1.0000 g 3-nitrofenol në ujë të
dejonizuar në balon të taruar 1 L.
Page 48
Përdorimi i teknikave elektrokimike efikase për përcaktimin e komponimeve fenolike
2014
32
Tretësirë standard bazë Fenol [1000 ppm]: tretet 1.0000 g fenol në ujë të dejonizuar
në balon të taruar 1 L
Tretësirë NaBH4 0.1 M; tretet 0.189 g NaBH4 në 50 ml ujë të distiluar.
Tretësirë HAuCl4 [0.96%]
Tretësirë koloidale e nanogrimcave të arit u përgatit duke shtuar në një gotë të vogël
kimike sasitë përkatëse të tretësirave:[10 ml H2O + 250 µL HAuCl4 0.96% + 520 µL
NaBH4 0.1M freskët]
H3PO4 (1:9): Për përgatitjen e acidit shtohen me kujdes10 ml H3PO4 me 90 ml ujë të
dejonizuar.
Tretësirat standarde bazë ruhen në frigorifer dhe janë të qëndrueshme për 6 muaj.
7.3 APARATURA DHE DHE PAJISJE
Analizieri Elektrokimik Model MEC-12B
Figura 7.1 Analizieri elektrokimik MEC-12B përdorur për matjet elektrokimike
Matjet voltametrike janë realizuar me ndihmën e aparatit elektrokimik (MEC-12B) të treguar
në figurën 7.1 i lidhur me një kompjuter në të cilën është instaluar programi përkatës për
regjistrimin e sinjalit elektrik të fituar në celulën e matjeve. Për përpunimin e të dhënave
eksperimentale është përdorur programi Origin 6.
Celula elektrokimike
Celula elektrokimike është pajisja ku zhvillohen të gjitha reaksionet
elektrokimike gjatë përcaktimeve voltametrike. Si celulë është përdorur
një enë me vëllim 25 ml prej qelqi (fig 7.2), në të cilën janë vendosur tre
Page 49
Përdorimi i teknikave elektrokimike efikase për përcaktimin e komponimeve fenolike
2014
33
elektrodat: elektroda e punës (elektroda pastë karboni e pa modifikuar
ose e modifikuar me ind bimor), elektroda referuese Ag/AgCl/Cl-
me
elektrolit të brenshëm tretësirë KCl 0.3M dhe elektroda ndihmëse, Pt.
Figura 7.2 Celula elektrokimike me sistemin tresh të elektrodave
7.4 Procedura e Përgatitjes të Elektrodave Pastë Karboni
Në këtë punim është studiuar sjellja elektrokimike e elektrodave pastë karboni të modifikuar
me inde bimore si mollë, banane, kërpudhë, patate, dardhë si burim i enzimës
polifenoloksidazë. Për këtë qëllim është përgatitur elektroda pastë karboni e pamodifikuar si
dhe elektroda të modifikuara me inde bimore.
7.4.1 Përgatitja e Elektrodës Pastë Karboni (EPK)
Për përgatitjen e pastës së karbonit janë përdorur portaminat (Rotring: hi-Polymer 0.7 HB).
Materiali i portaminave është bluar mekanikisht në një havan agati dhe është ndarë në
fraksione me ndihmën e një serie sitash me përmasa (0.5-0.2 mm, 0.2-0.16 mm, 0.16-0.09
mm, 0.09-0.072 mm, 0.072-0.056 mm). Secili prej fraksioneve është përdorur për të
përgatitur materialin elektrodik dhe pas vlerësimit të performancës së sensorit është vazhduar
puna me fraksionin 0.09- 0071mm. Pudra e karbonit dhe parafina në raporte të caktuara
përzihen së bashku në një havan agati për 20 minuta deri sa të krijohet një masë homogjene.
Pasta e përgatitur kalohet ne flakon qelqi dhe ruhet në frigorifer për 24 orë në temperaturën 4
ºC. Merret një pjesë e pastës (rreth 1 g) paketohet në një pajisje shtytëse me piston me
diametër të brendshëm 8 mm dhe diametër të jashtëm 9.5 mm, e cila përmban një tel bakri
për të realizuar kontaktin elektrik (figura 7.3). Sipërfaqja e kontaktit të tretësirës me
elektrodën është 50 mm2. Spërfaqja e elektrodës rinovohet duke zhvendosur një shtresë të
pastës me anë të pistonit dhe lëmohet në një xham sahati përpara çdo matje.
Page 50
Përdorimi i teknikave elektrokimike efikase për përcaktimin e komponimeve fenolike
2014
34
Figura 7.3 Elektroda e punës me pastë karboni
7.4.2 Elektroda Pastë Karboni (EPK) modifikuar me Ind bimor
Procedura është e njëjtë si në rastin e pastave të karbonit, por në këtë rast pasi
homogjenizohet pudra e karbonit me parafinën shtohet pulpa e indit bimor (banane, mollë,
dardhë, patate, kërpudhe), përzihet sërish për 20 minuta deri në përftimin e një paste
homogjene. Pastat e karbonit të modifikuar kalohen në flakona qelqi ku ruhen në frigorifer
për 24 orë në 4 °C. Matjet kryen mbas 24 orëve pasi është përgatitur pasta e modifikuar në
mënyrë që modifikuesi të imobilizohet brenda përbërjes kompozite.
7.4.3 Elektroda Pastë Karboni (EPK) modifikuar me Ind bimor dhe nanogrimca Au
1. Përgatitja e nanogrimcave të Au
Nanogrimca të arit janë përgatitur bazuar në reaksionin e reduktimit të Au+3
me
tretësirë të NaBH4 0.1 M. Në një gotë të vogël kimike në kushtet e përzierjes
shtojmë 10 ml ujë të distiluar, 250 µL tretësirë ari 0.96 % dhe borohidrur natriumi
0.1 M. Në këtë mënyrë është përgatitur tretësira e nanogrimcave të arit për të kryer
modifikimin e pastës së karbonit. Ngjyra e tretësirës ndryshon nga e verdhë në të
kuqe/vishnje siç tregohet në figurën 7.4. Reaksioni zhvillohet në temperaturën e
dhomës, ndryshimi i ngjyrës është shumë i shpejtë prandaj ky reaksion nuk ka
nevojë për temperaturë të lartë.
Page 51
Përdorimi i teknikave elektrokimike efikase për përcaktimin e komponimeve fenolike
2014
35
a) b) c)
f) e) d)
Figura 7.4 Ndryshimi i ngjyrës gjatë reduktimit të HAuCl4 nga NaBH4 në temperaturën e
dhomës, gjatë sintezës së nanogrimcave. a) Tretësira e arit e pastër me ngjyrë të verdhë b)
shtimi i reduktuesit NaBH4 c) ndryshimi i ngjyrës nga e verdhë në të kuqe/vishnje, e cila
tregon formimin e nanogrimcave d),e) formimi i nanogrimcave dhe intensifikimi i ngjyrës në
të kuqe të thellë f) agregimi i nanogrimcave.
Shpejtësia e reaksionit varet nga përqendrimi i agjentit reduktues NaBH4. Ajo mund të
ndryshojë nga disa minuta deri në disa ditë nga shtesa e reagentit reduktues me përqendrim të
caktuar. Por interesi ynë është të përftohen nanogrimca sa më thjesht, për një kohë të shkurtër
dhe të jenë të qëndrueshme për një kohë të gjatë. Kështu sinteza duke përdorur NaBH4 si
reduktues është konstatuar të jetë e thjeshtë dhe e shpejtë por vështirësia qëndron në faktin se
reaksioni nuk mund të ndërpritet në fazën e formimit të nanogrimcave. Pasi arrihet ngjyra e
cila tregon formimin e nanogrimcave (kuqe/vishnje d)-e) tretësira bëhet më e errët, grimcat
vazhdojnë të rriten vazhdimisht dhe në fund bien qetësisht në fundin e enës (fig. 7.4.f).
2. Sistemit koloidal i nanogrimcave të Au, përgatitja e elektrodës EPKKa-nAu
Karakterizimi jep informacion në lidhje me spektrin e absorbimit, formën dhe përmasat e
nanogrimcave, në këtë studim karakterizimi i nanogrimcave të Au është kryer vetëm me
spektrofotometër UV-VIS i tipit SHIMAZDU 2401. Në figurën 7.5 është paraqitur spektri i
absorbimit të sistemit të nanogrimcave të arit të sintetizuara duke përdorur si reduktues
NaBH4. Vihet re që piku i absorbimit shfaqet në gjatësinë e valës 530 nm e cila është
karakteristike për elementin Au0.
Page 52
Përdorimi i teknikave elektrokimike efikase për përcaktimin e komponimeve fenolike
2014
36
Figura 7.5 Spektrat UV-VIS të sistemit koloidal të nanogrimcave të Au përftuar për
përqendrime të ndryshme të reduktuesit NaBH4 0.1 M, 1.9 x 10-4
M, , 3.8 x 10-4
M,
5.8 x 10-4
M, 9.7 x 10-4
M, 1.6 x 10-3
M, 2.1 x 10-3
M, 4.8 x 10-3
M, 5.7 x 10-3
M.
Me rritjen e përqendrimit të borohidrurit të natriumit në enën e reaksionit vihet re që rritet
lartësia e pikut të absorbimit. Kur përqendrimi i reduktuesit bëhet 5.7 x 10-2
M, piku i
adsorbimit shoqërohet me uljen e vlerave të absorancës si pasojë e agregimit të sistemit
koloidal. Kështu sasia optimale e borohidrurit 0.1M për përgatitjen e nanogrimcave të Au
nisur nga tretësira e arit me përqendrimin 0.96% , ka rezultuar 520 µL (C= 4.8 x 10-3
M).
Për përgatitjen e elektrodës EPK të modifikuar me ind bimor dhe nanogrimca ari është
proceduar në këtë mënyrë: në 1.000 g pudër karboni shtohet 2 ml nga tretësira e freskët e
porsapregatitur e nanogrimcave të arit (faza e është faza ku merret sasia e nanogrimcave të
arit për modifikimin e sensorit). Tretësira e nanogrimcave të arit është përgatitur në një gotë
të vogël kimike, në të cilën është shtuar 10 ml ujë i dejonizuar, 250 µL tretësirë ari 0.96 %
dhe 520 µL borohidrur natriumi (NaBH4 0.1M). Përzihet për disa minuta derisa shtresa
hidrofobo dhe hidrofile të përzihen së bashku. Më pas vendoset në eksikator, në mënyrë që i
gjithë uji që ndodhet në të, të avullojë. Shtohet indi bimor (0.1 g) homogjenizohet për 20
minuta, në fund shtohet 280 µL parafinë si lidhës, e përziejmë sërisht deri sa të fomohet një
pastë homogjene. Pasta e karbonit e përgatitur ruhet në frigorifer 24 orë përpara se të përdoret
për matje.
530 nm
Page 53
Përdorimi i teknikave elektrokimike efikase për përcaktimin e komponimeve fenolike
2014
37
7.5 Përgatitja e Mostrave
Janë analizuar 3 matrica të ndryshme mostrash:
1. Çaj jeshil: (A) dhe (B)
2. Kafe turke ―Ama‖
3. Ujëra nëntokësorë marrë në mënyrë rastësore në zonën naftëmbajtëse Patos-Marinëz.
Mostrat e kafesë dhe të çajit të marra në mënyrë të rastësishme në treg brenda afatit të
rekomanduar të përdorimit janë përgatitur me dy mënyra për tu analizuar:
(I). Me infusion në tretësirë ujore në 100° C
(II). Me ekstraktim në bufer fosfat pH 7, 0.1M
(I)- Sipas mënyrës së parë është peshuar me saktësi 1.000 g çaj jeshil ose kafe. Në ujin e
distiluar në temp e vlimit 100 °C është hedhur çaji/kafeja dhe është lënë në qetësi për rreth 30
minuta. Pas filtrimit filtrati është çuar në vëllim 50 ml me ujë të distiluar në një balon të
taruar. Nga kjo tretësirë është marrë për analizë 100 µl në celulën që përmban 15 ml bufer
fosfat 0.1 M.
(II)- Është peshuar me saktësi 1.000 g çaj jeshil ose kafe. Është kaluar në një gotë kimike ku
përmbahet bufer fosfat 0.1 M pH 7 dhe janë vendosur në 35 ºC për rreth 30 min. Më pas janë
përzier me anë të përzierësit magnetik për 2 minuta. Pas dekantimit dhe filtrimit filtrati është
kaluar në një balon të taruar 50 ml dhe është çuar në shenjë me ujë të distiluar. Kjo tretësirë
është përdorur për matje.
(III)- Fillimisht është bërë pastrimi i mostrave ujore duke ju nënshtruar një procesi distilimi
me qëllim minimizimin e interferencave gjatë përcaktimit elektrokimik të fenoleve. Eshtë
ndërtuar aparati i distilimit sipas udhëzimeve në manualet e përdorimit të aparaturave. Merret
500 ml mostër uji në cilindër të graduar dhe kalohet në balonën e distilimit ku shtohet H3PO4
10% me pika për të rregulluar pH= 4 (për eleminimin e komponimeve sulfurike të cilat
çlirohen në trajtë të H2S dhe SO2). Pasi është mbledhur 500 ml distilat e matur me cilindër,
mostrat janë gati për tu analizar duke përdorur biosensorin EPKB optimizuar në kushtet e
laboratorit. Fenolet e studiuara janë shumë volative dhe mostrat janë analizuar brenda një
kohe të shkurtër dhe për sa kohë janë përdorur janë ruajtur në kushte frigoriferike. Për analizë
është pipetuar 5 ml mostër në celulën elektrokimike që përmban 15 ml bufer fosfat 0.1M
(pH= 7).
7.6 Matjet eksperimentale dhe teknikat e përdorura
Teknikat voltametrike: Stare Case Voltammetry (SCV) dhe Square Wave Voltammetry
(SWV) janë zhvilluar bazuar në celulën elektrokimike 15 ml bazuar në sistemin me tre
elektroda ku si elektrodë pune është përdorur biosensori pastë karboni i përgatitur në
laborator i pamodifikuar ose i modifikuar. Voltamogramat janë regjistruar në potencialin nga
-0.4 V në 1.0 V në tretësirë bufer fosfat 0.1 M (pH=7) me shpejtësi skanimi 50 mV/s.
Voltamogramat janë regjistruar në tretësirë buferike si dhe pas çdo shtese të analitit
(komponime të ndryshme fenolike) në celulë.
Page 54
Përdorimi i teknikave elektrokimike efikase për përcaktimin e komponimeve fenolike
2014
38
KAPITULLI VIII
8. REZULTATE DHE DISKUTIME
8.1 ELEKTRODA PASTË KARBONI MODIFIKUAR ME IND BANANE (EPKB)
8.1.1 Ndikimi i enzimës PPO (nga indi i bananes) në përgjigjen e biosensorit (EPKB)
Për të vërejtur efektin e llojit të indit modifikues në përgjigjen e elektrodës, janë studiuar
voltamogramat të regjistruara me teknikën SCV për elektrodën e pamodifikuar EPK dhe të
modifikuar (EPKB) në të njëjtat kushte eksperimentale. Në figurat e mëposhtme tregohen
voltamogramat e derivatit të parë marrë nga elektrodat pastë karboni të pa modifikuara dhe të
modifikuara me ind banane.
0.4 0.5 0.6 0.7 0.8
-200
-150
-100
-50
0
i= -170 mA
1
0
Elektroda EPKB
2
d(i
)/d
(v)
E (V)
Figura 8.1 Voltamogramat të derivatit të parë përftuar me elektrodën pastë karboni (EPK)
dhe elektrodën pastë karboni modifikuar me ind banane (EPKB) në përqendrime të ndryshme
të fenolit 1) 3.3ppm 2) 6.6 ppm, 0) në bufer fosfat 0.1 M pH 7, ndryshim të potencialit 50
mV/s.
Nga grafikët e paraqitur në figurën 8.1 tregohet qartë që sinjali i fituar (intesiteti i rrymës),
me elektrodën e modifikuar, për të njëjtin përqendrim të analitit rritet, gjithashtu paraqitet dhe
një zhvendosje e potencialit në vlera më të ulëta, përkatësisht nga 0.73 V në 0.66 V. Ky efekt
tregohet edhe nga parametrat analitikë llogaritur nga ekuacioni i lakores së kalibrimit.
Vërehet një rritje e ndjeshmërisë së elektrodës nga b=0.59 µA/ppm në b=0.99 µA/ppm dhe
me koeficient korrelacioni R2=0.9951 (n=3).
0.4 0.5 0.6 0.7 0.8
-200
-150
-100
-50
0
i=-110 mA
Elektroda EPK
2
1
0
d(i
)/d
(v)
E(V)
110 µA
170 µA
Page 55
Përdorimi i teknikave elektrokimike efikase për përcaktimin e komponimeve fenolike
2014
39
8.1.2 Optimizimi i raportit ndërmjet komponentëve përbërës të materialit elektrodik
Është studiuar raporti ndërmjet komponentëve përbërës të materialit elektrodik: pudër
karboni-ind banane-parafin. Për këtë janë përgatitur 5 elektroda me raporte të ndryshme të
komponentëve siç tregohet në tabelën 8.1 sipas procedurës së përgjithshme të ndërtimit të
biosensorit të shpjeguar më parë. Elektrodat u testuan duke përdorur fenolin si analit, në
tretësirë buferike pH=7 (Yoruk and Marshall, 2003) si dhe me parametrat optimalë të
teknikës SCV (Parroj and Vasjari, 2011), nga rezultatet eksperimentale dhe lakoret e
kalibrimit rezultuan parametrat analitikë të paraqitur në tabelën 8.1.
A) B)
Figura 8.2 A) Voltamgramat ciklike të skanuara (SCV) me EPK të modifikuar me raporte të
ndryshme (1; 2; 3; 4 sipas tab.8.1), me përqendrim të fenolit 3.3 ppm B) lakoret e kalibrimit
përkatëse për secilën elektrodë, në bufer fofat pH 7; shpjetësi skanimi 50mV/sek;
Tabela 8.1 Parametrat analitikë të biosensorëve të studiuar
Vihet re dukshëm që nuk ka një korrelim ndërmjet sinjalit dhe rritjes së sasisë së komponentit
modifikues në materialin elektrodik. Kjo mund ti atribuohet (Cummings et al 1998) trashësisë
Elektroda Pudër
Karboni
(g)
Parafinë
(μl)
Ind
Banane
(g)
R2 a b
(µA/ppm)
1 1.00 320 0.00 0.9990 0.0500 0.59
2 1.10 280 0.10 0.9951 0.0761 0.99
3 1.02 270 0.15 0.7822 0.2911 0.14
4 1.10 250 0.20 0.9868 0.3333 1.51
5 1.00 250 0.30 - - -
Page 56
Përdorimi i teknikave elektrokimike efikase për përcaktimin e komponimeve fenolike
2014
40
së filmit enzimatik, i cili do të çoj në rritjen rezistencës së transferimit të elektronit në
sipërfaqe dhe të vështirësohet shumë trasferimi i tij. Në elektrodën E4 ku sasia e modifikuesit
është e lartë, shfaqet dhe një ndjeshmëri e lartë e cila shoqërohet edhe me një rrymë sfondi të
lartë duke nisur që nga vlerat e ulëta të potencialit. Rrjedhimisht për këtë arsye elektroda
modifikuar me 1.000 g pudër karboni-280 μl parafinë-0.10 g ind banane rezultoi me
performancë më të mirë analitike për eksperimentet e mëtejshme.
8.1.3 Efekti i granulometrisë së pudrës së karbonit në përgjigjen e biosensorit EPKB
Në performancën e elektrodave pastë karboni ndikojnë jo vetëm përbërësit e materialit
elektrodik dhe raporti midis tyre (Broli and Vasjari 2013), por edhe përmasat e grimcave të
pudrës së karbonit të përdorur. Kjo për faktin se përcjellshmëria e karbonit është e orientuar
në një drejtim që kushtëzohet nga struktura e tij. Pra grimcat më të mëdha do të siguronin
përcjellshmëri më të mirë dhe përbërje jo homogjene të pastës së karbonit, ndërsa grimcat me
granulometri më të imët do të përgatisnin një pastë më homogjene por me përcjellshmëri më
të vogël. Për këtë arsye në këtë punim është studiuar ndikimi i madhësisë së grimcave të
grafitit në pastën e karbonit.
Duke mbajtur të pandryshuar raportin midis komponentëve në pastën e karbonit (1.00 g pudër
karboni /280µl parafinë/ 100 mg ind banane) janë përgatitur pasta karboni të modifikuara
duke përdorur pudër karboni monodisperse: 0.5-0.2, 0.2-0.16, 0.16-0.09, 0.09-0.071, 0.071-
0.056 mm. Përgjigja e këtyre biosensorëve është studiuar në bufer fosfat 0.1M (pH=7), me
përqendrim të fenolit 3.3 ppm, në fig 8.3.a janë dhënë voltamogramat e derivatit të parë
ΔI/ΔE=f(E) të fituara me elektrodat pastë karboni të studiuara. Vihet re që granulometria
0.09-0.071 mm jep rrymë oksidimi më të lartë (fig 8.3.b) .
0.6 0.7 0.8
-90
-80
-70
-60
-50
-40
-30
-20
-10
0
10
5
4
3
2
1
a)
d(i
)/d
(v)
E (V)
1 2 3 4 5
40
50
60
70
80
b)
d(i
)/d
(v)
Fraksionet
Figura 8.3.a) Voltamograma të derivatit të parë të elekektrodave EPKB përgatitur me
përmasa të ndryshme të pudrës së karbonit, sinjali i fituar në 3.3 ppm fenol në varësi nga
granulometria:1) 0.5-0.2 mm; 2)0.2-0.16 mm; 3)0.16-0.09 mm; 4) 0.09-0.071 mm; 5) 0.071-
0.056 mm, në përqendrim 3.3 ppm fenol, bufer fosfat 0.1M (pH 7), shpejtësi skanimi
50mV/s;b) Tregohet sinjali derivativ i përftuar për çdo fraksion (1,2,3,4,5).
Page 57
Përdorimi i teknikave elektrokimike efikase për përcaktimin e komponimeve fenolike
2014
41
-2 0 2 4 6 8 10 12 14 16
0
5
10
15
20
25
30
0.09-0.071 mm
i (m
ikro
A)
C (ppm)
Y=0.64106+1.65256x
R2=0.9981
Figura 8.4 Lakore e kalibrimit të elektrodës me pudër karboni monodisperse 0.09-0.071 mm,
E= 0.78V.
Vihet re nga voltamogramat të paraqitura më sipër se në fraksionet e mëdha të grimcave të
pudrës së karbonit 0.5-0.2 mm dhe 0.2-0.16 mm, sinjali i elektrodës EPKB është më i ulët
dhe me zvogëlimin e përmasave të grimcave ai rritet. Nga krahasimi i lakoreve të kalibrimit
të ndërtuara për çdo rast, rezulton që (tab 8.2) përgjigje më e mirë për sa i përket
ndjeshmërisë (vlera e b=1.65 µA/ppm nga lakorja e kalibrimit), zonës lineare (1.4 ppm–15.7
ppm) dhe koeficientit të korrelacionit (R2= 0.9981) merret kur përdorim fraksionin e
grimcave të pudrës së karbonit 0.09-0.071 mm. Ky fraksion është përzgjedhur për vlerësimin
e sjelljes elektrokimike të biosensorit EPKB kundrejt komponimeve të ndryshme fenolike.
Tabela 8.2 Parametrat analitikë për 5 fraksionet granulometrike të ndryshme të studiuar me
elektrodën EPKB duke përdorur si analit fenolin.
Granulometria
(mm)
Ndjeshmëria
b
(µA/ppm)
Zona
Linare
(ppm)
R2
0.5-0.2 1.01 3.3-9.4 0.9484
0.2-0.16 0.87 1.4-9.4 0.9821
0.16-0.09 1.04 1.4-9.4 0.9692
0.09-0.071 1.65 1.4-15.7 0.9981
0.071-0.056 1.51 1.4-9.4 0.9864
Page 58
Përdorimi i teknikave elektrokimike efikase për përcaktimin e komponimeve fenolike
2014
42
8.1.4 Përgjigja e elektrodës EPKB kundrejt komponimeve të ndryshme fenolike
Është studiuar përgjigja e biosensorit EPKB në tretësira standarde fenol, 4-klorfenol,
hidrokinon, katekol, p-krezol, m-krezol, 4- aminofenol, 4-nitrofenol dhe 3- nitrofenol. Me
pastën e karbonit të modifikuar është punuar me përbërje optimale: 1.000 g pudër karboni
fraksion 0.09-0.071 mm: 280 µl parafinë: 100 mg ind banane. Në figurën 8.5 tregohen
voltamogramat e derivatit të parë në tretësira të a) 3-nitrofenol, b) 4-klorfenol, c)
hidrokinonit, d) katekol, e) m-krezol, f) p-krezol.
0.6 0.8
-250
-200
-150
-100
-50
0
50
100
a)
3-nitrofenol
2
4
5
3
1
0
d(i)/
d(v
)
E (v)
0.4 0.6 0.8
-140
-120
-100
-80
-60
-40
-20
0
20
40
b)
5
4
3
2
1
04-klorfenol
d(i)/
d(v
)
E (V)
0.0 0.2 0.4
-120
-100
-80
-60
-40
-20
0
20
40
c)
4
3
2
0Hidrokinon
d(i)/
d(v
)
E (V)
0.0 0.2 0.4 0.6
-160
-140
-120
-100
-80
-60
-40
-20
0
20
40d)
5
4
3
2
1
0Katekol
d(i)/
d(v
)
E (V)
Page 59
Përdorimi i teknikave elektrokimike efikase për përcaktimin e komponimeve fenolike
2014
43
0.4 0.5 0.6 0.7
-80
-70
-60
-50
-40
-30
-20
-10
0
10
20 f)
3
2
1
0
p-kresol
d(i)/
d(v
)
E (V)
Figura 8.5 Voltamogramat e derivatit të parë, përftuar me biosensorin EPKB në tretësirë : a)
3-nitrofenol, b) 4-klorfenol, c) hidrokinon, d) katekol, e) m-krezol, f) p-krezol; në
përqendrime të ndryshme 0) bufer, 1) 1.4 ppm, 2) 3.3 ppm, 3) 6.6 ppm, 4) 9.4 ppm, 5)15.7
ppm, në bufer fosfat 0.1M (pH 7) dhe shpejtësi skanimi 50 mV/s.
Siç vihet re edhe në voltamogramat e mësipërme oksidimi elektrokimik i komponimeve
fenolike në sipërfaqen e elektrodës ndodh në potenciale të ndryshme dhe me rritjen e
përqendrimit të analitit rritet vlera e sinjalit. Në të njëjtat kushte janë eksperimentuar edhe
komponimet 4-aminofenol, 4-nitrofenol por në këto raste analiti nuk ka vepruar
elektrokimikisht në sipërfaqen e sensorit të modifikuar. Pra veprimi katalitik i enzimës PPO
në sipërfaqen e elektrodës së modifikuar është i dukshëm për 3-nitrofenol, 4-klorfenol,
hidrokinon, katekol, m-krezol dhe p-krezol. Kjo është vërejtur edhe në punime të tjera ku
është pohuar se komponimet fenolike që përmbajnë grupe me efekt induktiv negativ
(elektrono-marrës) në pozicionin para nuk japin përgjigje ndaj këtij tipi biosensori pasi e kanë
të vështirë për tu oksiduar (Buckee, 1992). Përjashtim bën në këtë rast 4-klorfenoli pasi ky
komponim fenolik ka një strukturë kimike të favorizueshme për të mos bllokuar qendrat
aktive të sipërfaqes së elektrodës. Biodegradimi i 4-klorfenolit në sipërfaqen e elektrodës i
dedikohet një mekanizmi të thjeshtë që përfshin lirimin anodik të klorit e për pasojë formimin
e një komponimi të ndërmjetëm aromatik të dekloruar. Zbërthimi i mëtejshëm i unazës
aromatike bën të mundur formimin e acideve karboksilike me mungesë të klorit në ciklin
aromatik. Atomet e klorit në këtë rast të liruara nga hidrodehalogjenizimi i klorofenoleve
konvertohen në molekula tepër të oksidueshme në anodë (Hanifahe al, 2008). Ky mekanizëm
është shfryezuar për aplikimin e enzimës PPO në degradimin e klorfenoleve, të cilët janë
komponime shume toksike dhe me presistencë të lartë.
Në tabelën 8.3 janë dhënë parametrat e performancës analitike, të biosensorit EPKB për
komponimet: katekol, fenol, hidrokinon, 4-klorfenol, p-krezol, m-krezol, 3-nitrofenol.
0.4 0.6 0.8
-120
-100
-80
-60
-40
-20
0
20
e)
5
4
3
2
1
0
m-kresol
d(i
)/d
(v)
E (V)
Page 60
Përdorimi i teknikave elektrokimike efikase për përcaktimin e komponimeve fenolike
2014
44
Tabela 8.3 Parametrat analitikë të biosensorit EPKB në komponime të ndryshme fenolike,
potenciali aplikohet nga -0.4V në 1V, në tretësirë bufer fosfat (pH 7), shpejtësi skanimi
50mV/s.
Analiti
Ndjeshmëria
(µA/ppm)
b
KD
(mg/L)
Zona
Lineare
(ppm)
Katekol
2.32
0.10
1.4-15.7
Fenol
1.65
0.18
1.4-15.7
Hidrokinon
1.52
0.6
1.4-15.7
4-klorfenol
1.23
0.80
1.4-9.4
p-krezol
1.07
0.28
1.4-6.6
m-krezol
1.05
0.14
1.4-6.6
Page 61
Përdorimi i teknikave elektrokimike efikase për përcaktimin e komponimeve fenolike
2014
45
3- nitrofenol
1.34
0.33
1.4-9.4
4-aminofenol
nuk u mor sinjal
4-nitrofenol
nuk u mor sinjal
Kufiri i diktimit (KD) për biosensorin EPKB është llogaritur sipas 3Sb/b, ku b është pjerrësia
e lakores së kalibrimit përkatëse në zonën lineare, dhe Sb është vlerësuar si shmangia
standarde e sinjalit në tretësira të ndryshme fenolike, në përqendrime koresponduese me
përqendrimin më të ulët në lakoren e kalibrimit. Siç vihet re nga vlerat treguar në tab.8.3
kufiri i diktimit varion nga 0.8 mg/L (S/n=3) për 4-klofenolin në 0.1 mg/L (S/n=3) për
katekolin, kjo do të thotë se biosensori mund të përcaktoj nivele më të ulëta për analitin
katekol.
Zona lineare më gjerë rezulton për komponimet fenol, katekol, hidrokinon (orto-para-
difenole).
Ndjeshmëria e biosensorit EPKB, e cila vlerësohet drejtpërdrejt me vleren e b, pra pjerrësia e
lakores së kalibrimit në zonën lineare, varion nga 1.05 në 2.32 µA/ppm për komponimet
fenolike të studiuara. Kjo mund të lidhet me formimin e o-kinoneve në sipërfaqen e
elektrodës gjatë reaksion enzimatik (Ozoner, 2011 ).
Ndjeshmëri maksimale (b = 2.32 µA/ppm) dhe koeficient korrelacioni të lartë (R2= 0.9980)
në këtë rast shfaq katekoli dhe fenoli (b= 1.65 µA/ppm), me koeficient (R2= 0.9981). Kjo i
dedikohet strukturës kimike të këtyre komponimeve. Prania e grupit OH në pozicionin orto
tek katekoli favorizon oksidimin në kinon nën veprimin katalitik të enzimës (PPO-
difenolazë) të imobilizuar në elektrodë. Ndërsa në rastet e analitëve të tjerë enzima PPO
(PPO- monooksigjenazë + difenolazë) në prani të oksigjenit molekular shkakton paraprakisht
ndërfutjen e një grupi OH në pozicionin orto dhe më tej oksidimin e tij në kinon ( Mayer,
2006).
Në tabelën 8.4 është paraqitur përgjigjja e biosensorit si përgjigje relative në përqindje ndaj
komponimeve fenolike, karahasuar me katekolin duke konsideruar si 100% sinjalin e tij.
Page 62
Përdorimi i teknikave elektrokimike efikase për përcaktimin e komponimeve fenolike
2014
46
Tabela 8.4 Përgjigja relative në (%) e biosensorit kundrejt komponimeve të ndryshme
fenolike.
Indi Bimor Analiti Përgjigja Relative
(%)
Katekol 100
Fenol 71
Hidrokinon 66
Banane 3-nitrofenol 58
4-klorfenol 53
p-krezol 46
m-krezol 45
4-nitrofenol -
4-aminofenol -
Pra prania dhe pozicioni i grupit zëvendësues mund të luaj një rol të rëndësishëm në
përgjigjen e biosensorit. Nga ky studim rezulton se biosensori i përgatitur mund të përdoret
për përcaktimin e disa komponimeve fenolike. Por ai përcakton me një ndjeshmëri më të lartë
komponimet orto dhe para-difenolike sesa komponimet mono-fenolike, gjithashtu ky
biosensor e ka të vështirë të përcaktoj komponimet të cilat kanë të zëvendësuar në pozicionin
orto grupe me efekt induktiv (-) elektronomarrës (Vedrine, 2003; Xavier,2011).
8.1.5 Vlerësimi i parametrave të performancës dhe stabiliteti i biosensorit EPKB
Riprodhueshmëri: është studiuar duke testuar përgjigjen e tre elektrodave, përgatitur
në mënyrë të pavarur, me të njëjtin raport të komponentëve përbërës (pudër karboni-
parafin-ind banane), me të njëjtën granulometri të pudrës së karbonit (0.09-
0.071mm), në tretësirë fenoli me përqendrim 1.4 ppm (pH 7.0) dhe në të njëjtat
kushte eksperimentale. U fitua një sinjal analitik (rryma), mesatarë 2.8±0.1 µA
(shmangie standarde relative 3.6 %).
Përsëritshmëria e biosensorit EPKB u studiua për tretësirat të katekolit me
përqendrim 1.4 ppm në pH 7, në kushte optimale pune për n=5. Rezultoi se për këtë
përqendrim vlera mesatare e rrymës 2.5 ± 0.08 µA (shmangia standarde relative 3.2
%).
Jetëgjatësia dhe Qëndrueshmëria janë parametra të rëndësishëm në performancën e
një biosensori. Qëndrueshmëria e biosensorit është studiuar duke kryer matje të
përsëritura në ditë të ndryshme, me të njëtin biosensor, në të njëjtën tretësirë stadarde
të fenolit, në bufer fosfat (pH 7) për një periudhë 3 javore, (fig 8.6). Vihet re se pas 2
javësh sinjali i biosensorit fillon të ulet siç mund të pritet pasi enzima PPO që
ndodhet tek modifikuesi bimor fillon të denatyrohet me kalimin e kohës, në prani të
oksigjenit të ajrit ndodhin një sërë raksionesh, rrjellojë e procesit të dekompozimit të
komponimeve që ndodhen në indin bimor (Yoruk and Marshall 2003; Navaratne,
1992). Prandaj rekomandohet që ky biosensor të përgatitet i freskët për matje dhe
mund të ruhet deri në 2 javë.
Page 63
Përdorimi i teknikave elektrokimike efikase për përcaktimin e komponimeve fenolike
2014
47
0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22
0.0
0.2
0.4
0.6
0.8
1.0
1.2
1.4
1.6
1.23
1.65
Nd
jesh
mer
ia (
mik
ro A
/pp
m)
Koha (dite)
Figura 8.6 Ndjeshmëria e EPKB kundrejt fenolit standard, në ditë të ndryshme.
8.2 BIOSENSORI PASTË KARBONI MODIFIKUAR ME IND KËRPUHË (EPKK)
Përgatitja e biosensorit EPKK është kryer sipas procedurës së përgjithshme të ndërtimit të
biosensorit por duke ndryshuar vetem llojin e modifikuesit i cili në këtë rast është ind
kërpudhe. Eksperimentet janë kryer në të njëjtat kushte siç është vepruar në testimin e
biosensorit të përgatitur më parë EPKB.
8.2.1 Ndikimi i modifikuesit ind kërpudhe në përgjigjen e elektrodës EPKK
Për të studiuar efektin e modifikuesit biologjik që përmban enzimën PPO (ind kërpudhe)
ndiqet e njëjta mënyrë testimi si në rastin e biosensorit EPKB. Pra fillimisht janë përgatitur 2
elektroda pastë karboni të pamodifikuar EPK dhe të modifikuar EPKK. Është përdorur
teknika e voltametrisë ciklike, (SCV), në bufer fosfat (pH 7), me shpejtësi skanimi 50 mV/s,
janë rregjistruar voltamogramat në mungesë dhe në prani të fenolit si analit, (fig 8.7).
Figura 8.7 Voltammogramat ciklike të derivatit të parë në bufer fosfat 0.1 M pH 7, shpejtësi
skanimi 50 mV/s, përftuar nga biosensori i pa modifikuar EPK (A) dhe i modifikuar EPKK
(B), në përqendrime të ndryshme fenoli (0) bufer, (1) 1.4 ppm, (2) 3.3 ppm; (3) 6.6 ppm; (4)
9.4 ppm; (5) 15.7 ppm
Page 64
Përdorimi i teknikave elektrokimike efikase për përcaktimin e komponimeve fenolike
2014
48
Në të dyja rastet me rritjen e përqendrimit të fenolit në tretësirë rritet dhe piku i rrymës por
ndihet dukshëm ndryshimi midis sinjalit që merret me anë të elektrodës EPK (2 µA) dhe
EPKK (6µA) në të njëjtin përqendrim (3.3 ppm). Pra prania e enzimës PPO në indin e
kërpudhës ndikon në rritje të dukshme të sinjalit analitik të biosensori EPKK.
8.2.2 Optimizimi i raportit ndërmjet komponentëve përbërës të materialit elektrodik
(EPKK)
Është studiuar raporti ndërmjet komponentëve përbërës të materialit elektrodik në
performancën e biosensorit EPKK. Pudra e karbonit e përdorur në këtë rast është me
granulometri të optimizuar më parë tek përgatitja e biosensorit EPKB (Broli and Vasjari
2013; Parroj and Vasjari 2012). Duke përdorur sasi të njëjtë të pudrës së karbonit 1.000 g
është ndryshuar sasia e parafinës dhe indit të kërpudhës. Sasia e parafinës ndryshon nga 300,
280, 250, 230 µl dhe sasia e indit të kërpudhës varion si 0.05, 0.1, 0.15, 0.2 g. Në secilin rast
përgjigja e biosensorit është regjistruar në tretësirë katekoli 3.3 ppm, në pH të ndryshme dhe
shpejtësi skanimi (scan rate) siç tregohet në tabelën 8.5. Bazuar në formën e voltamogramës,
rrymën e sfondit, koeficientit të korrelacionit të lakores së kalibrimit dhe ndjeshmërisë janë
zgjedhur parametrat optimale (tab 8.5). Pasta e karbonit e modifikuar përgatitur nga
homogjenizimi i 280 µl parafinë, 0.1 g ind kërpudhe dhe 1.00 g pudër karboni rezultoi me
performancë analitike me të mirë (ndjeshmëri b=1.01 µA/ppm, KD= 0.29 mg/L, R2=0.9996).
Sinjali më i madh u regjistrua në pH 7 duke përdorur shpejtësi skanimi 50 mV/s. Kjo pritej
pasi korrespodon me pH optimal të aktivitetit të enzimës.
Tabela 8.5 Optimizimi i parametrave të përbërjes së biosensorit
Parametrat Rendi i studiuar Vlera Optimale
Parafinë (µl)
270-320
280
Pudër karboni 1.00 1.00
Ind Kërpudhe 0.05-0.2 0.1
pH 4.0-9.0 7.0
Shpejtësia e skanimit (mV/s) 50-200 50
8.2.3 Studimi i Biosensorit të modifikuar me ind kërpudhe EPKK marrë nga pjesë të
ndryshme të trupit të kërpudhës
Është e njohur dhe e raportuar në disa studime (Wang et al, 1996), që shpërndarja e aktivitetit
enzimatik PPO nuk është e njëjtë (uniforme) në çdo pjesë morfologjike të trupit të kërpudhës.
Në këtë pjesë të studimit janë treguar rezultatet eksperimentale të elektrodës pastë karboni të
modifikuar (EPKK) duke përdorur ind të kërpudhës marrë nga 4 pjesë të ndryshme të
kërpudhës sipas skemës treguar në figurën 8.8.
Page 65
Përdorimi i teknikave elektrokimike efikase për përcaktimin e komponimeve fenolike
2014
49
Figura 8.8 .Kërpudha e përdorur si modifikuese:a) pjesa fundore e kërcellit, b) pjesa e
fletëve anësore, c) pjesa e sipërme e kercellit, d) pjesa e kësulës
Janë përgatitur 4 elektroda pastë karboni modifikuar me ind kërpudhe të marrë nga 4 pjesët e
treguara në fig 8.8, sipas të njëjtës procedurë (7.4.2).
Sjellja elektrokimike e biosensorëve të eksperimentuar u studiua bazuar në voltamogramat
dhe kurbat e kalibrimit respektive për secilin rast në tretësira të katekolit si analit, pH 7.
0 2 4 6 8 10 12 14 160
5
10
15
20
25
d
c
b
a
i (m
ikro
A)
C(ppm)
(y=0.04772+1.42476x R2=0.9986)
(y=0.44075+1.20045x R2=0.9984)
(y=-0.10264+1.14322x R2=0.9984)
(y=0.008045+1.01876x R2=0.9996)
Figura 8.9 Lakoret e kalibrimit të biosensorit EPKK të modifikuar me ind kërpudhë sipas
klasifikimit a.b.c.d (fig 8.8.)
Nga lakoret e kalibrimit (fig 8.9) vërehet që burimi i modifikuesit ndikon në ndjeshmërinë e
lakores së kalibrimit. Pjesa fundore e kërcellit (pjesa a) rezulton të përmbajë më shumë
enzimë aktive sesa pjesët e tjera morfologjike të studiuara. Ndjeshmëria ulet sipas këtij rendi:
pjesa (a) > pjesa (b) pjesa (c) > pjesa (d). Kjo tregon që aktiviteti enzimatik është përcaktuar
në mjedisin natyral të enzimës si dhe procesi i inkorporimit të saj në brendësi të pastës së
karbonit nuk ndikon në aktivitetin e saj.
Page 66
Përdorimi i teknikave elektrokimike efikase për përcaktimin e komponimeve fenolike
2014
50
8.2.4 Përgjigja e elektrodës EPKKa kundrejt komponimeve të ndryshme fenolike
Biosensori pastë karboni përgatitur më pudër karboni me granulometri të optimizuar (0.09 -
0.071 mm), i modifikuar me ind kërpudhe të marrë nga pjesa fundore (a), e trupit të
kërpudhës (fig 8.8), u testua kundrejt komponimeve të ndryshme fenolike. Me anë të teknikës
SCV (voltametri ciklike me shkallë kuadratike) janë kryer matjet elektrokimike në kushte
pune të optimizuara. Në tabelën e mëposhtme janë listuar parametrat analitikë për të gjithë
analititët e studiuar si ndjeshmëria, kufiri i diktimit, koeficienti korrelacionit, zona lineare e
punës etj.
Tabela 8.6. Parametrat analitikë të biosensorit në komponime të ndryshme fenolike
Analiti Ndjeshmëria
(µA/ppm)
R2 KD
(mg/L)
Zona
lineare
(ppm)
Përgjigja
Relative
(%)
Hidrokinon 2.04 0.9997 0.75 1.4-15.7 100
Katekol 1.54 0.9999 0.50 1.4- 15.7 75
Fenol 1.87 0.9849 0.40 1.4-9.4 92
m-krezol 1.89 0.9969 0.79 1.4-6.6 93
4-klorofenol 1.00 0.9920 0.63 1.4- 15.7 49
p-krezol 1.24 0.9957 0.56 1.4-9.4 60
4-nitrofenol 0.77 0.9921 3.03 3.3-6.6 37
3- nitrofenol 0.70 0.9405 7.02 3.3-6.6 34
4-aminofenol - - - -
Vihet re që biosensori i eksperimentuar përgjigjet ndaj hidrokinonit, katekolit, fenolit, m-
krezol, 4-klorfenol, p-krezol, 3-nitrofenol dhe 4-nitrofenol por nuk përgjigjet ndaj 4-
aminofenolit. Ndjeshmëria e EPKKa për komponime të ndryshme fenolike të studiuara
varion nga 0.70 µA/ppm në 2.04 µA/ppm. Ky ndryshim mund të jetë i lidhur me reaksionet
enzimatike të formimit të produkteve (o-kinoneve)(Ozoner et al, 2011). Ndjeshmëri
maksimale ky biosensor ka shfaqur për hidrokinonin. Për komponimet e tjera ruhet pothuajse
e njëjta renditje si në rastin e modifikuesit ind banane cila lidhet edhe me të njëjtin
mekanizëm të reaksionit elektrodik (Mayer, 2006). Komponimet fenolike renditen për nga
ndjeshmëria e biosensorit sipas kësaj radhe: hidrokinon > m-krezol > fenol ˃ katekol > p-
krezol ˃ 4-klorfenol > 4-nitrofenol ˃ 3-nitrofenol. Ky trend është shprehur dhe si përgjigje
relative në % duke ju referuar 100% përgjigjes maksimale ndaj hidrokinonit.
Page 67
Përdorimi i teknikave elektrokimike efikase për përcaktimin e komponimeve fenolike
2014
51
8.3 BIOSENSORI PASTË KARBONI MODIFIKUAR ME IND MOLLE
Është përgatitur elektroda pastë karboni e modifikuar me ind molle EPKM sipas procedurës
treguar në pargrafin 7.4.2 dhe elektroda e pamodifikuar (7.4.1) për të studiuar ndikimin e
modifikuesit ind molle në sjelljen e elektrodave pastë karboni. Sjellja e biosensorit EPKM
është studiuar në të njëtat kushte eksperimentale si në rastin biosensoreve EPKB dhe EPKK.
8.3.1 Optimizimi i raportit ndërmjet komponentëve përbërës të materialit elektrodik
(EPKM)
Është studiuar raporti ndërmjet komponentëve përbërës të materialit elektrodik në
performancën e sensorit të modifikuar me ind molle. Në secilën pastë është përdorur e njëjta
sasi e pudrës së karbonit 1.000 g duke ndryshuar sasinë e parafinës dhe të indit të mollës.
Janë eksperimentuar materialet elektrodike me sasi parafine 320, 300, 280, 250 µl dhe ind
molle 0.05, 0.1, 0.15, 0.3 g. Në tabelën mëposhtme (tab 8.7) jepen raportet sasiore të
komponentëve të materialit elektrodik të eksperimentuar si dhe parametrat analitike për çdo
rast.
Tabela 8.7 Raportet e komponentëve përbërës të elektrodave dhe parametrat analitikë
përftuar nga lakorja e kalibrimit të ndërtuar për çdo rast.
Eshtë përcaktuar raporti optimal ndërmjet komponentëve të materialit elektrodik bazuar në
performancën e biosensorit (pozicioni i piqeve të oksido-reduktimit, rryma e sfondit,
koeficienti i korrelacionit të lakores së kalibrimit dhe ndjeshmëria). Elektroda pastë karboni e
modifikuar përgatitur nga homogjenizimi i 280 µl parafin, 0.1 g ind molle dhe 1.00 g pudër
karboni rezultoi me ndjeshmëri më të lartë (b=1.18 µA/ppm) në përcaktimin e fenolit.
Vërehet që korelacion më i mirë është fituar me elektrodën e pamodifikuar (R2=0.9999). Pra
modifikuesi rrit rreth 2 herë ndjeshmërinë duke e përkeqësuar koeficientin e korrelacionit të
lakores kalibrimit. Kjo mund të jetë pasojë e pranisë së komponimeve fenolike tek
modifikuesi (Subaric et al, 2005 ; Yoruk and Marshall, 2003).
Elektroda Pudër
Karboni
(g)
Parafin
(μl)
Ind Molle
(g)
R2 b
(µA/ppm)
1 1.00 320 0 0.9999 0.60
2 1.02 300 0.05 0.9513 0.61
3 1.00 280 0.10 0.9523 1.18
4 1.01 250 0.15 0.9213 1.16
5 1.02 250 0.30 - -
Page 68
Përdorimi i teknikave elektrokimike efikase për përcaktimin e komponimeve fenolike
2014
52
8.3.2 Përgjigja e elektrodës EPKM kundrejt komponimeve të ndryshme fenolike
Është studiuar përgjigja e biosensorit EPKM kundrejt analiteve: fenol, 4-klorfenol,
hidrokinonin, katekol, p-krezol, m-krezol, 3-aminofenol, 3-nitrofenol, 4-nitrofenol me
teknikën e voltametrisë ciklike (SCV), në pH 7 dhe në intervalin e ndryshimit të potencialit
nga 0.0-0.8V dhe shpejtësi skanimi 50 mV/s. Biosensori EPKM nuk dha sinjal për
komponimet m-krezol, 3-aminofenol, 3-nitrofenol, 4-nitrofenol. Është raportuar dhe më parë
që komponimet fenolike me një elektron-dhurues të zëvendësuar në pozicionin orto dhe meta
nuk japin përgjigje (Vedrine, 2003; Xavier 2011). Në tabelën 8.8 janë dhënë parametrat e
performancës së biosensorit për komponimet fenolike për të cilat biosensori përgjigjet
elektrokimikisht si ndjeshmëria, kufiri i diktimit, zona lineare dhe përgjigja relative në (%).
Tabela 8.8 Parametrat të performancës analitike të EPKM në komponime të ndryshme
fenolike.
Komponime
fenolike
Ndjeshmëria
b
(µA/ppm)
KD
(mg/L)
Zona
Lineare
(ppm)
Përgjigja
Relative
%
4-Klorfenol 1.35 0.48 1.4-9.4 100
Fenol 1.18 1.01 1.4-6.6 87
Katekol 1.17 1.80 3.3-6.6 86
Hidrokinon 0.59 4.00 3.3-9.4 61
p-Krezol 0.48 2.60 3.3-6.6 31
Kufiri i diktimit (KD=3xSb/b) luhatet nga 0.48 mg/L deri në 4.00 mg/L, realtivisht i lartë për
hidrokinonin dhe p-krezolin, kjo tregon se me biosensorin EPKM nuk mund të përcaktohen
nivele të ulëta të këtyre komponimeve.
Ndjeshmëria e cila rezulton me pjerrësinë e lakores së kalibrimit në zonën lineare (b) varion
ndërmjet 0.48-1.35 µA/ppm. Ndjeshmëria maksimale rezultoi 1.35 µA/ppm për analitin 4-
klorfenol. Ndryshimi i ndjeshmërisë ndaj komponimeve të ndryshme mund të shpjegohet me
karakteristikat hidrofobike të pastës së karbonit të diktuara nga modifikuesi (Cummings et al
1998).
Zona lineare e matjeve ka rezultuar më e vogël (3.3-6.6 ppm) po të krahasohet me
biosensorët EPKB dhe EPKKa pra kjo tregon se enzima që përmban indi i mollës e
inkorporuar në pastën e karbonit inhibohet në përqendrime më të ulëta të analitëve.
Në tabelë është treguar gjithashtu edhe përgjigja relative në (%) e biosensorit EPKM, në të
njëjtat kushte eksperimentale, në tretësirat 4-klorfenol, fenol, katekol, hidrokinon, p-krezol.
Vlerat janë llogaritur duke konsideruar si 100% përgjigjen e biosensorit EPKM në tretësirë 4-
klorfenol i cili është analiti që jep sinjalin më të lartë në të njëjtat kushte. Përgjigja e
ndryshme ndërmjet këtyre komponimeve fenolike vjen për shkak të grupeve të ndryshme
zëvendësuese dhe pozicionit të tyre.
Page 69
Përdorimi i teknikave elektrokimike efikase për përcaktimin e komponimeve fenolike
2014
53
8.4 BIOSENSORI PASTË KARBONI MODIFIKUAR ME IND DARDHE
Dardha gjithashtu është një frut tjetër e cila përmban enzimën PPO. Për këtë arsye është
studiuar elektroda pastë karboni e modifikuar me ind nga fryti i dardhës EPKD duke
respektuar raportet e komponentëve përbërës të optimizuar më parë: 1.000 g pudër karboni,
280 µL parafinë dhe 0.100 g ind dardhe. Gjithashtu janë ruajtur të njëjtat kushte
eksperimentale në regjistrimin e voltamogramave në voltametrinë ciklike (SCV), në mungesë
dhe në prani të fenolit. Ne tabelën 8.9 jepen parametrat analikë të lakores së kalibrimit të
sensorit të pamodifikuar dhe të modifikuar me ind dardhë.
Tabela 8.9 Parametrat analitikë të ekuacionit të vijës për EPK dhe EPKD
Vihet re që prania e modifikuesit e rrit ndjeshmërinë e sensorit ndaj fenolit rreth 2 herë në
krahasim me sensorin e pamodifikuar ndërkohë që edhe rryma e sfondit rritet gjë e cila
rrjedhimisht çon në rritjen e “a” në ekuacionin e lakores së kalibrimit dhe gjithashtu paraqet
një koeficient korrelacioni jo të mirë. Kufiri i diktimit për EPK dhe EPKD (llogaritur 3Sb/b
ku Sb është shmangia standarde për përqendrimin 3.3 ppm (n=3/SbEPK= 1.15, SbEPKP=0.97)
rezultoi përktësisht 5.7 mg/L dhe 3.17 mg/L.
8.5 BIOSENSORI PASTË KARBONI MODIFIKUAR ME IND PATATE
Patatia përmban shumë enzima ndër to është edhe enzima PPO e cila duke u inkorporuar në
pastën e karbonit rrit sinjalin anlitik kundrejt analitëve kryesisht fenolikë. Edhe në këte rast
për të studiuar ndikimin e këtij lloj modifikuesi është ndërtuar biosensori në të njëjtën mënyrë
siç përshruhet në procedurën e përgjithshme të ndërtimit të biosensoreve të modifikuar me
ind bimor (7.4.2). Raporti i materialit elektrodik të përdorur është 1.000 g pudër karboni -
0.100 g ind patate - 280 µL parafinë. Matjet janë kryer duke përdorur teknikën elektrokimike
SCV në tretësirë buferike pH 7, në të njëjtat kushte eksperimentale si në eksperimentet e
mësipërme. Përgjigja e biosensorit të modifikuar me ind patate është testuar kundrejt analitit
fenol dhe përgjigja e tij është krahasuar me elektrodën e pamodifikuar. Janë rregjistruar
voltamogramat ciklike në çdo rast në bufer fosfat e më pas në tretësira standarde me
përqendrime të ndryshme të fenolit.
Në figurën e mëposhtme jepen voltamogramat cilkike regjistruar me 2 elektrodat EPK dhe
EPKP në tretësirë me përqendrim të fenolit 3.3 ppm.
Elektroda
a
b
(µA/ppm)
R2
EPK
0.0627
0.597
0.9991
EPKD 0.1602 0.952 0.9643
Page 70
Përdorimi i teknikave elektrokimike efikase për përcaktimin e komponimeve fenolike
2014
54
0.0 0.2 0.4 0.6 0.8
-4
-2
0
2
4
6Fenol 3.3 ppm
i (m
ikro
A)
E (V)
EPKP
EPK
Figura.8.10 Voltamogramat ciklike regjistruar me EPK dhe EPKP, teknika SCV në tretësirë
fenoli 3.3 ppm, shpejtësi skanimi 50 mV/s.
Nga voltamogramat vihet re qartë se oksidimi i fenolit në prani të enzimës PPO në elektrodën
e modifikuar ndodh në potenciale më pak pozitive E= 0.55V se në elektrodën e pamodifikuar
përkatësisht E= 0.65 V. Gjithashtu rryma e përftuar për të njëjtin përqendrim të fenolit
rezulton më e lartë në rastin e elektrodës së modifikuar me ind patate. Nga voltamogramat e
regjistruara me EPKP në përqendrime të ndryshme të fenolit janë ndërtuar lakoret e
kalibrimit.
Tabela 8.10 Parametrat analitikë të lakores së kalibrimit për EPK dhe EPKP ku si analit i
studiuar është fenoli.
Elektroda
a b
(µA/ppm)
R2
EPK
0.0627
0.597
0.9991
EPKP
0.4871 0.907 0.9860
Vihet re që modifikimi me ind patate rrit ndjeshmërinë e biosensorit EPKP kundrejt EPK-së
përkatësisht nga 0.597 µA/ppm në 0.907 µA/ppm. Por edhe në këtë rast kjo rritje e
ndjeshmërisë shoqërohet edhe me rritjen e rrymës së sfondit e cila sjell dhe përkeqësim të
prametrave të tjerë analitikë (korrelacionit). Kufiri i diktimit për EPKP (llogaritur 3Sb/b ku Sb
është shmangia standarde për përqendrimin 1.4 ppm (n=3/ SbEPKP=0.40) rezultoi 1.3 mg/L.
Page 71
Përdorimi i teknikave elektrokimike efikase për përcaktimin e komponimeve fenolike
2014
55
8.6 KRAHASIMI I BIOSENSORËVE PASTË KARBONI TË MODIFIKUAR ME
INDE BIMORE QË PËRMBAJNË ENZIMËN PPO
Në këtë punim janë përgatitur dhe studiuar biosensorë me bazë pastë karboni të modifikuar
me inde bimore që përmbajnë enzimën polifenoloksidazë: banane, mollë, kërpudhë, patate
dhe dardhë. Karakteristikë e këtyre biosensorëve enzimatikë është se ata janë përgatitur duke
përdorur burime të ndryshme të enzimës dhe duke ruajtur mjedisin e saj natyror. Është
punuar në të njëjtat kushte eksperimentale duke përdorur katekolin dhe fenolin si analitë. Në
tabelën 8.11 janë pasqyruar parametrat analitikë të secilit biosensor enzimatik të studiuar në
këto kushte: si ndjeshmëria, kufiri i diktimit (3Sb/b), zona lineare, shmangia standarde etj.
Tabela 8.11 Parametrat e performancës së metodës për secilin biosensor të përdorur dhe
rezultatet statistikore të llogaritura nga matjet eksperimentale në tretësira standarde katekol
dhe fenol respektivisht.
Parametrat EPKKa EPKB EPKM EPKD EPKP EPK
Analiti katekol katekol katekol Fenol Fenol Fenol
Nr matjeve 4 4 3 3 3 3
Vlera mesatare
I ( µA)
5.3 2.5 7.5 4.4 3.6 2.4
Shmangia standarde
Sb (ppm)
0.26 0.08 0.70 0.97 0.40 1.15
Shmangia standarde
relative , SHSR
0.049 0.032 0.093 0.220 0.111 0.470
Shmangia standarde
relative në (%),
SHSR
4.9 3.2 9.3 22 11,1 47
Zona lineare
(ppm)
1.4-15.7 1.4-15.7 3.3-6.6 3.3-6.6 3.3-6.6 3.3-6.6
Ndjeshmëria
(µA/ppm)
1.54 2.32 1.17 0.95 0.91 0.60
Kufiri i Diktimit
(mg/L)
0.5 0.1 1.8 3.1 1.3 5.7
Siç mund të vihet re në tabelën e mësipërme biosensori pastë karboni modifikuar me ind
banane ka dhënë një performancë analitike më të mirë sikurse është raportuar edhe në
studime të tjera (Palmer, 2007). Ai karakterizohet nga një ndjeshmëri më e lartë (b=2.32
µA/ppm), shmangie standarde më e vogël (Sb=0.08) dhe kufi diktimi më të ulët (KD=0.1
mg/L). Gjithashtu edhe biosensori modifikuar me ind kërpudhe EPKKa ka dhënë rezultate të
përafërta me biosensorin EPKB në lidhje me ndjeshmërinë (b=1.54 µA/ppm) dhe kufirin e
diktimit (KD=0.5 mg/L). Këto dy biosensorë karakterizohen nga një zonë lineare e punës dy
herë më e gjerë se ajo e biosensorëve të tjerë të studiuar.
Ndryshimi i parametrave analitikë ndërmjet biosensorëve enzimatikë lidhet me nivelin e
aktivitetit enzimatik në këto bimë i cili është i ndryshëm në bimë të ndryshme.
Page 72
Përdorimi i teknikave elektrokimike efikase për përcaktimin e komponimeve fenolike
2014
56
Në tabelën 8.12 janë krahasuar biosensorët e studiuar duke ju referuar vlerave të
ndjeshmërisë së tyre ndaj të njëjtit analit (fenolit), 100% është konsideruar ndjeshmëria më e
lartë (EPKKa).
Tabela 8.12 Përgjigjia relative në (%) duke ju referuar ndjeshmërisë që shfaqin këto 6
elektroda kundrejt fenolit.
Elektrodat
Ndjeshmëria
b
(µA/ppm)
Përgjigja
relative
(%)
EPKKa 1.87 100
EPKB 1.65 88
EPKM 1.18 63
EPKD 0.95 51
EPKP 0.91 49
EPK 0.60 32
Në tabelën e mësipërme janë dhënë ndjeshmëria dhe përgjigja relative në përqindje për EPK,
EPKB, EPKKa, EPKM, EPKP, EPKD kundrejt analitit fenol.
Vihet re qartë se biosensori i modifikuar me ind kërpudhe dhe ai me ind banana kanë dhënë
përgjigje analitike më të mirë kundrejt analitit fenol në lidhje me biosenorët e tjerë të
studiuar. Kjo shpjegohet me faktin se komponimet që ndodhen në indin e bananes dhe të
kërpudhës nuk shfaqin interferencë të rëndësishme në matje (Yoruk and Marshall, 2003;
Navaratne, 1992) dhe si rrjedhojë kemi një rrymë sfondi më të ulët dhe parametra analitikë
më të mirë.
Përsa i përket biosensorëve të modifikuar me inde të papërpunuara të patates dhe frytit
dardhës mund të themi se rezultuan shumë të ngjashëm në ndjeshmëri përkatësisht me
përgjigje relative EPKP 49%, EPKD 51%. Ndërsa biosensori i modifikuar me ind molle
EPKM shfaqet me ndjeshmëri pak më të lartë (63%), por prania e një sfondi rryme të lartë
çon në një korrelim jo të mirë të parametrave analitikë dhe një shmangie standarde të lartë
(Sb=0.7 ppm). Indet e marra në studim kanë përmbajtje të komponime fenolike të ndryshme,
që variojne si nga sasia dhe nga lloji i tyre (Sagıroglu, 2009) dhe pikërisht kjo ndikon në
ndryshimet që kanë rezultuar kundrejt të njëjtit analit. Kështu psh në rastin e frytit të mollës
përmbahen shumë (acide klorogjenike, katekin, etj) (Yoruk and Marshall, 2003) të cilat
interferojnë në përcaktimin e fenoleve.
Page 73
Përdorimi i teknikave elektrokimike efikase për përcaktimin e komponimeve fenolike
2014
57
8.7 STUDIMI I BIOSENSORIT ENZIMATIK TË MODIFIKUAR ME ng-Au
Performanca analitike e biosensorëve ndikohet edhe nga imobilizimi i një modifikuesi të dytë
inorganik në përbërje të tij. Ështe raportuar (Viveket al, 2009; Zeng et al, 2011; Liuand Ju,
2002) se inkorporimi i nanogrimcave të Au (ng-Au) në elektrodat pastë karboni modifikuar
me ind bimor (burim enzimatik) çon në përmirësimin e sinjalit analitik. Nisur nga kjo për të
rritur performancën dhe selektivitetin e biosensorit EPKKa kundrejt komponimeve fenolike
është studiuar ndikimi i nanogrimcave të arit si një modifikues i dytë në këtë biosensor. Është
përgatitur biosensori pastë karboni i modifikuar me: material biologjik indin e kërpudhës i
marrë në pjesën fundore (fig 8.8 a) që shërben si burim i enzimës polifenol oksidazë dhe
tretësirë e nanogrimcave të arit. Për të parë efektin e nanogrimcave janë përgatitur 4 sensorë
me përbërje të ndryshme të materialit elektrodik (tab 8.13): sensori pastë karboni i
pamodifikuar, sensori i modifikuar vetëm me ind kërpudhe, sensori i modifikuar vetëm me
ng-Au dhe sensori i modifikuar me ind kërpudhe dhe ng-Au.
Tabela 8.13 Ndërtimi i elektrodave me pastë karboni të pamodifikuara ose të modifikuara në
raporte të caktuara të matrialeve përbërse të tyre.
Elektrodat Pudër
karboni
(g)
Koloid ari
(ml)
Parafinë
(µl)
Ind
kërpudhe
(g)
EPK 1.0 - 320 -
EPK-Ka 1.0 - 280 0.1
EPK-nAu 1.0 2 300 -
EPK-Ka-nAu 1.0 2 280 0.1
Procedura e përgatitjes së elektrodave është e njëjtë në të gjitha rastet (procedura e
përgjithshme 7.4.2 – 7.4.3) ku përzihen mekanikisht deri në formimin e një mase homogjene
të gjithë komponentët sipas kësaj rradhe: fillimisht në një havan agati është përzier pudra e
karbonit me tretësirën koloidale të arit deri në homogjenizim të plotë të 2 fazave (koloid-
ngurtë) dhe largimin e ujit në kushte mjedisore nga kjo përzierje, më pas është shtuar pulpa e
indit të kërpudhës (pjesa a, fig 8.8) dhe është homogjenizohet sërish. Së fundmi shtohet
parafinë si lidhës i pastës, përzihet deri në formimin e një mase homogjene kompakte.
Procedura e ruajtjes së pastës së përgatitur dhe paketimi e saj në elektrodë zhvillohet e njëjtë
si në të gjitha rastet e përgatitjes së elektrodave të punës. Matjet janë kryer në celulën
elektrokimike 15 ml, në tretësirë bufer fosfati 0.1 M (pH=7). Voltamogramat ciklike u
rregjistruan me teknikën elektrokimike SWV (voltamogramë me valë kuadratike). Matjet
voltametrike me valë kuadratike u kryen në këto kushte pune:
Potenciali fillestar -0.4 V
Potenciali përfundimtar 1.0 V
Perioda e valës kuadratike 500ms
Amplituda e valës kuadratike 30 mV
Fillimisht regjistrohet voltamograma në tretësirë bufer fosfat 0.1M (pH=7) për të matur
rrymën e sfondit si dhe pas shtesave të katekolit. Matjet u kryhen në temperaturën e mjedisit.
Page 74
Përdorimi i teknikave elektrokimike efikase për përcaktimin e komponimeve fenolike
2014
58
8.7.1 .Efekti i Nanogrimcave të Au si Komponent Modifikues në Biosensorët Enzimatikë
Në këtë punim efekti i nanogrimcave të arit të inkorporuara në pastën e karbonit u testua duke
krahasuar voltamogramat e marra në të njëjtat kushte për katër elektrodat: elektroda me pastë
karboni të pamodifikuar (EPK), elektroda me pastë karboni të modifikuar me ind kërpudhe
(EPK-Ka), elektroda pastë karboni të modifikuar me nanogrimca ari (EPK-nAu), elektroda të
modifikuar me nanogrimca ari dhe ind kërpudhe (EPK-Ka-nAu).
a) b)
0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0
-9000
-8000
-7000
-6000
-5000
-4000
-3000
-2000
-1000
0
1000
2000
3000
4000
5000
6000
7000
8000
e
aI (n
A)
E(V)
o ppm
1.4 ppm
3.3 ppm
6.6 ppm
9.4 ppm
15.7 ppm
-0.6 -0.4 -0.2 0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 1.2
-14000
-12000
-10000
-8000
-6000
-4000
-2000
0
2000
4000
6000
8000
10000
12000
I (n
A)
E(V)
0 ppm
1.4 ppm
3.3 ppm
6.6 ppm
9.4 ppm
15.7 ppm
c) d)
-0.6 -0.4 -0.2 0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 1.2
-16000
-14000
-12000
-10000
-8000
-6000
-4000
-2000
0
2000
4000
6000
8000
10000
12000
14000
i
a
0 ppm
1.4 ppm
3.3 ppm
6.6 ppm
9.4 ppm
15.7 ppm
18.7 ppm
22.1 ppm
25.45 ppm
I(n
A)
E(V)
-0.6 -0.4 -0.2 0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 1.2
-20000
-15000
-10000
-5000
0
5000
10000
15000
20000
i
a
I (n
A)
E(V)
0 ppm
1.4 ppm
3.3 ppm
6.6 ppm
9.4 ppm
15.7 ppm
18.7 ppm
22.1 ppm
25.45 ppm
Figura 8.11 Voltamogramat me valë kuadratike të: EPK, EPK-Ka, EPK-nAu, EPK-Ka-nAu,
në përqendrime të ndryshme të katekolit nga 1.4-25.45 ppm, në bufer fosfati 0.1 M ( pH=7),
amplituda e valës kuadratike 30mV.
Page 75
Përdorimi i teknikave elektrokimike efikase për përcaktimin e komponimeve fenolike
2014
59
0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0
-9000
-8000
-7000
-6000
-5000
-4000
-3000
-2000
-1000
0
1000
2000
3000
4000
5000
6000
7000
43
2
1
I (n
A)
E(V)
1-EPK
2-EPK-K
3-EPK-Au
4-EPK-K-Au
Figura 8.12 Voltamograma me valë kuadratike të elektrodës (EPK-Ka-nAu), (EPK-nAu),
(EPK-Ka) dhe (EPK,) në përqendrimin e katekolit 9.4 ppm, në bufer fosfat 0.1M (pH=7) dhe
amplitudë të valës kuadratike 30 mV.
Në figurën 8.12 jepen voltamogramat me valë kuadratike përftuar me 4 elektrodat në tretësirë
katekoli me përqendrim 9.4 ppm. Vihet re se për të njëjtin përqendrim të katekolit intesiteti i
rrymës së oksido-reduktimit ndryshon sipas këtij rendi rritës: IEPK < IEPK-Ka<IEPK-nAu < IEPK-Ka-
Au. Gjithashtu rezulton një zhvendosje e potencialit të oksido-reduktimit drejt vlerave më të
ulëta në rastin e elektrodave të modifikuara me nanogrimca ari (EPK-Ka-nAu, EPK-nAu) në
krahasim me elektrodat të pa modifikuara me nanogrimca ari (EPK, EPK-Ka), respektivisht
nga potenciali 0.42V në elektrodat të pamodifikuara me nanogrimca ari në 0.38V për
elektrodat e modifikuara me nanogrimca ari. Pra mund të thuhet në këtë rast se imobilizimi i
nanogrimcave të arit në elektrodat pastë karboni të modifikuara edhe me enzimë rrit
shpejtësinë e trasmetimit të elektronit ndërmjet enzimës dhe sipërfaqes së elektrodës.
8.7.2 Përgjigja e elektrodave të modifikuara
Në bazë të matjeve përftuar me këto 4 tipe elektrodash në tretësira standarde të katekolit janë
llogaritur disa parametra anlitikë si ndjeshmëria, koficienti korelacionit, shmangia standarde,
zona lineare e punës dhe kufiri i diktimit.
Page 76
Përdorimi i teknikave elektrokimike efikase për përcaktimin e komponimeve fenolike
2014
60
0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 26 28
0
2
4
6
8
10
12
14
16
18 EPK
EPKKa
EPK-nAu
EPKKa-nAu
i (m
ikro
A)
C (ppm)
Figura 8.13 Lakoret e kalibrimit përkatësisht për 4 elektrodat, përftuar në tretësirë
standarde të katekolit me përqendrime të ndryshme për, EPK-EPK-Ka (1.4-15.7 ppm) dhe
për EPK-nAu-EPK-Ka-nAu (1.4-25.45 ppm).
Në figurën 8.13 tregohen lakoret e kalibrimit përftuar me elektrodat EPK, EPK-Ka, EPK-
nAu, EPK-Ka-nAu. Vihet re dukshëm nga pjerrësia e lakores kalibrimit se elektroda pastë
karboni modifikuar me ind kërpudhe dhe nanogrimca ari ka rezultuar me një ndjeshmëri më
të lartë kundrejt katekolit.
Tabela 8.14 Parametrat analitikë që karakterizojnë ekuacionin e vijës së drejtë të lakores së
kalibrimit përftuar me elektrodat (EPK), (EPK-Ka), (EPK-nAu), (EPK-Ka-nAu) në tretësirë
standarde katekol.
Elektroda
Ndjeshmëria
b
(µA/ppm)
Zona linare
(mg/L)
R2
EPK 0.30 1.4-15.7 0.9956
EPK-Ka 0.42 1.4-15.7 0.9988
EPK-nAu 0.55 1.4-25.45 0.9957
EPK-Ka-nAu 0.64 1.4-25.45 0.9983
Në tabelën 8.14 paraqitet përmbledhja e parametrave analitikë që karakterizojnë ekuacionin e
vijës së drejtë të lakores së kalibrimit përftuar kur përdoren elektroda me pastë karboni të
pamodifikuar (EPK), të modifikuar me ind kërpudhe (EPK-Ka), të modifikuar me
Page 77
Përdorimi i teknikave elektrokimike efikase për përcaktimin e komponimeve fenolike
2014
61
nanogrimca ari (EPK-nAu) dhe elektroda me pastë karboni të modifikuar me ind kërpudhe
dhe nanogrimca ari (EPK-Ka-nAu). Nga tabela shihet qartë se ndjeshmëria e metodës
ndryshon sipas këtij rendi rritës: bEPK < bEPK-Ka< bEPK-nAu < bEPK-Ka-nAu. Ndjeshmëri më të lartë
ka shfaqur elektroda pastë karboni e modifikuar me ind kërpudhe dhe nanogrimca ari (b=0.64
µA/ppm) me koeficient korrelacioni R2=0.9983 dhe me ndjeshmëri më të ulët rezultoi
elektroda me pastë karboni e pamodifikuar (b =0.30 µA/ppm) me koeficient korrelacioni
R2=0.9956. Ndjeshmëria e lartë tek biosensorët enzimatikë të modifikuar me nanogrimca të
arit mund të lidhet me rritjen e shpejtësisë të trasmetimit të elektronit kur në pastën e karbonit
inkorporohen nanogrimcat e arit dhe nga afiniteti i lartë që ka enzima polifenol oksidazë
kundrejt katekolit. Së dyti, vihet re se zona linare rritet kur në pastën e karboni inkorporohen
nanogrimcat e arit (EPK-nAu, EPK-Ka-nAu) përkatësisht 1.4-25.45 ppm, ndërsa me
elektrodat e pamodifikuar me nanogrimca ari (EPK, EPK-Ka) rezulton nje zonë lineare më e
ngushtë 1.4-15.7 ppm. Është llogaritur kufiri i diktimit (3Sb/b) për 4 elektrodat e testuara me
analitin katekol, vlerat e të cilit tregohen në tabelën 8.15 shoqëruar me shmangien standarde
(Sb) për përqendrimin 1.4 ppm.
Tabela 8.15 Parametra analitikë si kufiri diktimit dhe shmangia standarde për 4 elektrodat e
studiuara
Elektrodat
Kufiri
diktimit
(mg/L)
Sb
(n=4)
EPK 1.20 0.12
EPK-Ka 0.78 0.11
EPK-nAu 0.22 0.04
EPK-Ka-nAu 0.14 0.03
Kufiri i diktimit në biosensorët e testuar luhatet nga 0.14 mg/L në 1.20 mg/L. Ku kufiri i
diktimit më i ulët i përket biosensorit enzimatik të modifikuar me nanogrimca ari (EPK-Ka-
nAu).
8.7.3 Vlerësimi i parametrave të performancës së EPK-Ka-nAu
Në tabelën 8.16 janë përmbledhur parametrat e vlerësimit të performancës së biosensorit
enzimatik të modifikuar me nanogrimca ari. Vlerësimi i përpikmërisë së metodës është bërë
në kushtet e riprodhueshmërisë brenda laboratorit, sipas të cilit janë kryer matje për tre nivele
përqendrimesh (tretësirë standard katekol) përkatësisht 3.3 ppm, 9.4 ppm dhe 25.45 ppm në
ditë të ndryshme, në një laborator nga i njëjti analist. Nga tabela e mëposhtme tregohet qartë
se shmangia standarde e matur në kushtet e riprodhushmërisë brenda laboratorit që
karakterizojnë këto tre nivele përqendrimesh është e ulët, pra mund të themi se kjo metodë
duke përdorur biosensorin EPK-Ka-nAu ka një përpikmëri të mirë.
Page 78
Përdorimi i teknikave elektrokimike efikase për përcaktimin e komponimeve fenolike
2014
62
Tabela 8.16 Parametra të performancës së biosensorit enzimatik i modifikuar me nanogrimca
ari, për tre përqendrime të katekolit në 3.3 ppm, 9.4 ppm dhe 25.45 ppm , në tretësirë bufer
fosfat 0.1M (pH=7), amplitudë me valë kuadratike 30 mV.
Parametrat
Analitikë
3.3 ppm
Katekol
9.4 ppm
25.45 ppm
Numër i matjeve
paralele 8 8 8
Vlera mesatare
(µA) 1.56 4.37 14.08
Shmangia standarde
(ppm) 0.10 0.18 0.57
Shmangia standarde
relative (%) 6.4 4.1 4.0
Kufiri i
përsëritshmërisë
(ppm)
0.3065 0.5132 1.6041
Intervali i
besushmërisë për
vlerën mesatare
(ppm)
1.56 ± 0.31 4.37±0.23 14.08 ± 0.48
8.7.4 Përgjigja e Biosensorit Enzimatik të modifikuar me Nanogrimca të Au (EPK-Ka-
nAu) kundrejt Komponimeve të ndryshme Fenolike
Biosensorit EPK-Ka-nAu i cili rezultoi me një performancë më të mirë kudrejt 3 elektrodave
të tjera u testua për komponime fenolike të ndryshme, në të njëtat kushte eksperimentale. Në
tabelën e mëposhtme janë përmbledhur rezulatet dhe parametrat analitikë të llogaritura nga
ekuacioni i vijës së drejtë të lakores së kalibrimt të një sërë komponimesh fenolike të matur
nga biosensori enzimatik i modifikuar me nanogrinmca ari (EPK-Ka-Au).
Page 79
Përdorimi i teknikave elektrokimike efikase për përcaktimin e komponimeve fenolike
2014
63
Tabela 8.17 Parametrat analitikë që karakterizojnë ekuacionin e vijës së drejtë në lakoren e
kalibrimit kur përdoret elektroda e modifikuar me ind kërpudhe dhe nanogrimca ari (EPK-
Ka-nAu) në përcaktimin e një sërë komponimesh fenolike, në tretësirën bufer fosfat 0.1M
(pH=7), në amplitudë 30 mV.
Analiti
Zona linare
(ppm)
KD
(mg/L)
Ndjeshmëria
(b)
(µA/ppm)
Katekol 1.4-24.45 0.14 0.64
Hidrokinon 1.4-25.45 0.14 0.52
4-Klorofenol 1.4-15.7 0.23 0.51
m-krezol 1.4-6.6 1.13 0.46
o-krezol 3.3-9.4 2.43 0.44
4-Nitrofenol 0.7-9.4 0.57 0.45
3-Nitrofenol 0.7-6.6 0.34 0.49
Nga tabela 8.17 shihet qartë se ndjeshmëria për komponimet fenolike luhatet nga 0.44-0.64
µA/ppm. Ndjeshmërinë më të ulët e ka o-krezoli b=0.44 µA/ppm me koeficient korrelacioni
R2=0.9802 dhe më të lartë e ka katekoli b=0.64 µA/ppm me koeficient korrelacioni
R2=0.9987. Kjo mund të lidhet me afinitetin e ndryshëm të enzimës polifenol oksidazë
kundrejt komponimeve të ndryshme fenolike. Sinjali analitik i ulët qe vihet re tek o-krezoli
mund të lidhet me okupimin e pozicionit orto tek ky komponim duke vështirësuar
hidroksilimin dhe oksidimin e tij nga polifenol oksidazat. Kufiri i diktimit për komponimet
fenolike luhatet nga 0.14-2.43 mg/L, ku kufiri i diktimit më i ulët i korespondon katekolit dhe
hidrokinonit ndërsa më i larti i korespondon o-krezolit.
Përgjigja e biosensorit e shprehur si përgjigje relative në (%) kundrejt analitëve të ndryshëm
duke konsideruar si maksimale përgjigjen ndaj katekolit tregohet në tabelën 8.18.
Page 80
Përdorimi i teknikave elektrokimike efikase për përcaktimin e komponimeve fenolike
2014
64
Tabela 8.18 Përgjigja relative e elektrodës EPK-Ka-nAu shprehur në përqindje për
komponimet fenolike të studiuara
Analiti
Përgjigja Relative
(%)
Katekol 100
Hidrokinon 80.3
4-klorofenol
m-krezol
3-nitrofenol
4-nitrofenol
o-krezol
80.1
71.7
77.0
70.0
58.1
Vihet re se përgjithsisht komponimet fenolike japin një përgjigje relativisht të mirë në matjet
e kryera me biosensorin enzimatik të modifikuar me nanogrimca ari. Vlerat janë llogaritur
duke kosideruar si 100% përgjigjen e EPK-Ka-nAu kundrejt katekolit. Përgjigja relative e
ndryshme për komponimeve fenolike të mësipërme varet nga prania e grupeve të ndryshme
zëvendësuese dhe pozicionet përkatëse të tyre në komponimet fenolike. Rrjedhimisht, sinjal
më i mirë merret në komponimet fenolike ku grupi hidroksil ndodhet në pozicionin orto ose
para.
8.7.5 Studimi i stabilitetit të biosensorit enzimatik të modifikuar me nanogrimca Au
Stabiliteti i biosensorit është një parametër i rëndësishëm që karakterizon qëndrushmërinë e
metodës gjatë procedurës së analizës me qëllim që rezultati i marrë të mos ndikojë në
besueshmërinë e analizës. Stabiliteti është matur për një periudhë kohe prej 36 ditësh duke
matur intesitetin e rrymës në përqendrimin e katekolit 9.4 ppm.
0 5 10 15 20 25 30 35 40
3.5
4.0
4.5
5.0
5.5
6.0
6.5
I (µ A)
koha( dite)
Figura 8.14 Sinjali i matur (rryma mesatare (n=3)) me elektrodën pastë karboni të modifikuar
me nanogrimca ari dhe ind kërpudhe (EPK-Ka-nAu) në funksion të kohës (në ditë), në
përqendrim të katekolit 9.4 ppm, në bufer fosfat 0.1M pH=7, amplitudë të valës kuadratike
30mV.
Page 81
Përdorimi i teknikave elektrokimike efikase për përcaktimin e komponimeve fenolike
2014
65
Në figurën 8.14 është treguar stabiliteti i elektrodës si funksion i intesitetit të rrymës
(mesatare) kundrejt kohës (në ditë) në përqendrim të katekolit 9.4 ppm. Vihet re se intesiteti i
rrymës i matur për 36 ditë ndryshon në një zonë të ngushtë në intervalin ndërmjet 4.4-4.9 µA.
Kjo tregon qartë se biosensori enzimatik i modifikuar me nanogrimca ari ka qëndrueshmëri
për përiudhën gjatë së cilës u kryhen matjet.
8.8 APLIKIMI I BIOSENSORIT EPKB PËR PËRCAKTIMINE KOMPONIMEVE
FENOLIKE NË MOSTRA REALE
Biosensori pastë karboni i modifikuar me ind banane (EPKB), i cili rezultoi me një
performancë analitike më të mirë dhe ndjeshmëri më të lartë ndaj komponimeve fenolike
është aplikuar në 3 matrica të ndryshme mostrash. Analitët e preferuar për këtë biosensor
kanë rezultuar komponimet mono dhe difenolike të zëvendësuara në pozicionin orto dhe para.
Biosensori EPKB u testua për përcaktimin e komponime fenolike të ndryshme në mostra:
Çaj jeshil
Kafe
Ujëra nëntokësorë
Për shkak të ngjashmërisë së matricës së mostrave eksperimenti ndahet në dy pjesë:
1. Përcaktimi i katekolit në mostra çaji jeshil dhe kafe pasi është raportuar (Apetrei et al,
2012) se përmbahet një sasi e konsiderueshme e katekinës, një makromolekulë që
përmban molekula të katekolit (orto-difenol) i cili ka rezultuar me një afinitet
elektrokimik të lartë për biosensorin EPKB.
2. Përcaktimi i komponimeve fenolike në mostra ujërash nëntokësorë marrë në zona
naftëmbajtësë.
8.8.1 Përcaktimi i katekolit në çaj dhe kafe me EPKB
Katekoli është një komponim i pranishëm në shumë bimë, kryesisht ai bën pjesë në grupin e
antioksidantëve. Në shumë studime ky komponim përcaktohet në çajra sidomos në çajin
jeshil (Melaket al, 2013; Apetrei1et al, 2012) pasi komponimet kryesore që gjënden aty janë
antioksidantët dhe komponimi kryesorë me përmbajtje më të madhe është katekina. Struktura
e së cilës jepet në figurën e mëposhtme.
Figura 8.15 Struktura kimike e katekinës
Page 82
Përdorimi i teknikave elektrokimike efikase për përcaktimin e komponimeve fenolike
2014
66
Siç tregohet edhe në figurë (8.15) molekula e katekinës është e ndarë në 2 pjesë, në unazën B
ku ndodhet molekula e katekolit (i cili është edhe substrati i preferuar i enzimës PPO) dhe në
unazën A e cila është e kondesuar me një unazë tjetër benzoike C që përmban grupin OH në
pozicionin 3. Enzima polifenoloksidazë (ose siç quhet ndryshe Tirozinazë) përmban atome
bakri në strukturën e saj, ku në prani të oksigjenit molekular katalizon (Apetrei1 et al, 2012)
oksidimin e orto-difenoleve në orto-kinone. Në mënyrë skematike mekanizmi i reaksioneve
enzimatike në sipërfaqe të elektrodës paraqitet në figurën 8.16.
Figura 8.16 Mekanizmi i veprimit të enzimës PPO në sipërfaqe të elektrodës mbi substrate
fenolike si katekina që ndodhet në çaj
Mënyra e ekstraktimit të mostrave (Mënyra 1 dhe 2) është treguar në paragrafin 7.6.
Mostrat janë analizuar me teknikën voltametrike SWV.
Në figurën e mëposhtme janë dhënë disa prej voltamogramave të rregjistruara me biosensorin
EPKB në mostër (1)-përgatitur me ekstraktim në bufer (ku në celulë përmbahet 15 ml bufer
fosfat + 100 µl mostër), e më pas (2)-voltamograma e rregjistruar pas shtesës së katekolit 50
µL.
0.0 0.2 0.4 0.6 0.8
-4
-3
-2
-1
0
2
1
(A)
i (m
ikro
A
)
E (V)
0.0 0.2 0.4 0.6
-4
-2
0
2
1
(B)
i (m
ikro
A)
E (V)
0.0 0.2 0.4
-3
-2
-1
0
2
1
Kafe
i (m
ikro
A)
E (V)
Figura 8.17 Voltamogramat rregjistruar me anë të biosensorit EPKB në 1.mostrat çaji jeshil
(A), (B) dhe kafe. 2. pas shtesës së 50 µL standard katekol, me amplitudë Sw= 30 mV, me
potencial 0.0 - 1.0 V.
Page 83
Përdorimi i teknikave elektrokimike efikase për përcaktimin e komponimeve fenolike
2014
67
Nga voltamogramat e mësipërme (fig 8.17) shihet se katekoli është i pranishëm në këto
mostra, këtë e konfirmon shfaqia e një piku rryme me formë dhe potencial të përafërt me atë
të standardit të katekolit. Në rastin e çajit jeshil A dhe kafesë vërehen piqe të ngushtë dhe të
thellë gjë që na tregon se komponimet e tjera të pranishme në çaj nuk na japin ndonjë
interferencë të rëndësishme, në të kundërt do të përftoheshin piqe të gjerë. Në çajin jeshil B
vërehet një zgjerim i pikut të rrymës kjo për shkak të interferimit të matricës së mostrës.
Në rastin e mostrës së kafesë shihet qartë se ka përmbajtje të katekolit (orto-difenolit). Kafeja
(Svorc, 2013) përmban komponime aromatike polifenolike (si Acide klorogjenike) që
përmbajnë katekolin si monomer, kështu ky grup (dy –OH) është elektroaktiv në prani të
enzimës (PPO) të pranishme në elektrodë dhe oksidohen në kinone në mënyrë të kthyeshme
duke dhënë pik rryme oksidimi siç tregohet edhe në fig 8.17.
Në tabelën e mëposhtme janë dhënë rezultatet në lidhje me përmbajtjen e katekolit të
ekstraktuar me tretësirë ujore (mënyra 1) dhe me tretësirë buferike (mënyra 2) duke përdorur
EPKB.
Tabela 8.19 Përmbajtja e katekolit në mostra çaji jeshil A, B dhe kafe ekstraktuar me
tretësirë ujore dhe bufer fosfat, analizuar me biosensorin EPKB
Katekol (mg/L ) (n=3)
Mostra Mënyra 1 Mënyra 2
Çaj A 226.5±33.7 366.5± 31.8
Çaj B 141.0 ± 8.3 478.5±6.8
Kafe 146.5 ± 61 253.5 ±45
Nga të dhënat vihet re se sasia e katekolit e ekstraktuar me dy mënyra të ndryshme rezulton e
ndryshme. Mund të themi se në rastin e përgatitjes së mostrave të çajit me infusion në ujë të
nxehtë sasia e katekolit të gjetur është më e ulët shoqëruar kjo dhe me një shmangie standarde
të lartë. Ndërkohë vlerat e marra në mostrat e ekstraktuar në bufer tregojnë për një përmbajtje
më të lartë të katekolit, gati sa dyfishi i vlerës. Kjo mund të jetë rezultat i dy faktorëve:
katekoli ka një tretshmëri më të lartë në bufer fosfat se sa në tretësirë ujore, si dhe biosensori
është me selektiv ndaj katekolit në këtë matricë.
Për të vlerësuar përpikmërinë e metodës dhe praninë e gabime sistemtike propocionale është
përdorur metoda e rikuperimit të shtesave, e cila konsiston në shtimin e një sasie të njohur të
analitit të pastër mbi mostrën reale. Për 2 mostrat e çajit dhe të kafesë përgatitur sipas
Mënyrës 2 është llogaritur rikuperimi i shtesave të tretësirës standarde të shtuar. Rezultatet
paraqiten në tabelën 8.20.
Page 84
Përdorimi i teknikave elektrokimike efikase për përcaktimin e komponimeve fenolike
2014
68
Tabela 8.20 Rezultatet për rikuperimin e shtesës së katekolit në (%) përftuar me biosensorin
EPKB në 2 mostrat e çajit dhe të kafesë (përgatitur sipas mënyrës 2).
Biosensori EPKB
Mostra
Mënyra 2 C katekolit, të shtuar
(mg/L) C katekolit, të gjetur
(mg/L)
Rikuperimi
(%)
Çaj A 1.8 1.60 89
Çaj B
3.6
1.8
3.6
3.20
1.30
2.54
89
72
71
Kafe 1.8
3.6
2.02
2.60
112
72
Nga tabela 8.20 vihet re se rikuperimi i shtesës për standardin katekol analizuar me EPKB në
tre mostrat e (Çaj A, B dhe Kafe ) varion nga 71% deri në 112 %. Këto vlera mund të jenë të
pranueshme në rastin e përcaktimit të komponimeve organike (70-130%) (Harvey, 2000). Në
këtë rast mund të thuhet se kemi një rikuperim të mirë përsa i përket katekolit në mostrën e
çajit A, pra kjo konfirmon se biosensoret enzimatikë mund të përdoren për këtë qëllim duke
respektuar fushën e tyre të përdorimit.
Sipas literaturës (Melak, 2013) bazuar në mënyrën e tretjes dhe ekstraktimit të çajit jeshil,
sasia e katekolit e përcaktuar përgjithësisht shtrihet rreth zonës lineare të metodës së
përdorur. Pra katekoli në mostra çaji jeshil mund të përcaktohet me metoda të ndryshme
elektrokimike. Në tabelën e mëposhtme janë dhënë parametra analitikë të ndryshme që kanë
rezultuar në elektrodat të ndryshme të testuara për përcaktimin e katekolit në çaj jeshil me
metoda të ndryshme korresponduar me referencën e dhënë.
Tabela 8.21 Krahasimi i metodave të ndryshme të përcaktimit të katekolit
Metoda Elektroda/modifikuesit KD Zona Lineare Referena
ose biosensori i përdorur
SWV GCE modif me argjilë 0.10 nmolL-1
0.7-15μmolL-1
[Zen et al, 2002]
me preanodizim
DPV EPK modifikuar me mesopore 0.1 μmolL-1
0.5-50 μmolL-1
[Lin et al, 2009]
të Alumin/silicë (Al/SiO2)
SWV EPK modifikuar me Antrakinon 0.21μmolL-1
6-80 μmolL-1
[Melak et al, 2013]
SWV Elektroda modif NTC të shumëfishtë 0.25 μmolL-1
- [Lin et al, 2009]
DPV Elektrodë e zhveshur Indumi mod 1 μmolL-1
20-100 μmol-1
[Aziz et al, 2007]
me oksid kallai duke përdorur
një cikël red-oks të hidrazinës
Amperometri Elektroda të printuara 1.66 μmolL-1
10-160μmolL-1
[Sun et al, 2000]
modif me tirozinazë
SCV EPK modifikuar me ind banane (1 μmolL-1
) (12.7-100 μmolL-1
) ky punim
SCV EPK modifikuar me ind kërpudhë (5 μmolL-1
) (12.7-100 μmolL-1
) ky punim
SWV EPK modifikuar me ind kërpudhe (1 μmolL-1
) (12.7-162 μmolL-1
) ky punim
dhe nanogrimca Au
Page 85
Përdorimi i teknikave elektrokimike efikase për përcaktimin e komponimeve fenolike
2014
69
E treguar edhe në tabelën e mësipërme, përcaktimi i katekolit me elektrodë karboni të
qelqëzuar (GCE) të modifikuar me argjilë me anodizim paraprak është një metodë me
ndjeshmëri të lartë. Gjithashtu përcaktimi me metodën voltametrike me puls diferencial
(DPV) duke përdorur elektrodën pastë karboni (EPK) të modifikuar me material mesoporoz
të Al/SIO2 rezulton me ndjeshmëri më të lartë nga të gjitha, por modifikuesi i përdorur është
shumë i kushtueshëm dhe kjo përbën disavantazh për këtë metodë. Ndërsa elektrodat e
studiuara në këtë punim mund të themi se kanë ndjeshmëri të afërt me metodën DPV e cila
përdor elektrodën indiumit me oksid kallai duke ndërfutur si modifikues hidrazinën. Në
elektrodat e studiuara në këtë punim EPKK, EPKB rezulton një zonë lineare e punës e gjerë
që përbën avantazh për këtë metodë elektrokimike, ndërsa në elektrodën pastë karboni
modifikuar me ind kërpudhe dhe nanogrimca ari është rritur edhe me shume lineariteti i zonës
në lidhje me dy elektrodat e tjera studiuar me teknikën SCV. Por mund të themi se elektrodat
e studiuara kundrejt analitit katekol në këtë punim kanë përparësi në përcaktimet voltametrike
të komponimeve fenolike duke marrë parasysh faktin se ato përgatiten shumë lehtësisht, janë
të thjeshta për tu përdorur dhe kanë kosto shumë të ulët. Enzima që përdoret si material
biologjik modifikues merret në frutin e bananes dhe aplikohet direkt e papërpunuar.
8.8.2 Aplikimi i Biosensorit EPKB në mostra ujërash nëntokësorë
Komponimet fenolike janë konsideruar si ndotësit dhe speciet më toksike të cilët gjenden
shpesh në mjedis: si në bojra, vajra, ushqime, pije, ujëra (Ren et al, 2011; Hristov et al
2003;Cummings et al, 1998). Përcaktimi i tyre me anë të metodave të thjeshta, të ndjeshme
dhe me kosto të ulët ka qenë objekt studimi për shumë studiues (Palmer 2007;Oncari et al
2011). Nga Biosensorët e studiur EPKB rezultoi më i përshtashëm për përcaktimin e disa
komponimeve fenolike, nisur nga kjo për ta bërë të aplikueshëm këtë biosensor është testuar
për përcaktimin e komponimeve fenolike në mostra ujëra (puse) nëntokësorë. Në studim janë
marrë në mënyrë rastësore mostra ujërash nëntokësorë, në zonën naftëmbajtëse Patos-
Marinëz e cila është menduar të jetë e ndotur nga komponime fenolike. Janë analizuar 3
mostra të marrë në 3 puse të ndryshme në këtë zonë, të cilat janë analizuar për praninë e disa
prej komponimeve fenolike të cilët bioisensori EPKB i përgjigjet elektrokimikisht. Janë kryer
matje paralele për çdo rast.
Mostrat janë analizuar me të njëjtën teknikë elektrokimike (SWV) si në rastin e
mostrave të çajit dhe kafesë. Matjet janë kryer në temperaturë mjedisi, ku në secilin
rast, fillimisht është rregjistruar sinjali analitik në tretësirën buferike, pas shtesës së 5
ml mostër uji si dhe pas çdo shtese standarde mbi mostër. Mostrat janë testuar për
praninë e fenolit, m-krezol, p-krezol, 4-klorfenol, hidrokinon, 3-nitrofenol, 4-
nitrofenol, katekol. Nga matjet eksperimentale përftuar nga mostrat e testuar, është
marrë sinjal elektrokimik për komponime fenolike të ndryshme të cilat ndryshojnë si
nga sasia edhe nga larmia e tyre. Disa prej voltamogramave të rregjistruara me
biosensorin EPKB në mostrat e studiuara për praninë e disa komponimeve fenolike
janë dhënë në figurat e mëposhtme.
Page 86
Përdorimi i teknikave elektrokimike efikase për përcaktimin e komponimeve fenolike
2014
70
0.2 0.4 0.6 0.8
-4
-3
-2
-1
0
i(m
ikro
A)
E (V)
Mostra 1
0.54 ppm m-kresol
1.08 ppm m-kresol
0.2 0.4 0.6 0.8
-4
-3
-2
-1
0
i (m
ikro
A)
E (V)
Mostra 2
0.54 ppm p-kresol
1.08 ppm p-kresol
0.4 0.6 0.8 1.0
-4
-3
-2
-1
0
i (m
ikro
A)
E (V)
Mostra 3
0.99 ppm fenol
1.99 ppm fenol
0.2 0.4 0.6 0.8
-4
-3
-2
-1
0
i (m
ikro
A)
E (V)
Mostra 1
0.64 ppm 4-klorfenol
1.28 ppm 4-klorfenol
Figura 8.18 Voltamogramat e rregjistruara me EPKB në mostrat 1,2,3 dhe pas shtesave mbi
to të standardeve të komponimeve fenolike.
Në figurën 8.18 janë treguar disa prej voltamogramave të rregjistruara për 3 mostrat të marrë
në studim me biosensorin EPKB. Ajo çfarë vihet re në çdo rast është shfaqia e një piku rryme
të afërt me komponimet fenolike të studiuara, dhe me lartësi të pikut që ndryshon në mostra
të ndryshme. Nga shtesat e standardeve të ndryshme si: m-krezol, p-krezol, fenol, 4-klorfenol
mbi mostër shihet se biosensori i përgjigjet shtesës së standardit në secilin rast duke dhënë
një pik rryme i cili rritet me rritjen e përqendrimit të shtuar. Në tabelën e mëposhtme
përmblidhen rezultatet e marra për analitë të ndryshëm fenolikë në mostrat e analizuara.
Tabela 8.22 Rezultatet eksperimentale të përftuara nga analiza e tre mostrave ujore (n=3).
Biosensori Analiti
(µg/ml)
Mostra 1
Mostra 2
Mostra 3
EPKB
4-klorfenoli 1.30±0.2 1.86±0.02 1.65±0.1
p-krezoli 2.03±0.1 2.27±0.1 0.85±0.06
m-krezoli 1.70 ±0.02 - -
Fenol 3.40 ±0.1 2.40 ±0.06 -
Page 87
Përdorimi i teknikave elektrokimike efikase për përcaktimin e komponimeve fenolike
2014
71
Nga të dhënat e tabelës 8.22 vihet re se në mostrën 3 komponimet fenolike rezultojnë në një
sasi më të vogël se tek mostra 1 dhe 2, ku rezultuan si ujëra me përmbajtje më të lartë të
komponime si fenol, 4-klorfenol, m-krezol, p- krezol.
Sërisht në këtë studim për të vlerësuar përpikmërinë e metodës dhe praninë e gabimeve
sistematike është përdor metoda e rikuperimit të shtesave, ku mbi mostrën reale është shtuar
një sasi e njohur e analitit të pastër. Për 3 mostrat është llogaritur rikuperimi i shtesave të
tretësirës standarde të shtuar. Rezultatet paraqiten në tabelën 8.23.
Tabela 8.23 Rezultatet për rikuperimin e shtesës në (%) përftuar me biosensorin EPKB në 3
mostra ujore të analizuara dhe për 3 tretësirat standarde: 4-klorfenol, p-krezol, m-krezol.
Biosensori EPKB
Mostra
Ujore
C 4-klorfenol, të shtuar
(mg/L) C 4-klorfenol, të gjetur
(mg/L) Rikuperimi
(%)
Mostra 1 0.64 0.62 96.9
Mostra 2
0.64
1.28
0.58
1.09
90.6
85.2
Mostra 3 0.64
1.28
0.69
1.29
107.8
100.7
Mostra
Ujore
C p-kresol, të shtuar
(mg/L) C p-kresol, të gjetur
(mg/L) Rikuperimi
(%)
Mostra 1 0.54
1.08
0.49
0.92
90.7
85.1
Mostra 2 0.54
1.08
0.53
0.90
98.1
83.3
Mostra 3 0.54
1.08
0.49
1.09
90.7
100.9
Mostra
Ujore
C m-kresol, të shtuar
(mg/L) C m-kresol, të gjetur
(mg/L) Rikuperimi
(%)
Mostra 1 0.54
1.08
0.51
1.05
94.4
97.2
Nga tabela e mësipërme vihet re se rikuperimi i shtesës për 4-klorfenol dhe p-krezol duke
përdorur EPKB mbi tre mostrat e analizuara varion nga 83% deri në 107%. Megjithatë këto
janë vlera të pranueshme në rastin e përcaktimit të komponimeve organike (70-130%)
(Harvey, 2000). Mund të thuhet në këtë rast se kemi një rikuperim të mirë përsa i përket
këtyre komponimeve fenolike, pra kjo konfirmon se biosensorët enzimatikë mund të përdoren
për këtë qëllim.
Page 88
Përdorimi i teknikave elektrokimike efikase për përcaktimin e komponimeve fenolike
2014
72
KAPTULLI IX
9. KONKLUZIONE
Biosensorët enzimatikë pastë karboni modifikuar me inde bimore sigurojnë përcaktime
analitike me selektivitet dhe ndjeshmëri të mirë. Qellimi i kësaj teme doktorature ka qenë
përgatitja e disa biosensorëve të modifikuar me inde bimore të ndryshme për të përcaktuar
komponimet fenolike. Për ndërtimin e biosensoreve u përdorën inde bimore nga 5 bime të
ndryshme si burim i enzimës PPO: banane, mollë, dardhë, patate, kërpudhë pa përdorur
procedura paratrajtimi. Efekti i enzimës tek çdo ind bimor është vlerësuar duke studiuar dhe
krahasuar sjelljen e çdo tip biosensori me elektrodën e pamodifikuar pastë karboni.
Nga krahsimi i këtyre elektrodave është konstatuar se ndjeshmëria rritet dhe varet nga
lloji i indit modifikues dhe substrati i studiuar. Elektrodat modifikuar me ind të
kërpudhës, bananes dhe mollës kanë rezultuar me një ndjeshmëri të lartë kundrejt
analitit fenol, ndaj studimi i këtyre elektrodave është thelluar më tej duke optimizuar
kushtet dhe parametrat e punës. Zvogëlimi i potencialit të oksidimit të analitit të
studiuar me këto biosensorë rrit dhe selektivitetin e tyre. Pra zvogëlon mundësinë e
oksidimit të komponimeve të tjera të pranishëm në matricën e mostrës.
Është konstatuar se optimizimi raportit të komponentëve të materialit elektrodik
(pudër karboni-parfinë-ind bimor) luan një rol të rëndësishëm në përgjigjen e
biosensorëve enzimatikë. Përgjithsisht duke u bazuar në ndjeshmërinë, koeficientët e
korrelacionit në lakoret e kalibrimit dhe rrymës së sfondit, raporti optimal i
komponentëve elektrodik në të 6 tipet e biosensorëve ka rezultuar 1.000 g pudër
karboni-280 μl parafinë-0.100 g ind bimor. Sinjal më i mirë merret në një celulë
elektrokimike me pH 7 (bufer fosfat) si dhe duke përdorur shpejtësi skanimi 50 mV/s
gjatë matjeve voltametrike.
Nga studimi i madhësisë së grimcës së pudrës së karbonit në përgjigjen e
biosensorëve enzimatik rezultoi se për përftimin e një sinjali analitik të lartë me një
rrymë sfondi sa më të ulët duhet përdorur pudër karboni me madhësi të grimcës 0.09-
0.071 mm.
Nga studimi i efektit të enzimës bimore në elektrodat EPK ka rezultuar se jo vetëm
sasia e indit bimor por edhe pozicionimi i saj në trupin e bimës, ku aktiviteti paraqitet
maksimal, luan një rol të rëndësishëm në sjelljen e këtyre biosensorëve enzimatik.
Nga studimi i biosensorëve të modifikuar me ind kërpudhe të marrë nga 4 pjesë
kryesorë të trupit (a, b, c, d fig 8.8) të kërpudhës, rezultoi se biosensori EPKK
modifikuar me indin e marrë në pjesën a shfaq një aktivitet enzimatik dhe
rrjedhimisht ndjeshmëri më të lartë kundrejt substratit katekol (b = 1.42µ A/ppm).
Është vlerësuar vlefshmëria e metodës duke krahasuar parametrat e performancës të 5
tipeve (EPKB, EPKKa, EPKM, EPKD, EPKP) të biosensorëve të studiuar kundrejt
analitëve fenol dhe katekol. Biosensori pastë karboni modifikuar me ind banane ka
dhënë një performancë analitike më të mirë përsa i përket ndjeshmërisë, kufirit më të
ulët të diktimit dhe shmangies standarde, kundrejt analitit katekol. Gjitahshtu edhe
Page 89
Përdorimi i teknikave elektrokimike efikase për përcaktimin e komponimeve fenolike
2014
73
biosensori modifikuar me ind kërpudhe EPKKa ka dhënë rezultate të përafërta me
biosensorin EPKB.
Sjellja e biosensorëve të ndryshëm ka qenë e ndryshme për substrate fenolike të
ndryshme pra nuk ka rezultuar i njëjti analit i preferuar në të gjitha rastet. Por ajo
çfarë mund te nxirret si konkluzion në këtë rast është se substrate të preferuara për
enzimën PPO e marrë nga inde të ndryshme bimore si modifikues në elektrodat pastë
karboni janë komponimet mono dhe difenolike zëvendësuar kryesisht në pozicionin
orto dhe para.
Inkorporimi i nanogrimcave të arit në pastën e karbonit rezultoi me rritje të
ndjeshmërisë së sinjalit analitik (b=0.64 µA/ppm me kufi diktimi më të ulët 0.14
mg/L) e shoqëruar gjithashtu edhe me zhvendosje të potencialit të oksidimit drejt
vlerave më të ulëta. Nga vlerësimi i parametrave të përformancës së biosensorit
enzimatik të modifikuar me nanogrimca ari rezultoi se kjo metodë elektrokimike ka
qëndrushmëri dhe përpikmëri të mirë.
Nga vlerësimi i parametrave të përformancës së biosensorit enzimatik të modifikuar
me nanogrimca ari rezultoi se kjo metodë elektrokimike ka qëndrushmëri dhe
përpikmëri të mirë.
Si përfundim mund të themi biosensorët përgatitur me inde të ndryshme bimore të
papërpunuar si burim i enzimës PPO ofrojnë një alternativë të mirë në përcaktime të
ndryshme analitike pasi nuk lind nevoja për procedura paratrajtimi të modifikuesve biologjik,
ka një kosto të ulët dhe përgjigje të shpejtë krahasuar me metoda të tjera analitike. Ato kanë
rezultuar të qëndrueshëm për aq kohë sa ne përcaktojmë analitë të ndryshëm, në raste të
analizave të mëtejshme rekomandohet të përgatiten të freskët. Elektrodat pastë karboni të
modifikuara me indin e bananes EPKB dhe kërpudhës EPKKa kanë rezutuar me një
performancë të mirë analitike dhe mund të themi se janë të përshtatshme për tu aplikuar në
mostra reale për përcaktimin e komponimeve fenolike.
Page 90
Përdorimi i teknikave elektrokimike efikase për përcaktimin e komponimeve fenolike
2014
74
KAPITULLI X
10. Bibliografia
Adams, R. N. (1958): Carbon Paste Electrodes. Anal. Chem. 30 (9): 1576–1576
DOI: 10.1021/ac60141a600.
Svancara, I.; Vytras, K.; Kurt, K.; Alain, W and Wang,J. (2009): Carbon Paste Electrodes in
Facts, Numbers, and Notes: A Review on the Occasion of the 50-Years Jubilee of
Carbon Paste in.Electroanalysis.Volume 21, (1): 7–28.
Svancara. I; Kalcher, K.; Walcarius, A.; Vytras, K. (2011): Electroanalysis with Carbon Paste
Electrodes. ISBN: 978-3019-2.
Kuwana, T.; French, W. G. (1964): Electrooxidation or Reduction of Organic Compounds
into Aqueous Solutions Using Carbon Paste Electrode.Anal. Chem. 36, 241.241–242.
Marcoux, L.S.; Prater, K.G.; Prater, B.G.; Adams, R.N. (2009): Carbon Paste Electrodes
Anal. Chem. 1965, 37, 1446.
Bauer, D.; Gaillochet, M. P; (1974): Etude du comportement de la pate de carbone a compose
electroactif incorpore. Electrochim. Acta. 19, 597.
Scholz, F.; Meyer B.(1997): Voltammetry of solid microparticles immobilized on electrode
surfaces. Journal of Solid State Electrochemistry. Springer. Reviews..
Wang, J.; Naser, N.; Angnes, L.; Wu, H.; Chen, L. (1992): Metal-dispersed carbon paste
electrodes. Anal. Chem., 1992, 64 (11): 1285–1288.
Kalcher, K. (1990): Electroanalysis., 2, 419.
Svancara, I.; Vytras, K.; Renger, F.; Smyth, M. R. (1992): Sb. Ved. Pr., Vys.Sk.
Chemickotechnol., Pardubice. 93, 56, 21.
Ulakhovich, N. A. ; Medyantseva, E. P.; Budnikov, G. K. (1993): Zh. Anal. Khim., 48, 980.
Kalcher, K.; Kauffmann, J.-M.; Wang, J.; Svancara, I.; Vytras, K.; Neuhold, C.; Yang, Z.
(1995): Sensors based on carbon paste in electrochemical analysis: A review with
particular emphasis on the period 1990–1993. Electroanalysis.Volume 7, (1): 5–22.
Svancara I.; Vytras, K.; Barek J. & Zima J. (2010): Carbon Paste Electrodes in Modern
Electroanalysis.Critical Reviews in Analytical Chemistry. 31, (4): 311-345.
Kalcher, K.; Schachl, K.; Svancara, I.; Vytras, K.; Alemu, H. (1997): Sci. Pap. Univ.
Pardubice, Ser. A , 3, 57.
Matuszewski, W.; Trojanovicz, M. (1990): Enzyme entrapped polypyrrole modified electrode
for flow-injection determination of glucose. Elsevier, Biosensors and
Bioelectronics.5, (2): 149–156.
Ruzgas, T.; Gorton, L.; Emnéus, J.; Marko-Varga G. (1995): Kinetic models of horseradish
peroxidase action on a graphite electrode.Journal of Electroanalytical Chemistry.391,
(1–2): 41–49.
Svancara, I.; Vytras, K.; Barek, J. and Zima J. (2001): Carbon Paste Electrodes in Modern
Electroanalysis. Critical Reviews in Analytical Chemistry. 31, (4): 311-345.
Page 91
Përdorimi i teknikave elektrokimike efikase për përcaktimin e komponimeve fenolike
2014
75
Pandey, P. C; Panwar, P. (1998): Preparation, characterization, and in vitro release study of
albendazole-encapsulated nanosize liposomes. International Journal of
Nanomedicine, Methods Biotechnol. 5. 101-108.
http://wos.isitrial.com/ (2000, December 18)
Svancara, I.; Hvizdalova, M.; Vytras, K.; Kalcher, K.; Novotny, R. (1996):Electroanalysis. 8,
61.
Anonymous (1995): Spectral coal—powder, ―RW-B‖ product, the highest purity.
Characterization & guarantee certificate (in German). Bonn, Germany: Ringsdorff–
Werke GmbH.
Svancara, I.; Hvizdalova, M.; Vytras, K.; Kalcher, K. and Novotny, R. (1996): A microscopic
study on carbon paste electrodes. Electroanalysis.8:61–65.
Wang, J.; Martinez, T.; Yaniv, D.R. and McCormick, L. (1990): Characterization of the
micro-distribution of conductive and insulating regions of carbon paste electrodes
with scanning tunneling microscopy. J. Electroanal. Chem. 286:265–272.
Svancara, I.; Baldrianova, L; Tesarova, E.; Vlcek, M.; Vytras, K. and Sotiropoulos. S. (2007):
Microscopic studies with bismuth-modified carbon paste electrodes: Morphological
transformations of bismuth microstructures and related observations. In Sensing in
Electroanalysis, Vol. 2, Eds. K. Vytras and K. Kalcher, 35–58.
Svancara, I.; Kalcher, K.; Diewald, W.; Vytras, K. Electroanalysis. 1996, 8, 336.
Cheng, I.F. and Martin, C.R. (1988): Ultramicrodisk electrode ensembles prepared by
incorporating carbon paste into a microporous host membrane. Anal. Chem. 60:2163–
2165.
Hocevar, S.B. and Ogorevc, B. (2007): Preparation and characterization of carbon paste
micro-electrode based on carbon nanoparticles. Talanta 74:405–411.
Svancara, I. and Schachl, K. (1999): Testing of unmodified carbon paste electrodes. Chem.
Listy 93:490–499.
Svancara, I.; Konvalina, J.; Schachl, K.; Kalcher, K.; Vytras, K. (1998). Electroanalysis. 10,
435.
Svancara, I., Zima, J.; Schachl, K. (1998): The testing of carbon paste electrodes: An
example on the characterisation of a carbon paste electrode prepared from newly used
graphite powder. Sci. Pap. Univ.Pardubice Ser. A 4:49–63.
http://www.sigma-aldrich.com/saws.nsf/FluProducts?OpenFrameset; download: May 15,
2004.
Anonymous. (1995). Sigradur® Pulver: Characterization & Guarantee Certificate (in
German). Meitingen, Germany: HTW-Hochtemperatur-Werkstoffe GmbH.
Adams, R.N. (1969): Electrochemistry at Solid Electrodes. 26–27, 30, 55, 100, 125–130,
280–283, 330–367.
Kalcher, K.; Svancara, I.; Metelka, R.; Vytras, K. and Walcarius A. (2006): Heterogeneous
electrochemical carbon sensors. The Encyclopedia of Sensors, Vol. 4, Eds. C.A.
Grimes, E.C. Dickey, and M.V. Pishko, pp. 283–429.
Schmid, G.M. and. Bolger, G.W. (1973): Determination of gold in drugs and serum by use of
anodic stripping voltammetry. Clin. Chem. 19:1002–1005.
Page 92
Përdorimi i teknikave elektrokimike efikase për përcaktimin e komponimeve fenolike
2014
76
Svancara, I. and Vytras, K. (1993): Voltammetry with carbon paste electrodes containing
membrane plasticizers used for PVC-based ion-selective electrodes. Anal.Chim. Acta
273:195–204.
Svancara, I.; Zima J.; Schachl, K. (1998): Sci. Pap. Univ. Pardubice, Ser. A. , 4, 49.
Sagar, K., Fernandez Alvarez, J.H., Hua, C.; Smyth, M.R. and. Munden R. (1992):
Differential pulse voltammetric determination of Sumatriptan succinate (1–1) in a
tablet dosage. J. Phar. Biomed. Anal. 10:17–21.
Hattori, T.; Kato, M.; Tanaka, S. and Hara, M. (1997): Adsorptive stripping voltammetry of
anionic surfactants on a carbon paste electrode using ferrocenyl cationic surfactant as
an analytical electrochemical probe. Electroanalysis 9:722–725.
Olson, C. and Adams, R.N. (1960): Carbon paste electrodes: Application to anodic
voltammetry. Anal.Chim.Acta.22:582–589.
Olson, C. and Adams, R.N. (1963): Carbon paste electrodes: Application to cathodic
reductions and anodic stripping voltammetry. Anal.Chim. Acta 29:358–363.
Papouchado, L.; Bacon, J. and Adams, R.N. (1970): Potential-step cyclic voltammetry for the
study of electrode reaction mechanisms. J. Electroanal. Chem. 24:1–5.
Neeb, R.; Kiehnast, I. and Narayanan. A. (1972): On the use of carbon paste electrodes in
voltammetry. Fresenius Z. Anal. Chem. 262:339–343.
Soderhjelm, P. (1976): A comparison of the analytical utility of three different potential ramp
techniques in voltammetry, using a carbon-paste electrode. J. Electroanal. Chem.
71:109–115.
Kingsley, E.D. and Curran, D.J. (1988): Some observations on carbon paste electrodes in
AC-voltammetry. Anal.Chim. Acta 206:385–390.
Curran, D.J., Gelbert, M.B. and Kingsley, E.D. (1990): An instrument for alternating current
voltammetry featuring a digital phase-sensitive detector: Application to flow-injection
analysis using ac amperometry. Electroanalysis. 2:435–442.
Ravichandran, K. and Baldwin, R.P. (1984): Enhanced voltammetric response by
electrochemical pretreatment of carbon paste electrodes. Anal. Chem. 56:1744–1747.
Albahadily, F.N. and Mottola, H.A. (1987): Improved response of carbon-paste electrodes for
electrochemical detection in flow systems by pretreatment with surfactants. Anal.
Chem. 59:958–962.
Stulik, K. and Pacakova, V. (1981): Comparison of several voltammetric detectors for high-
performance liquid chromatography. J. Chromatogr. A 208:269–278.
Petek, M.; Bruckenstein, S.; Feinberg, B. and Adams, R.N. (1973): Anodic oxidation of
substituted methoxyphenols: MS-identification of methanol formed. J. Electroanal.
Chem. 42:397–401.
Adams, R.N.; Murrill, E.; McCreery, R.; Blank, L. and Karolczak, M. (1972): 6-Hydroxy-
dopamine: A new oxidation pathway. Eur. J. Pharmacol. 17:287–289.
Bauer, D. and Gaillochet, P. (1974): Behavior of carbon pastes containing an electro-active
compound (in French). Electrochim. Acta, 19:597–606.
Brainina, Kh.Z. and Ashpur, V. (1979): Phase electrochemical analysis with a carbon paste
electricallyactive electrode. Zavod. Lab. (U.S.S.R.) 45:10–20.
Page 93
Përdorimi i teknikave elektrokimike efikase për përcaktimin e komponimeve fenolike
2014
77
Kissinger, P.T.; Refshauge, C.; Dreiling, R. and Adams, R.N. (1973): Electrochemical
detector for liquid chromatography with picogram sensitivity. Anal.Lett. 6:465–477.
Vytras, K. and Svancara, I. (2007): Carbon paste-based ion-selective electrodes. Sensing in
Electroanalysis, 2: 7–22.
Zakharchuk, N.F. (1991): Personal communication.
http://www.merck.de/english/services/chemdat/english/index.htm; download: May 30, 2004.
Adams, R.N. (1963): Carbon paste electrodes. A review. Rev. Polarog. (Jpn.) 11:71–78.
Ulakhovich, N.A.; Medyantseva, E.P. and Budnikov, G.K. (1993): Carbon-paste electrodes
as chemical sensors in voltammetry. J. Anal. Chem.48:980–998.
Kalcher, K.; Kauffmann, J.-M.; Wang, J.; Svancara, I.; Vytras, K.; Neuhold, C. and Yang, Z.
(1995): Sensors based on carbon paste in electrochemical analysis: A review with
particular emphasis on the period 1990–1993. Electroanalysis 7:5–22.
Svancara, I.; Vytras K.; Barek, J. and Zima, J. (2001): Carbon paste electrodes in modern
electroanalysis (a review). Crit. Rev. Anal. Chem. 31:311–345.
Wang, C.; Creasy, K.; Shaw, B. (1991): J. Electroanal. Chem., 300, 365.
Zima, J; Svancara, I.; Barek, J.; and Vytras, K. (2009): Recent advances in electroanalysis of
organic and biological compounds at carbon paste electrodes. Crit. Rev. Anal. Chem.
39:204–227.
O’Neill, R.D. (1993): Sensor–tissue interactions in neurochemical analysis with carbon paste
electrodes in vivo (a review). Analyst (U.K.) 118:433–438.
Svancara, I. and Vytras, K. (1994): Preparation and properties of carbon paste electrodes (a
review, part I; in Czech). Chem. Listy 88:138–146;
Vytras, K. and Svancara, I. (1994): Applications of carbon paste electrodes in electroanalysis
(a review, Part II; in Czech). Chem. Listy 88:412–422.
Svancara, I.; Vytras, K.; Kalcher, K; Walcarius, A. and Wang, J. (2009): Carbon paste
electrodes in facts, numbers, and notes: A review on the occasion of the 50-years
jubilee of carbon paste in electrochemistry and electroanalysis. Electroanalysis 21:7–
28.
Svancara, I.; Vytras, K; Renger, F. and Smyth, M.R. (1992-1993): Application of carbon
paste electrodes in electroanalysis. A review.Sb.Ved.Pr.,Vys.Sk. Chemickotechnol.,
Pardubice 56:21–57.
Dryhust, G. and McAllister, D.L. (1985): Carbon electrodes. In Laboratory Techniques in
Electroanalytical Chemistry, Chapter 10-III, Eds. P.T. Kissinger and W.R. Heineman,
Orig. Edn. pp. 294–301.
McCreery, R.L. and Cline, K.K. (1996): Carbon electrodes. In Laboratory Techniques in
Electroanalytical Chemistry, Chapter 10-III, Eds. P.T. Kissinger and W.R. Heineman,
Revised and Expanded Edn. 311–312, 816-817.
Hvizdalova, M. (1994): A study on applicability of carbon paste electrodes in voltammetry.
MSc dissertation, University of Pardubice, Pardubice, Czech Republic.
Kalcher, K. (1990): Chemically modified carbon paste electrodes in voltammetric analysis.
Electroanalysis 2:419–433.
Page 94
Përdorimi i teknikave elektrokimike efikase për përcaktimin e komponimeve fenolike
2014
78
Gorton, L. (1995): Carbon paste electrodes modified with enzymes, tissues, and cells. A
review.Electroanalysis 7:23–45.
Zhang, Z.-Q.; Liu, H.; Zhang, H. and Li, Y.-F. (1996): Simultaneous cathodic stripping
voltammetric determination of mercury, cobalt, nickel, and palladium by mixed
binder carbon paste electrode containing dimethylglyoxime. Anal.Chim. Acta
333:119–124
Li, Y.-F.; Xiao, Z.-L.; Liu, X.-Y.and Zhang. Z.-Q. (1998): Voltammetric characteristics of
chlordiazepoxide at the mixed binder carbon paste electrode. Fenxi Kexue Xuebao
14:106–109.
Lutz, M.; Burestedt, E.; Emneus, J.; Liden, H.; Gobhadi, S.; Gorton L. and Marko Varga, G.
(1995): Effects of different additives on a tyrosinase based carbon paste electrode.
Anal.Chim. Acta 305:8–17.
Spohn, U., Narasaiah, D.; Gorton, L. and Pfeiffer D. (1996): A bienzyme modified carbon
paste electrode for the amperometric detection of L-lactate at low potentials.
Anal.Chim. Acta 319:79–90.
Miland, E.; Miranda Ordieres, A.J.; Tunon Blanco, P.; Smyth, M.R. and Fagain, C.O. (1996):
Poly(oaminophenol)- modified bienzyme carbon paste electrode for the detection of
uric acid. Talanta 43:785–796
Huang, T.; Warsinke, A.; Koroljova Skorobogatko, O.V.; Makower, A.; Kuwana, T. and
Scheller, F.W. (1999): A bienzyme carbon paste electrode for the sensitive detection
of NADPH and the measurement of glucose-6-phosphate dehydrogenase.
Electroanalysis 11:295–300
Wang, J. and Lin, M.-S. (1989): Dual electrode configurations with a plant tissue as generator
reactor. Anal.Chim. Acta 218:281–290.
Zhang, X. and Rechnitz, G.A. (1994): Simultaneous determination of glucose and sucrose by
a dualworking electrode multienzyme sensor flow-injection system. Electroanalysis
6:361–367
Sapio, J.P.; Colaruotolo, J.F. and Bobbitt, J.M. (1973): Universal ion-selective electrode
based on graphite paste. Anal.Chim. Acta 67:240–242
Wu, W.-S., Uddin, M.S. and Hua, C. (1995): Cation exchange based chemically modified
electrodes. Bull. Electrochem. 11:402–406.
Svancara, I.; Ogorevc, B.; Hocevar, S.B. and Vytras, K. (2002): Perspectives of carbon paste
electrodes in stripping potentiometry. Anal. Sci. (Jpn.) 18:301–305.
Vytras, K.; Khaled, E.; Jezkova, J.;.Hassan, H.N.A and Barsoum, B.N. (2000). Studies on the
potentiometric thallium (III)-selective carbon paste electrode and its possible
applications. Fresenius J. Anal. Chem. 367:203–207.
Svancara, I.; Ogorevc, B.; Novic, M .and Vytras, K. (2002): Simple and rapid determination
of iodide in table salt by stripping potentiometry at a carbon-paste electrode.
Anal.Bioanal. Chem. 372:795–800.
Ulakhovich, N.A., Medyantseva, E.P. and Mashkina, S.V (1997): Electroactive carbon-paste
electrode for determining iridium(III). J. Anal. Chem. (Russ.)/transl. of Zh. Anal.
Khim 52:331–333.
Page 95
Përdorimi i teknikave elektrokimike efikase për përcaktimin e komponimeve fenolike
2014
79
Tomcik, P.; Banks, C.E.; Davies, T.J. and Compton, R.G. (2004): A self-catalytic carbon
paste electrode for the detection of vitamin B12. Anal. Chem. 76:161–165.
Svancara, I.; Kalcher, K. and Vytras, K. (1997): Solid electrodes plated with metallic films.
Sci. Pap. Univ. Pardubice Ser. A 3:207–225.
Kauffmann, J.-M.; Laudet, A.; Patriarche, G.J. and Christian. G.D. (1982): The graphite
spray electrode and its application in the anodic stripping voltammetry of bismuth.
Anal.Chim. Acta 135:153–158.
Kauffmann, J.-M.; Laudet, A. and Patriarche. G.J. (1982): The modified carbon paste
electrode. On its use by differential pulse anodic stripping voltammetry in the
presence of a mercury film (in French). Anal.Lett. l5:763–774.
Svancara, I.; Pravda, M.; Hvizdalova, M; Vytras, K. and Kalcher. K. (1994): Voltammetric
investigations on carbon paste electrodes as supports for mercury films.
Electroanalysis 6:663–671.
Navratilova, Z. and Vaculikova. (2006): Electrodeposition of mercury film on electrodes
modified with clay minerals. Chem. Pap. 60:348–352.
Svancara, I.; Vytras, K.; Bobrowski, A. and Kalcher, K. (2002): Determination of arsenic at a
gold-plated carbon paste electrode using constant current stripping analysis. Talanta
58:45–55.
Svancara, I.; Matousek, M.; Sikora, E.; Schachl, K.; Kalcher, K. and Vytras, K. (1997):
Carbon paste electrodes plated with a gold film for the voltammetric determination of
mercury(II). Electroanalysis 9:827–833.
Chadim, P.; Svancara, I.; Pihlar, B. and Vytras, K. (2000): Gold-plated carbon paste
electrodes for anodic stripping determination of arsenic. Collect. Chem.
Czech.Commun.65:1035.
Wang, J.; Lu, J.-M.; Hocevar, S.B.; Farias, P.A.M. and Ogorevc, B. (2000): Bismuth-coated
carbon electrodes for anodic stripping voltammetry. Anal. Chem. 72:3218–3222.
Wang, J. (2005): Stripping analysis at bismuth electrodes: A review. Electroanalysis
17:1341–1346.
Economou, A. (2005): Bismuth-film electrodes: Recent developments and potentialities for
electroanalysis. Trends Anal. Chem. 24:334–340.
Kokkinos, C. and Economou, A. (2008).Stripping analysis at bismuth-based electrodes (a
review).Curr.Anal. Chem. 4:183–190.
Krolicka, A.; Pauliukaite, R.; Svancara, I.; Metelka, R.; Bobrowski, A.; Norkus, E.; Kalcher,
K. and Vytras, K. (2002): Bismuth film-plated carbon paste electrodes.
Electrochem.Commun. 4:193–196.
Pauliukaite, R.; Metelka, R.; Svancara, I.; Krolicka, A.; Bobrowski A.; Vytras, K.; Norkus, E.
and Kalcher, K. (2002): Carbon paste electrodes modified with Bi2O3 as sensors for
the determination of cadmium and lead. Anal.Bioanal. Chem. 374:1155–1158
Hocevar, S.B.; Svancara, I.; Ogorevc, B. and Vytras, K. (2005): Novel electrode for
electrochemical stripping analysis based on carbon paste modified with bismuth
powder. Electrochim. Acta 51:706–710.
Page 96
Përdorimi i teknikave elektrokimike efikase për përcaktimin e komponimeve fenolike
2014
80
Cao, L-Y.; Jia, J-B. and Wang, Z-H. (2008): Sensitive determination of Cd and Pb by
differential pulse stripping voltammetry with in-situ bismuth-coated zeolite doped
carbon paste electrodes. Electrochim.Acta 53:2177–2182.
Svancara, I.; Prior, C.; Hocevar, S.B. and Wang, J. (2010): A decade of bismuth-modified
electrodes in electroanalysis (a review). Electroanalysis 22:1405–1420.
Sopha, H.; Baldrianova, L.; Tesarova, E.; Grinciene, G.; Weidlich, T.; Svancara, I. and
Hocevar, S.B. (2010): A new type of bismuth electrode for electrochemical stripping
analysis based on the ammonium tetrafluorobismuthate bulk-modified carbon paste.
Electroanalysis 22:1489–1493.
Gardea T. J.; Darnall, D. and Wang, J. (1988): Bioaccumulation and voltammetric behavior
of gold at alga-containing carbon paste electrodes. J. Electroanal. Chem. 252:197–
208.
Connor, M.; Dempsey, E.; Smyth, M.R.; Richardson. D.H. (1991): Determination of some
metal ions using lichen-modified carbon paste electrodes. Electroanalysis 3:331–336.
Ramos, J.A.; Bermejo, E.; Zapardiel, A.; Perez, J.A. and Hernandez, L. (1993): Direct
determination of lead by bioaccumulation at a moss-modified carbon paste electrode.
Anal.Chim. Acta 273:219–227.
Navaratne, A. and Rechnitz, G.A. (1992).Improved plant tissue-based biosensor using in-
vitro cultured tobacco callus tissue. Anal.Chim. Acta 257:59–66.
Wijesuriya, D. and Rechnitz, GA. (1991): Mixed carbon paste-pea seedling electro-chemical
sensor for measuring plant growth-regulating activity of amines. Anal.Chim. Acta
243:1–8.
Ouangpipat, W.; Lelasattarathkul, T.; Dongduen, C. and Liawruangrath. S. (2003):
Bioaccumulation and determination of lead using treated-Pennisetum-modified
carbon paste electrode. Talanta 61:455–464
Wang, J. and Lin, M.-S. (1988): Mixed plant tissue carbon paste bioelectrode. Anal. Chem.
60:1545–1548
Horie, H. and. Rechnitz, G.A (1995): Hybrid tissue/enzyme biosensor for pectin. Anal.Chim.
Acta .306:123–127.
Cummings, E.A.; Mailley, P.; Linquette Mailley, S.; Eggins, B.R.; McAdams, E.T. and
McFadden, S. (1998): Amperometric carbon paste biosensor based on plant tissue for
the determination of total flavanol contentin beers. Analyst (U.K.) 123:1975–1980.
Forzani, E.S.; Rivas, G.A. and Solis, V.M. (1997): Amperometric determination of dopamine
on vegetal-tissue enzymic electrodes. Analysis of interferents and enzymic selectivity.
J. Electroanal. Chem. 435:77–84.
Fatibello Filho, O.; Lupetti, K.O. and Vieira, L.D. (2001): Chronoamperometric
determination of paracetamol using an avocado tissue (Persea americana) biosensor.
Talanta 55:685–692.
Bezerra, V.S.; Lima Filho, J.L.; Montenegro, M.C.; Araujo, A.N. and Lins da Silva, V.
(2003): Flow injection amperometric determination of dopamine in pharmaceuticals
using a polyphenol oxidase biosensor obtained from soursop pulp. J. Pharm. Biomed.
Anal. 33:1025–1031.
Page 97
Përdorimi i teknikave elektrokimike efikase për përcaktimin e komponimeve fenolike
2014
81
Mojica Elmer, R.E.; Gomez, J S.P.; Micor, R.L. and. Deocaris, C.C. (2006): Lead detection
using a pineapple bioelectrode. Philipp. Agricult. Sci. 89:134–140.
Kozan, J.V.B.; Silva, R.P.; Serrano, S.H.P.; Lima, A.W.O. and Angnes, L. (2010):
Amperometric detection of benzoyl peroxide in pharmaceutical preparations using
carbon paste electrodes with peroxidases naturally immobilized on coconut fibers.
Biosens.Bioelectron. 25:1143–1148.
Skladal, P. (1991): Mushroom tyrosinase-modified carbon paste electrode as an
amperometric biosensor for phenols. Collect. Czech. Chem. Commun. 56:1427–1433.
Moressi, M.B.; Zon, A.; Fernández, H.; Rivas, G.A. and Solis.V. (1999): Amperometric
quantification of Alternaria mycotoxins with a mushroom tyrosinase modified carbon
paste electrode.Electrochem.Commun. 1:472–476.
Lei, C.-X.; Gong, F.-C.; Shen, G.-L.and Yu, R.-Q. (2003): Amperometric immunosensor for
Schistosoma japonicum sp. antigen using antibodies loaded on a nano-gold monolayer
modified chitosan-entrappedcarbon paste electrode. Sensors Actuators B 96:582–588.
Sugawara, K.; Matsui, H.; Hoshi, S. and Akatsuka, K. (1998): Voltammetric detection of
Ag(I) at carbon paste electrode modified with keratin. Analyst (U.K.) 123:2013–2016.
Ito, Y.; Yamazaki, S.; Kano, K. and Ikeda, T. (2002): Escherichia coli and its application in a
mediated amperometric glucose sensor. Biosens.Bioelectron. 17:993–998.
Erdem, A.; Kerman, K.; Meric, B.; Akarca, U.S. and Ozsoz. M. (2000): Novel hybridization
indicator methylene blue for the electrochemical detection of short DNA sequences
related to the hepatitis-B virus. Anal.Chim. Acta 422:139–149.
Torimura, M.; Miki, A.; Wadano, A.; Kano, K. and Ikeda. T. (2001): Electrochemical
investigation of photoreduction catalyzed by cyanobacteria Synechococcus sp.
PCC7942 in exogenous quinones and photoelectrochemical oxidation of water. J.
Electroanal. Chem. 496:21–28.
Kim, E.J.; Haruyama, T.; Yanagida, Y.; Kobatake, E. and Aizawa, M. (1999). Disposable
creatinine sensor based on thick-film hydrogen peroxide electrode system. Anal.Chim.
Acta 394:225–231.
Wang, J.; Liu, J. and Cepra, G. (1997): Thermal stabilization of enzymes immobilized within
carbon paste electrodes. Anal. Chem. 69:3124–3127.
Korbut, O.; Buckova, M. Tarapcik, P.; Labuda, J. and Grundler, P. (2001): Damage to DNA
indicated by an electrically heated DNA-modified carbon paste electrode. J.
Electroanal. Chem. 506:143–148.
Korbut, O.; Buckova, M.; Labuda, J. and Gruendler, P. (2003): Voltammetric detection of
antioxidative properties of flavonoids using electrically heated DNA modified carbon
paste electrode. Sensors 3:1–10.
Flechsig, G.-U.; Korbout, O.; Hocevar, S.B.; Thongngamdee, S.; Ogorevc, B.; Gruendler, P.
and Wang, J. (2002): Electrically heated bismuth-film electrode for voltammetric
stripping measurements of trace metals. Electroanalysis 14:192–196.
Svancara, I.; Kotzian, P.; Metelka, R.; Bartos, M.; Foret, P. and Vytras, K. (2002): Plastic
bars with carbon paste: A new type of the working electrode in electroanalysis. In
Monitoring of Environmental Pollutants, Vol. IV (in Czech), Eds. K. Vytras, J.
Kellner, and J. Fischer, 145–158.
Page 98
Përdorimi i teknikave elektrokimike efikase për përcaktimin e komponimeve fenolike
2014
82
Svancara, I.; Hradilova, S.; Nepejchalova, L. and Bartos. M. (2009): Temperature-controlled
processes at carbon paste-based electrodes: Possibilities and limitations in
electroanalytical measurements. Sensing in Electroanalysis, Vol. 4, Eds. K. Vytrˇas,
K. Kalcher, and I. Švancara. 7–26.
Lopes da Silva, W.T., Thobie Gautier, C.; Rezende, M.O.O. and El Murr, N. (2002):
Electrochemical behavior of Cu(II) on carbon paste electrode modified by humic acid.
A cyclic voltammetry study.Electroanalysis 14:71–77.
Svancara, I. et al. (1985–2010): Unpublished results.
Wang, J.; Kawde, A.N.; Erdem, A. and Salazar, M. (2001): Magnetic bead-based label-free
electrochemical detection of DNA hybridization. Analyst (U.K.).126:2020–2024.
Wang, J. and Kawde, A.N. (2002): Magnetic-field stimulated DNA oxidation.
Electrochem.Commun. 4:349–352.
Dunwoody, D.C.; Unlu, M.; Wolf, A.K.H.; Gellett, W.L. and Leddy, J. (2005): Magnet
incorporated carbon electrodes: Methods for construction and demonstration of
increased electrochemical flux. Electroanalysis 17:1487–1494.
Tang, D.-P.; Yuan, R. and Chai, Y.-Q. (2006): Direct electrochemical immunoassay based on
protein-magnetic nanoparticle composites on to magnetic electrode surfaces by
sterically enhanced magnetic field force. Biotechnik.Lett. 28:559–565.
Liu, Z.-M., Yang, H.-F.; Li, Y.-F.; Liu, Y.-L.; Shen, G.-L.and Yu, R.-Q. (2006): Core-shell
magnetic nanoparticles applied for immobilization of antibody on carbon paste
electrode and amperometric immunosensing. Sens. Actuators B. 113:956–962.
Tang, D.-P.; Yuan, R. and Chai, Y.-Q. (2006): Magnetic core-shell Fe3O4 at Ag nano-
particles coated carbon paste interface for studies of carcinoembryonic antigen in
clinical immunoassay. J. Phys. Chem. B. 110:11640–11646.
Hulanicki, A.; Glab, S. and Ingman, F.A. (1991): Chemical sensors-Definitions and
classification. Pure Appl. Chem. 63:1247–1250.
Thevenot, D.R.; Toth, K.; Durst, R.A. and Wilson.G.S. (1999). Electrochemical biosensors:
Recommended definitions and classification. Pure Appl. Chem. 71:2333–2348.
Ramachandra Rao, C.N.; Kulkami, Giridhar U.; Jonhn Thamasa, P.; Edwards Peter, P.
(2000): Metal nano particles and their assemblies, Chem. Soc.Rev., 2000, 29: 27-35.
Schuhmann, W. (2002): Amperometric enzyme biosensors based on optimzed electron-
transfer pathways and non-manual immobilisation procedures. Reviews in Molecular
Horozova, E.; Dodevska,T. and Dimcheva. (2009): Modified graphites: application to the
development of enzyme-based amperometric biosensors. Bioelectrochemistry. 74, (2):
260-264.
Vivek, Sh.; Kyoungweo, P.; Mohan, S. (2009): Collidal dispersion of gold nanorods:
Historical backgroud, optical properties, seed-medated synthesis, shape separation
and self-assembly”. Material Science and Engineering Reports. 65(1-3): 1-38.
Zeng, S.; Ken-Tye, Y.; Indrajit, R.; Dinh, X-Q; Xia, Y.; Feng, L. (2011): “ A review on
functionalized gold nanoparticles for biosensing application” . Plasmonics. 6 (3): 491-
506
Page 99
Përdorimi i teknikave elektrokimike efikase për përcaktimin e komponimeve fenolike
2014
83
Turkevich, J.; Stevevson, P.C.; Hillier, J. (1951): The nucleation and growth processes in the
synthesis of colloidal gold, Discussions Faraday Soc. 11: 55-75
Amendoila, V; Meneghetti, M. (2009): “ Laser ablation synthesis in solution and size
manipulation of noble metal nanoparticles”, Phys. Chem . Phys.11: 3805-3821.
Hanifah, Sh. A.; Heng, L.Y.and Ahmad, M. (2008): Effects of Gold Nanoparticles on the
Response of Phenol Biosensor Containing Photocurable Membrane with
Tyrosinase.Sensors, 6407-6416.
Simic, A. (2007): Electrochemical Behavior and Antioxidant and Prooxidant Activity of
Natural Phenol. Molecules, 12, 2327-2340.
Sagıroglu, A.; Ozcan, H. M.; Hasancebi, O; (2009): Scanning of Some Herbal Tissues to be
Used ëith Biosensors as Polyphenol Oxidase Enzyme Source;Haceteppe Journal of
Biology and Chemistry. 37 (4); 303-312.
Xavier, J. L. N. (2011):An electrochemical Study of Phenol Oxidation in Acidic
Medium;International Journal of Electrochemical Science.
Fatibello-Filho, O. (2007): Determination of total phenols in ëasteëaters using a biosensor
based on carbon paste modified ëith Crude extract of jackfruit (Artocarpus integrifolia
L.), Comprehensive Analytical Chemistry 49 Alegret and Merkoc¸ i (Eds) Volume 49.
Akyılmaz, E.andImer, O. (2011): Voltammetric Determination of Ethanol by Using
Mushroom (Agaricus bisporus) Tissue Homogenate-Based Biosensor. Hacettepe J.
Biol. & Chem.39.
Ozoner1, S. K.; Erhan, E. and Yilmaz, F. (2011): Enzyme Based Phenol Biosensors. Gebze
Institute of Technology, Gebze, Kocaeli.
Mayer, A.M. (2006): Polyphenol oxidases in plants and fungi: Phytochemistry. 67: 2318–
2331.
Vedrine, CH.; Fabiano, S.; Tran-Minh, C. (2003): Amperometric tyrosinase based biosensor
using an electrogenerated polythiophene film as an entrapment support.emse-
00520263, version 1.
Hristov, S. M.; Boukoureshtlieva, R. I.; Kaisheva, A. R.; Iliev, I. D. (2003): Tyrosinase
Sensor for Amperometric Detection of phenol.Impedance Contributions Online 1.
Ren, J.; Kang, T-F.; Xue, R.; Ge, Ch-N.; Cheng, Sh-Y. (2011): Biosensor based on a glassy
carbon electrode modified with tyrosinase immmobilized on multiwalled carbon
nanotubes. Microchim Acta. 174:303–309.
Rajesh T.W.; Kaneto, K. (2004): Amperometric phenol biosensor based on covalent
immobilization of tyrosinase onto an electrochemically prepared novel copolymer
poly (N-3-aminopropyl pyrrole-co-pyrrole) film. Sens Actuators B Chem. 102:271–
277.
Buckee G.K. (1992): Determination of the volatile components of beer. J. Inst. Brew. 98, 78.
Apetrei, C.; Apetrei, I. M.; De Saja, J. A. and Rodriguez-Mendez, M. L. (2011): Carbon
Paste Electrodes Made from Different Carbonaceous Materials: Application in the
Study of Antioxidants . Sensors. 11: 1328-1344.
Rodrıguez, M.C.; Rivas, G.A. (2002): Glassy carbon paste electrodes modified with
polyphenol oxidase Analytical applications. Analytica Chimica Acta 459.
Page 100
Përdorimi i teknikave elektrokimike efikase për përcaktimin e komponimeve fenolike
2014
84
Palmer, J.K. (2007): Banana Polyphenoloxidase. Preparation and Properties. Plant
Physiology.
Oncari, N.; Bozic, N.; Andelcovici, I.; Milovanovic, A.; Dojnov, B.; Vujcic, M.; Roglici,
G. and Vujcici, Z. (2011). Removal of aqueous phenol and phenol derivatives by
immobilized potato polyphenol oxidase. J. Serb. Chem. Soc. 76,(4) :513–522 .
Vedrine, Ch.; Fabiano, S.; Tran-Minh, C. (2003):Amperometric tyrosinase based biosensor
using an electrogenerated polythiophene film as an entrapment support. emse-
00520263, version 1.
Wade, L.G. (1999): Phenol. Encyclopedia Britannica Online. Available:
http://search.eb.com/eb/article-9059614. Accessed 14 January 2010.
Quideau, S. P,; Deffieux, D.; Douaut-Casassus, C. L.; Pouysegu, L. (2011) : Plant
polyphenols: Chemical Properties, Biological Activities, and Syntesis”. Chemie
International Edition. 50(3): 586.
Anderson, J.V.; Morris, C.F.; (2003): Purification and analysis of wheat grain polyphenol
oxidase (PPO) protein. Cereal Chem. 80: 135–143
Yoruk, R.; Marshall, M.R. (2003): Physiochemical properties and functionof plant
polyphenol oxidase: a review. J. Food Chem. 27: 361–422.
Delsignore, A.; Romeo, F.; Giaccio, M. (1997): Content of phenolic substances in
basidiomycetes. Mycological Research. 101: 552–601.
Quesnel, V.C.; Jugmohunsingh, K.; (2006): Browning reaction in drying cacao. Journal of
the Science of Food and agriculture. 21 (10): 537-541.
Stulik, K. and V, Pacakova. (1981): Comparison of several votammetric detetors for high-
performaceliquid chromatography. J. Chromatogr. A. 208: 269-278
Vasjari, M. (2002): “Metoda te avancuara te elektrodave te elektroanalizes kimike” cikel
leksionesh.
Vasjari, M. “Sensoret elektrokimik dhe biosensoret” cikel leksionesh.
Parroj, N and Vasjari, M. (2011): Development of the biosensor for phenolic compounds
based on carbon paste electrode modified with banana fruit tissue. Artikull në "
Buletini i Shkencave te Natyres " Special (628-636). ISSN: 224-1779.
Broli, N. and Vasjari, M. (2013): A Modified Carbon Paste Biosensor for Phenolic
Compounds. J. Int. Environmental Application & Science. Vol. 8; (3): 412-418.
Broli, N. and Vasjari, M. (2013): Different Part of Mushroom Tissue used as Modifier in
Carbon Paste Sensor.Hacettepe J. Biol. & Chem., 2013, 41; (3):187-193.
Parroj. N. and Vasjari, M. (2012): Përcaktimi elektrokimik i komponimeve fenolike duke
përdorur biosensorin pastë karboni modifikuar me ind kërpudhe. Artikull në " Buletini
e Shkencave të Natyrës ".Botimi Nr 14; (109-122). ISSN: 2305-882X.
Parroj, N. and Vasjari, M. (2013): Përgatija e biosensorit elektrokimik për përcaktimine
komponimeve fenolike bazuar në pastën e karbonit të modifikuar me inde bimore. "
Buletini e Shkencave të Natyrës ".Botimi Nr 15; (205-214). ISSN: 2305-882X.
Navaratne, A.N. (1992): Construction and characterization of novel amperometric plant
tissue-based biosensors. Dissertation.
Page 101
Përdorimi i teknikave elektrokimike efikase për përcaktimin e komponimeve fenolike
2014
85
Wang, J.; Kane, S.A.; Liu, J.; Smyth, M.R. and Rogers, K. (1996): Mushroom tissue- based
biosensor for Inhibitor monitoring. Food Technology and Biotechnology 34; (1): 51-
55.
Subarik, D.; Pilizota, V.; Lovric, T.; Vukovic, R. and Erceg,A. (2005): Effectiveness of some
crown compounds on inhibition of polyphenoloxidase in model systems and in apple.
Acta Alimentaria Journal. 30; (1): 81-87. ISSN 0139-3006.
Bora, P.S.; Holschuh, H.J.; da-Silva-Vasconelos, M.A.; (2004): The characterization of
polyphenol oxidase of soursop (Anona muricata L.) fruit and a comparative study of
its inhibition in enzyme extractand in pulp. Cienc.Technol. Aliment. 4: 267–273.
Szot, K. (2012): Electrodes modified with carbon nanoparticles and enzymes.Institute of
Physical Chemistry.PhD thesis.
Liu, S-Q. and Ju, H-X. (2002): Renewable reagentless hydrogen peroxide sensor based on
direct electron transfer of horseradish peroxidase immobilized on colloidal gold-
modified electrode. Analytical Biochemistry 307: 110–116.
Apetrei, I.M.; Tutunaru, D.; Rodriguez-Mendez, M.L.(2012): Electrochemical determination
of catechin in pharmaceutical dosage forms. Analele Universitat. ―Dunareade Jos‖
Galati Medicina Fascicula XVII, no 1, 53-58.
Melak, F.; Redi, M.; Tessema, M.; Alemayehu, E. (2013): Electrochemical determination
of catechol in tea samples using anthraquinone modified carbon paste
electrode.Natural Science.Vol.5, No.8, 888-894.
Svorc, L. (2013): Determination of Caffeine: A Comprehensive Review on Electrochemical
Methods.Review.Int. J. Electrochem. Sci. 8: 5755 – 5773
Zen, J.-M.; Chung, H.-H.; Kumar, A.S. (2002): Anal. Chem.74:1202-1206.
Lin, H.; Gan, T.; Wu, K. (2009): J. food chem; Elsevier: Wuham, China. 113: 701-704.
Aziz, Md.A.; Selvaraju, T.; Yang, H. (2007). Electroanalysis, 19, No. 14,1543-1546.
Sun, Y.-G.; Cui, H.;.Li, Y.-H.; Lin, X.-Q. (2000) Talanta 53: 661-666.
Vedrine, CH.: Fabiano, S.; Tran-Minh, C. (2003): Amperometric tyrosinase based biosensor
using an electrogenerated polythiophene film as an entrapment support. Talanta. 59.
(3): 535-444.
Harvey, D. (2000): Modern Analytical Chemistry. United States of America. ISBN 0-07-
237547-7.