4.6.2021

Tohtorinväitös analyyttisen kemian alalta

MSc (Tech.) Tingting Hanin väitöskirja analyyttisen kemian alalta esitetään julkisesti tarkastettavaksi Åbo Akademin luonnontieteiden ja tekniikan tiedekunnassa perjantaina 11.6.2021.

Väitöskirjan otsikkona on Coulometric transduction method for solid-contact ion-selective electrodes.

Ioniselektiiviset elektrodit (ISE) ovat houkuttelevia työvälineitä kemialliseen analytiikkaan, jossa niillä on elintärkeä rooli esimerkiksi henkilökohtaisessa terveydenhuollossa ja ympäristön seurannassa.

ISE:t kuuluvat sähkökemiallisiin antureihin ja niitä on käytetty potentiometrisina ioniantureina 1900-luvun alusta lähtien. Tarkkojen, kustannustehokkaiden ja nopeiden ionianturien selektiivinen vaste on riippuvainen liuoksessa olevien ionien aktiivisuudesta. Nernstin yhtälön mukaan mitattu potentiaali on verrannollinen ioniaktiviteetin logaritmiin, joten ioniselektiiviset elektrodit pystyvät havaitsemaan ioneja hyvin laajalla pitoisuusalueella. Tämä on yksi ISE:n merkittävä etu analyysitekniikkana.

Potentiometrian analyysiherkkyys kärsii kuitenkin vasteen logaritmisestä luonteesta. Nernstin yhtälön mukaan esimerkiksi 1 mV:n jännite-ero edellyttää ioniaktiivisuuden muuttuvan 4 % monovalenttisen ionin ja 8 % divalenttisen ionin ollessa kyseessä. Kasvava kysyntä kliinisissä sovelluksissa, rikostutkimuksissa ja ympäristöanalyysissä edellyttää erittäin herkkien in situ-, kannettavien ja selektiivisten antureiden kehittämistä. Tämä koskee erityisesti kliinisiä mittauksia, joissa esiintyvien pitoisuuksien erot ovat hyvin pieniä.

Viimeisen 30 vuoden aikana alalla on kehitetty kestäviä kiinteäkontaktisia ioniselektiivisiä elektrodeja. Professori Johan Bobackan ryhmässä Åbo Akademissa on tehty uraauurtavaa työtä kiinteäkontaktisten ioniselektiivisten elektrodien (SCISE) parissa ja esitelty uusi kulometrinen signaalinlukumenetelmä. Tämän väitöstyön tarkoitus on syventää ymmärrystä SCISE:n kulometrisestä signaalinmuuntomenetelmästä. Esitetyssä kulometrisessä transduktiomenetelmässä analyysisignaalina käytetään kumulatiivista sähkövarausta perinteisen SCISE:n ja vertailuelektrodin välisen potentiaalieron mittaamisen sijaan. Kumuloituva sähkövaraus on lineaarisesti verrannollinen primaarisen ionin aktiivisuuden logaritmiin ja käänteisesti verrannollinen mitattavan ionin varaukseen. Kationiselektiivisiä SCISE-antureita (K⁺, H⁺, Pb²⁺ ja Ca²⁺) ja anioniherkkiä SCISE-antureita (Cl^–, NO^3-, ClO^4- ja SO₄^2-) tutkittiin kulometrisellä menetelmällä. Tässä väitöstyössä osoitetaan, että SCISE:n amperometristä ja kulometristä vastetta voidaan parantaa kasvattamalla SCISE:n pinta-alaa ja käyttämällä spin-pinnoitettua ohutta kalvoa johdepolymeeristä tehdyn kiinteän kontaktin päällä. Paksumpi johdepolymeerikalvo kiinteänä kontaktina, eli sen suurempi redox-kapasitanssi, johtaa kumuloidun varauksen kasvamiseen vasteajan pidentymisen hinnalla. Optimoiduissa olosuhteissa kulometrisen menetelmän suuri herkkyys K⁺-selektiiviselle SCISE:lle mahdollisti 5 µM:n pitoisuuden muutoksen havaitsemisen liuoksessa, jonka alkuperäinen pitoisuus oli 5 mM, eli jopa 0,1 % aktiivisuuden muutos oli havaittavissa, mikä on haastavaa perinteisellä potentiometrisellä menetelmällä.

Kulometrisen vasteen teoreettinen mallinnus tehtiin Cl-herkällä SCISE:llä. Kulometristä menetelmää käytettiin myös meriveden pH:n muutosten ja K⁺ ionien pitoisuuden muutosten havaitsemiseksi kontrolliseeruminäytteissä. Tässä työssä esitetyt tulokset osoittavat, että kulometrinen transduktiomenetelmä soveltuu pienten ioniaktiviteettien muutoksien määrittämiseen SCISE:n avulla.

Tingting Han väittelee tohtoriksi Åbo Akademissa perjantaina 11. kesäkuuta 2021 klo 12. Vastaväittäjänä toimii professori Agata Michalska, Varsovan yliopisto, Puola ja kustoksena professori Johan Bobacka, Åbo Akademi.

Yleisö on tervetullut seuraamaan väitöstilaisuutta etänä tämän linkin kautta. Käytännön ohjeet alla.

Tingting Han on syntynyt 30.3.1985 Jiningissä, Kiinassa. Hän suoritti ylioppilastutkinnon 2002 Shengze Chinese-English High Schoolissa ja kemiantekniikan kandidaattitutkinnon 2006 Qilu University of Technologyssä, Kiinassa.

Tingting Han on tavoitettavissa puhelimitse numerosta +358 44 329 3306 ja sähköpostitse osoitteesta tingting.han@abo.fi.

Väitös on sähköisessä muodossa Doriassa.

Klikkaamalla kuvaa saat ladattua painokelpoisen kuvan väittelijästä. Kuva on tiedotusvälineiden vapaasti käytettävissä.

Käytännön ohjeet tohtorinväitöstilaisuuden seuraamiseksi etänä

Jotta voisit seurata tohtorinväitöstilaisuutta etänä, tarvitset ohjelman nimeltä Zoom tai Google Chrome -selaimen. Sinun ei tarvitse luoda Zoom-tiliä voidaksesi seurata väitöstilaisuutta. Jos asennat Zoom-sovelluksen tulee sinun napauttaa tapahtuman linkkiä (yllä) ja hyväksyä, että Zoom avaa linkin.

Tilaisuuden lopussa yleisö saa mahdollisuuden esittää kysymyksiä. Jos sinulla on kysymys, ilmoita siitä käyttämällä ”Raise Hand” -toimintoa. Valmistaudu etukäteen: varmista, että tietokoneessasi on mikrofoni, tai muotoile kysymys valmiiksi tekstitiedostoon, josta sitten voit kopioida sen Zoomin keskusteluosioon kun saat luvan kysymyksen esittämiseen.