Examination of the potential use of the capacitive sensor for determination of sodium in environmental samples

The presented study was done in order to develop an electrochemical sensor for determination of sodium in environmental samples. The basic element of sensor is a gold electrode with a self-assembled monolayer of thiols (SAMs) deposited on its surface. Its principle of operation uses the phenomenon of electrostriction depended on the dielectric capacitances were carried out in the three-electrode system, which connected to the capacity recording device. In the process of preparing a sensor with a stable monolayer of thiols, very important role has the appropriate purity of the surface gold. Taking this into account, the procedure of cleaning electrode was optimized and verifying by roughness factor (Rf).The main elements of the study were the optimization of measurement conditions – selection of the appropriate type and concentration of supporting electrolyte and stabilizer of ionic strength for analyte in the concentration range of 0.099 – 0.909 mmol/L and 0.990 – 9.091 mmol/L. The obtained results were elaborated using a modified calibration method with extrapolation to the firs (or second calibration solution. In addition to the measurements for synthetic samples, the proposed sodium detection method was tested with good results for four mineral waters of varying concentration of analyte and mineral components.

Przedstawione badania wykonano w celu opracowania czujnika elektrochemicznego do oznaczania sodu w próbkach środowiskowych. Podstawowym elementem takiego czujnika jest elektroda złota z naniesioną na jej powierzchni samoorganizującą się monowarstwą tioli (SAMs). Jego zasada działania wykorzystuje zjawisko elektrostrykcji polegające na pomiarach pojemności dielektrycznej w trzyelektrodowym układzie podłączonym do urządzenia rejestrującego pojemność. Kluczową rolę w procesie przygotowania czujnika ze stabilną monowarstwą tioli odgrywa odpowiednia czystość powierzchni złota. Biorąc to pod uwagę, zoptymalizowano procedurę czyszczenia elektrod, weryfikując zastosowane metody poprzez wyznaczenie współczynnika szorstkości (Rf). Optymalizacja warunków pomiarowych, wybór odpowiedniego rodzaju i stężenia elektrolitu podstawowego oraz stabilizatora siły jonowej umożliwiło oznaczenie sodu w zakresie stężeń 0,099 – 0,909 mmol/L oraz 0,990 – 9,091 mmol/L. Uzyskane wyniki opracowywano z zastosowaniem zmodyfikowanej metody kalibracji z ekstrapolacją wyznaczonej zależności liniowej i wielomianowej do pierwszego (lub drugiego) roztworu wzorcowego. Oprócz pomiarów dla próbek syntetycznych, zaproponowaną metodę detekcji sodu przetestowano z powodzeniem dla czterech wód mineralnych o różnym stopniu zawartości sodu i mineralizacji.