Document

Multi-emission chemiluminescence systems for analytical applications using lab on a paper platform.

Other titles
تطوير أنظمة تضوء كيميائية انتقائية متعددة الانبعاثات على مختبر في ورقة وإدخالها في تطبيقات تحليلية مختلفة
Publisher
Sultan Qaboos University.
Gregorian
2022
Language
English
English abstract
In this project, different types of carbon-based quantum dots (C-based QDs) were synthesized by simple and green routes using safe precursors. They were utilized to obtain highly sensitive and powerful multi-emission chemiluminescence (CL) systems. Several attempts have been made to reach this goal through the development of three systems: bis(2, 4, 6-trichlorophenyl) oxalate (TCPO)-hydrogen peroxide (H₂O₂) CL system, sulfite (𝑆𝑂3 2−)-acidic permanganate (KMnO4) CL system and polyphosphate (PP)- acidic KMnO4 CL system, each in the presence of a certain type of C-based QDs. These CL reactions were carried out on a small square shaped chromatography paper substrate, prepared by a paper cutting fabrication technique and 3D-printing, ending with the development of a paper-based analytical device coupled with CL detection technique (PAD-CL). Out of the three CL systems, two showed multi-emission peaks with well separated wavelengths. Careful optimization of the instrumental setup and various experimental conditions were exploited in order to obtain the strongest emission and highest sensitivity. Several experimental parameters were thoroughly optimized, including the size of detection paper, the order of injecting the analyte and CL reagents, the concentrations and volumes of various reagents and C-based QDs. The CL behavior of C-based QDs were investigated and the CL mechanism of each developed system was studied to clarify the role of QDs in the development and enhancement of the multi emission CL systems. The analytical application of the developed systems is an important part to complete the picture of the work. In this regards, the established CL systems were tested for different analytical applications. Under optimal experimental conditions, good linear relationships were observed between the studied analyte concentration and the CL intensity of the established CL system. The designed assays are characterized by their low-cost, ease of use, facile but accurate, and high selectivity for the detection of different analytes in various spiked food and environmental samples. Besides, the portability of these probes makes them suitable for on-site screening purposes.
Arabic abstract
تهدف هذه الدراسة إلى تطوير أنظمة تضوء كيميائية متعددة الانبعاثات، انتقائية، وشديدة الحساسية. حيث تم تحفيز تفاعلات التضوء الكيميائي داخل قصاصة صغيرة من ورق الكروماتوغرافيا، وذلك بإضافة نوع خاص من المواد الكيميائية تسمى مواد التضوء. كما تم تحضير مواد مختلفة من النقاط الكمومية القائمة على الكربون والمعروفة بقدرتها العالية على تحفيز التضوء، وإنتاج ضوء عند تفاعلها مع معاملات التضوء المؤكِسدَة، مثل برمنجات البوتاسيوم وبيروكسيد الهيدروجين المستخدمة في هذه الدراسة. وليس كل مادة كيميائية قادرة على تحفيز التضوء وإنتاج ضوء عند تفاعلها مع معاملات التضوء، وهذه تعتبر ميزة لأنه يعطيها انتقائية عالية للمواد المحفزة للضوء. من بين ثلاثة أنظمة مطورة، أظهر اثنان منهم قمما متعددة الانبعاثات عند أطوال موجية مختلفة. حيث تم دراسة آلية انبعاث الضوء لكل الأنظمة وذلك لفهم دور النقاط الكمومية في تطوير وتعزيز الانبعاثات الناتجة من هذا النوع من أنظمة التضوء الكيميائية. والجدير بالذكر، مالحظة تأثير بعض المواد مثل مادة متعدد الفوسفات ومادة الكبريتات على شدة الضوء الناتج من تفاعل النقاط الكمومية مع برمنجات البوتاسيوم، بحيث ينتج التفاعل الكيميائي من هذه المواد ضوء عند طولين موجيين مختلفين. تم تنفيذ هذه التجارب في المختبرات المصغرة أو ما يسمى بمختبر في ورقة، حيث تم تطوير جهاز تحليل ميداني غير مكلف، وصديق للبيئة متعدد االستخدامات، يعتمد على الورق، باستخدام تقنية الطباعة ثلاثية الأبعاد، مدمج مع أنظمة التضوء الكيميائية المطورة. والعطاء هذا العمل طابع الشمولية والكمال، تم اختبار هذه االأنظمة في تطبيقات تحليلية مختلفة. حيث تم دراسة وحساب كميات بعض المواد المتواجدة في مجموعة مختلفة من العينات الغذائية والبيئية، والتي بدورها تقلل من شدة الضوء المنبعث. وباستخدام برنامج رصد الضوء يمكن ربط شدة الضوء الناتج بتركيز هذه المواد في العينة. وتعود أهمية هذه الدراسة الى إمكانية إجراء التحاليل في الموقع على الحدود البرية، والموانئ البحرية، في مدة زمنية قصيرة، وبأقل تكلفة ممكنة؛ نتيجة الستخدام كميات صغيرة من الكواشف والمواد الرخيصة؛ مما يؤدي الى تقليل العبء على المواطن والحكومة.
Category
Theses and Dissertations