Оцінка швидкості фотокаталітичної деградації за допомогою смартфону
DOI:
https://doi.org/10.15330/pcss.21.4.727-736Ключові слова:
смартфон, родамін В, фотокаталізатор, світлодіод, фотодеградаціяАнотація
Представлено простий метод перевірки активності фотокаталізатора. Фотокаталітичну деградацію модельного барвника вимірювали за допомогою смартфона. Зміни кольору реєстрували безпосередньо в мікрофотореакторі. Модельний барвник Родамін В розкладався під дією ультрафіолетового опромінення (365 нм). Досліджено вплив концентрації H2O2 та маси фотокаталізатора діоксиду титану на фотокаталітичну деградацію родаміну Б. Серед трьох колірних систем, RGB, CIE L*a*b* та HSV, перша виявилася найбільш придатною для визначення барвника. Контрольні вимірювання проводили за допомогою UV-Vis спектрофотометра. Випробувано два смартфони та два планшети з різною роздільною здатністю камери. Найкраща калібрувальна крива була отримана за допомогою смартфона Samsung Galaxy A6 з 16-мегапіксельною камерою. Встановлено, що між концентраціями виміряними смартфоном та спектрофотометром, немає суттєвих відмінностей. Значення відносного середньоквадратичного відхилення вимірювань на смартфоні становить менше 0,5%. Отже, запропонований метод швидкої оцінки активності фотокаталізатора може бути використаний для контролю реакцій фотоокислення.
Посилання
S. Srivastava, S. Vaddadi, S. Sadistap, Smartphone-based System for water quality analysis, Appl. Water Sci. 8 (2018). doi:10.1007/s13201-018-0780-0.
H. Liu, F. Zhan, F. Liu, M. Zhu, X. Zhou, D. Xing, Visual and sensitive detection of viable pathogenic bacteria by sensing of RNA markers in gold nanoparticles based paper platform, Biosens. Bioelectron. 62 (2014) 38–46. doi:10.1016/j.bios.2014.06.020.
G.H. Chen, W.Y. Chen, Y.C. Yen, C.W. Wang, H.T. Chang, C.F. Chen, Detection of mercury(II) ions using colorimetric gold nanoparticles on paper-based analytical devices, Anal. Chem. 86 (2014) 6843–6849. doi:10.1021/ac5008688.
A.F. João, A.L. Squissato, G.M. Fernandes, R.M. Cardoso, A.D. Batista, R.A.A. Muñoz, Iron (III) determination in bioethanol fuel using a smartphone-based device, Microchem. J. 146 (2019) 1134–1139. doi:10.1016/J.MICROC.2019.02.053.
H. Zhu, U. Sikora, A. Ozcan, Quantum dot enabled detection of Escherichia coli using a cell-phone, Analyst. 137 (2012) 2541–2544. doi:10.1039/c2an35071h.
A. Irhas Robby, S. Gi Kim, U. Han Lee, I. In, G. Lee, S. Young Park, Wireless electrochemical and luminescent detection of bacteria based on surface-coated CsWO3-immobilized fluorescent carbon dots with photothermal ablation of bacteria, Chem. Eng. J. (2020) 126351. doi:10.1016/j.cej.2020.126351.
L. Hou, Y. Qin, J. Li, S. Qin, Y. Huang, T. Lin, L. Guo, F. Ye, S. Zhao, A ratiometric multicolor fluorescence biosensor for visual detection of alkaline phosphatase activity via a smartphone, Biosens. Bioelectron. 143 (2019) 111605. doi:10.1016/j.bios.2019.111605.
J.T.C. Barragan, L.T. Kubota, Minipotentiostat controlled by smartphone on a micropipette: A versatile, portable, agile and accurate tool for electroanalysis, Electrochim. Acta. 341 (2020) 136048. doi:10.1016/j.electacta.2020.136048.
P.S. Liang, T.S. Park, J.Y. Yoon, Rapid and reagentless detection of microbial contamination within meat utilizing a smartphone-based biosensor, Sci. Rep. 4 (2014) 4–11. doi:10.1038/srep05953.
A.F.S. Silva, F.R.P. Rocha, A novel approach to detect milk adulteration based on the determination of protein content by smartphone-based digital image colorimetry, Food Control. 115 (2020) 107299. doi:10.1016/j.foodcont.2020.107299.
G.K. Özdemir, A. Bayram, V. Kiliç, N. Horzum, M.E. Solmaz, Smartphone-based detection of dyes in water for environmental sustainability, Anal. Methods. 9 (2017) 579–585. doi:10.1039/c6ay03073d.
M. Trojanowicz, Modern Chemistry & Applications Mobile-Phone Based Chemical Analysis - Instrumental Innovations and, 5 (2017) 2–5. doi:10.4172/2329-6798.1000.
S. Álvaro, G. Marín, S. Vincent, Á.G. Marín, W. Van Hoeve, P. García-sánchez, N. Convine, A. Rosser-james, M. Tyler, K. Bandoo, L. Warncke, A. Lee, V. Vogel, Lab on a Chip Lab on a Chip, Lab Chip. 15 (2013) 4491–4498. doi:10.1039/c2lc41193h.
R.H. Tang, H. Yang, J.R. Choi, Y. Gong, S.S. Feng, B. Pingguan-Murphy, Q.S. Huang, J.L. Shi, Q.B. Mei, F. Xu, Advances in paper-based sample pretreatment for point-of-care testing, Crit. Rev. Biotechnol. 37 (2017) 411–428. doi:10.3109/07388551.2016.1164664.
T. Tatarchuk, M. Naushad, J. Tomaszewska, P. Kosobucki, M. Myslin, H. Vasylyeva, P. Ścigalski, Adsorption of Sr(II) ions and salicylic acid onto magnetic magnesium-zinc ferrites: isotherms and kinetic studies, Environ. Sci. Pollut. Res. 27 (2020) 26681–26693. doi:10.1007/s11356-020-09043-1.
P. Taylor, M. Naushad, A. Mittal, M. Rathore, V. Gupta, Desalination and Water Treatment Ion-exchange kinetic studies for Cd ( II ), Co ( II ), Cu ( II ), and Pb ( II ) metal ions over a composite cation exchanger, (2014) 37–41. doi:10.1080/19443994.2014.904823.
M. Naushad, Surfactant assisted nano-composite cation exchanger: Development, characterization and applications for the removal of toxic Pb2+ from aqueous medium, Chem. Eng. J. 235 (2014) 100–108. doi:10.1016/j.cej.2013.09.013.
S. Levin, S. Krishnan, S. Rajkumar, N. Halery, P. Balkunde, Monitoring of fluoride in water samples using a smartphone, Sci. Total Environ. 551–552 (2016) 101–107. doi:10.1016/j.scitotenv.2016.01.156.
I. Hussain, K.U. Ahamad, P. Nath, Low-Cost, Robust, and Field Portable Smartphone Platform Photometric Sensor for Fluoride Level Detection in Drinking Water, Anal. Chem. 89 (2017) 767–775. doi:10.1021/acs.analchem.6b03424.
S. Sumriddetchkajorn, K. Chaitavon, Y. Intaravanne, Mobile-platform based colorimeter for monitoring chlorine concentration in water, Sensors Actuators B Chem. 191 (2014) 561–566. doi:10.1016/J.SNB.2013.10.024.
X. Li, B. Liu, Z. Hu, P. Liu, K. Ye, J. Pan, X. Niu, Smartphone-assisted off ─ on photometric determination of phosphate ion based on target-promoted peroxidase-mimetic activity of porous Ce x Zr 1-x O 2, Environ. Res. 189 (2020) 109921. doi:10.1016/j.envres.2020.109921.
W. Xiao, M. Xiao, Q. Fu, S. Yu, H. Shen, H. Bian, Y. Tang, A portable smart-phone readout device for the detection of mercury contamination based on an aptamer-assay nanosensor, Sensors (Switzerland). 16 (2016). doi:10.3390/s16111871.
M. Sargazi, M. Kaykhaii, Application of a smartphone based spectrophotometer for rapid in-field determination of nitrite and chlorine in environmental water samples, Spectrochim. Acta - Part A Mol. Biomol. Spectrosc. 227 (2020) 117672. doi:10.1016/j.saa.2019.117672.
K. Chaisiwamongkhol, S. Labaidae, S. Pon-in, S. Pinsrithong, T. Bunchuay, A. Phonchai, Smartphone-based colorimetric detection using gold nanoparticles of sibutramine in suspected food supplement products, Microchem. J. 158 (2020) 105273. doi:10.1016/j.microc.2020.105273.
J.R. Choi, Z. Liu, J. Hu, R. Tang, Y. Gong, S. Feng, H. Ren, T. Wen, H. Yang, Z. Qu, B. Pingguan-Murphy, F. Xu, Polydimethylsiloxane-Paper Hybrid Lateral Flow Assay for Highly Sensitive Point-of-Care Nucleic Acid Testing, Anal. Chem. 88 (2016) 6254–6264. doi:10.1021/acs.analchem.6b00195.
A. Shahvar, M. Saraji, D. Shamsaei, Smartphone-based on-cell detection in combination with emulsification microextraction for the trace level determination of phenol index, Microchem. J. 154 (2020) 104611. doi:10.1016/j.microc.2020.104611.
M.J.A. Lima, M.K. Sasaki, O.R. Marinho, T.A. Freitas, R.C. Faria, B.F. Reis, F.R.P. Rocha, Spot test for fast determination of hydrogen peroxide as a milk adulterant by smartphone-based digital image colorimetry, Microchem. J. 157 (2020) 105042. doi:10.1016/j.microc.2020.105042.
H. Kim, Y. Jung, I.J. Doh, R.A. Lozano-Mahecha, B. Applegate, E. Bae, Smartphone-based low light detection for bioluminescence application, Sci. Rep. 7 (2017) 1–11. doi:10.1038/srep40203.
N.V. Danyliuk, T.R. Tatarchuk, A.V. Shyichuk, Batch Microreactor for Photocatalytic Reactions Monitoring, Phys. Chem. Solid State. 2 (2020) 338–346. doi:https://doi.org/10.15330/pcss.21.2.338-346.
Z. Shayegan, C.S. Lee, F. Haghighat, Effect of surface fluorination of P25-TiO2 coated on nickel substrate for photocatalytic oxidation of methyl ethyl ketone in indoor environments, J. Environ. Chem. Eng. 7 (2019) 103390. doi:10.1016/j.jece.2019.103390.
H. Colzani, Q.E.A.G. Rodrigues, C. Fogaça, J.L.N. Gelinski, E.R. Pereira-Filho, E.M. Borges, Determinação de fosfato em refrigerantes utilizando um scanner de mesa e análise automatizada de dados: um exemplo didático para ensino de química, Vol. 40, 833-839, (2017) doi:10.21577/0100-4042.20170035.
J.H. Santos Neto, I.S.A. Porto, M.P. Schneider, A.M.P. dos Santos, A.A. Gomes, S.L.C. Ferreira, Speciation analysis based on digital image colorimetry: Iron (II/III) in white wine, Talanta. 194 (2019) 86–89. doi:10.1016/J.Talanta.2018.09.102.
S. Šafranko, P. Živković, A. Stanković, M. Medvidović-Kosanović, A. Széchenyi, S. Jokić, Designing ColorX, Image Processing Software for Colorimetric Determination of Concentration, To Facilitate Students’ Investigation of Analytical Chemistry Concepts Using Digital Imaging Technology, J. Chem. Educ. 96 (2019) 1928–1937. doi:10.1021/acs.jchemed.8b00920.
I.F. Mironyuk, L.M. Soltys, T.R. Tatarchuk, V.I. Tsinurchyn, Ways to Improve the Efficiency of ТіО2-based Photocatalysts (Review), Phys. Chem. Solid State. 21 (2020) 300–311. doi:https://doi.org/10.15330/pcss.21.2.300-311.
T. Tatarchuk, A. Peter, B. Al-Najar, J. Vijaya, M. Bououdina, Photocatalysis: Activity of Nanomaterials, in: C.M. Hussain, A.K. Mishra (Eds.), Nanotechnol. Environ. Sci., Wiley-VCH Verlag GmbH & Co. KGaA, Germany, Weinheim, 2018: pp. 209–292. doi:10.1002/9783527808854.ch8.
R. Chen, X. Zhang, H. Liu, X. Song, Y. Wei, Photodegradation of Rhodamine B in α-FeOOH/oxalate under light irradiation, RSC Adv. 5 (2015) 76548–76555. doi:10.1039/c5ra13586a.
Q. Wang, J. Lian, Q. Ma, Y. Bai, J. Tong, J. Zhong, R. Wang, H. Huang, B. Su, Photodegradation of Rhodamine B over a novel photocatalyst of feather keratin decorated CdS under visible light irradiation, New J. Chem. 39 (2015) 7112–7119. doi:10.1039/c5nj00987a.
L. Zou, X. Shen, Q. Wang, Z. Wang, X. Yang, M. Jing, Improvement of catalytic activity and mechanistic analysis of transition metal ion doped nanoCeO2 by aqueous Rhodamine B degradation, J. Mater. Res. 30 (2015) 2763–2771. doi:10.1557/jmr.2015.263.
A. Alshammari, A. Bagabas, M. Assulami, Photodegradation of rhodamine B over semiconductor supported gold nanoparticles: The effect of semiconductor support identity, Arab. J. Chem. 12 (2019) 1406–1412. doi:10.1016/j.arabjc.2014.11.013.
N. Guo, H. Liu, Y. Fu, J. Hu, Preparation of Fe2O3 nanoparticles doped with In2O3 and photocatalytic degradation property for rhodamine B, Optik (Stuttg). 201 (2019) 163537. doi:10.1016/j.ijleo.2019.163537.
