Elettrodi modificati con ciclodestrine per la realizzazione di sensori

This thesis presents the development of a simple and cost-effective electrochemical sensor for the detection of p-nitrophenol (pNF), a common water pollutant. The device is based on carbon screen-printed electrodes (SPEs) modified with a divinyl sulfone-crosslinked β-cyclodextrin (β-CD/DVS) film, aimed at facilitating the capture of the analyte within the cyclodextrin cavities. The modified surface was initially characterized using ferrocenecarboxylic acid (FC) as a reference redox probe. Electrochemical measurements indicate that mass transport to the electrode is diffusion-controlled; furthermore, an analysis of the peak current dependence on the square root of the scan rate reveals a 129% slope increase compared to the unmodified electrode. This behavior suggests a local accumulation of the redox probe at the interface, consistent with host-guest interactions. Experiments with p-nitrophenol at increasing scan rates also demonstrate a significantly enhanced response on the modified substrate (+609% in the reoxidation signal), maintaining a regular diffusion-controlled behavior up to 250 mV/s. This variation likely reflects a favorable interaction between the polymer matrix and the target analyte. Calibration curves across various concentrations exhibited a good linear response (R² = 0.9954) and a 53% higher sensitivity compared to the bare electrode (0.1423 µA/µM vs. 0.0931 µA/µM). Although further characterizations are required to unambiguously determine the relative contribution of inclusion complexes versus possible non-specific adsorption phenomena onto the polymer network, the obtained results indicate that β-CD/DVS functionalization improves the overall sensitivity of the device. This approach represents a promising strategy for the development of low-cost, disposable environmental sensors.

Questo lavoro di tesi descrive la realizzazione di un sensore elettrochimico semplice ed economico per la rilevazione del paranitrofenolo (pNF), un comune inquinante presente nelle acque. Il dispositivo è basato su elettrodi stampati in carbonio (SPE) modificati con un film di β-ciclodestrina (β-CD) reticolata con divinilsolfone (DVS), con l’obiettivo di favorire la cattura dell’analita mediante le cavità della ciclodestrina. La superficie è stata valutata inizialmente con l’acido ferrocenecarbossilico (FC) come sonda di riferimento. Le misure indicano che il trasporto di massa verso l’elettrodo è regolato dalla diffusione; inoltre, analizzando la dipendenza della corrente di picco dalla radice quadrata della velocità di scansione, si osserva un incremento della pendenza del 129% rispetto all’elettrodo non modificato. Tale comportamento suggerisce un possibile accumulo locale della sonda redox all’interfaccia, compatibile con interazioni di tipo host− guest. Anche le prove sul paranitrofenolo a velocità di scansione crescenti mostrano una risposta sensibilmente più intensa sul substrato modificato (+609% sul segnale di riossi- dazione), mantenendo un andamento diffusivo regolare fino a 250 mV/s. Tale variazione parrebbe riflettere un’interazione favorevole tra la matrice polimerica e l’analita target. Le curve di calibrazione a diverse concentrazioni hanno mostrato una buona rispo- sta lineare (R2 = 0.9954) e una sensibilità superiore del 53% rispetto all’elettrodo non funzionalizzato (0.1423 µA/µM contro 0.0931 µA/µM). Sebbene siano necessarie ulteriori caratterizzazioni per chiarire in modo univoco il peso effettivo dei complessi di inclusione rispetto a possibili fenomeni di adsorbimento aspecifico sulla rete polimerica, i risultati ottenuti sembrano indicare che la funzionalizzazione con β-CD/DVS migliora la sensibilità complessiva del dispositivo, costituendo una strategia promettente per sensori ambientali monouso a basso costo.