Practical applications of a novel time-resolved luminescence based method

Abstract

ABSTRACT

In this thesis, a novel method to determine a chemical fingerprint for liquids was developed and it’s performance was studied in real world applications. The fingerprints are generated from interactions between the main components of a sample, a lanthanide-based signal source and carefully chosen chemical modulators. The sample admixed with the signal source is brought to contact with several modulators separately. The modulators interact with the signal source and the sample molecules modifying luminescence efficiency of the signal source, an europium chelate. Recorded luminescence signals under multiple chemical conditions form the digital data base for further statistical analysis to produce the fingerprint of the sample in question. The method was applied in the following areas: 1) food product and beverage analysis, 2) on-site monitoring of scale inhibitors in oil and gas production processes and 3) rapid tests for oral cancer. The method performance was better than or identical to those of common FT-IR, HPLC and sensory analysis. The method proved to be extremely versatile, as it can be applied to multiple fields, and novel applications can be easily developed. The technology has been productized, and test kits and instruments have been produced commercially. The fundamental chemistry of the method is robust and well characterized.

KEYWORDS: europium, fingerprinting, lanthanide, multivariate, nonspecific binding, wine, oral cancer. Head and Neck Neoplasms

TIIVISTELMÄ

Tässä opinnäytetyössä kehitettiin uusi menetelmä nestemäisen aineen kemiallisen sormenjäljen määrittämiseksi, ja sen suorituskykyä tutkittiin käytännön sovelluksissa. Sormenjäljet luodaan vuorovaikutuksista näytteessä olevien pääkomponenttimolekyylien, lantaanipohjaisen signaalilähteen ja vaihtelevan modulaattorin välillä. Näyte sekoitetaan signaalilähteen kanssa ja tuodaan kosketuksiin useiden ennalta valittujen kemiallisten modulaattorien kanssa yksi kerallaan. Modulaattorit vuorovaikuttavat signaalilähteen ja näytteen molekyylien ja muuttavat signaalilähteen, tässä tapauksessa europium kompleksin luminesenssin voimakkuutta. Mittaamalla näytteen luminesenssisignaalit useissa eri modulaattorien muodostamissa kemiallisissa ympäristöissä on mahdollista luoda luminesenssi intensiteettien muutoksia kuvaava numeerinen tietue, josta tilastollisten menetelmien avulla voidaan muodostaa näytteen sormenjälki. Menetelmää sovellettiin seuraavilla aloilla: 1) elintarvikkeiden ja juomien analysointi, 2) saostumisenestoaineiden pitoisuuden seurantaan öljy- ja kaasutuotantoprosesseissa ja 3) pikatestinä suusyövälle. Menetelmän suorituskyky oli parempi tai identtinen yleisesti käytettyjen FT-IR, HPLC ja aistinvaraisen analyysin kanssa. Menetelmä osoittautui erittäin monipuoliseksi, sillä sitä voidaan soveltaa useilla eri aloilla, ja uusia sovelluksia voidaan kehittää empiirisesti. Menetelmän peruskemia sen toiminnan kannalta on hyvin tunnettu ja ymmärretty.

AVAINSANAT: europium, sormenjälki, lantaani, monimuuttuja, epäspesifinen sitoutuminen, viini, suusyöpä. Pää- ja kaula-alueen neoplasma