طراحی و ساخت حسگرهای الکتروشیمیایی در محیط های آبی و ناآبی

حسگرهای الکتروشیمیایی در شاخه های مختلف صنعت، دارویی، محیط زیست، بررسی های متابولیسم و کنترل فرآیندهای بیولوژیکی به طور وسیع مورد استفاده قرار می گیرند. در مقایسه با روش های اسپکترومتری (,ftir uv–vis) ، جرمی (ms) و کروماتوگرافی (gc, hplc) ، حسگرهای الکتروشیمیایی از نظر دستگاهی بسیار ساده می باشند. نشانه ها به طور مستقیم ایجاد شده و اطلاعات را در زمان واقعی بدست می دهند. بنابراین این ابزارها بسیار مناسب در زمینه های مختلف می باشند. از طرف دیگر پارامترهایی چون دقت و حد تشخیص در این روش ها بهتر از سایر روش های دستگاهی است. در این پروژه تحقیقاتی ساخت و کاربرد چندین حسگر پتانسیومتری و ولتامتری بررسی شده است. ? از انجا که یونوفر مهم ترین جزء غشاء بوده و اندرکنش بین یونوفر و آنالیت روی پاسخ حسگر نقش بسزایی دارد، در قسمت اول این پروژه، کمپلکسه شدن کاتیون لانتانیم با لیگاندهای درشت حلقوی بنزو-15-کرون-5 و فنیل آزا-15-کرون-5 در مخلوط های دوتایی استونیتریل/دی متیل فرمامید، استونیتریل/دی متیل سولفوکسید، استونیتریل/دی کلرواتان و استونیتریل/کلروفرم در دماهای مختلف مورد بررسی قرار گرفته است. ثابت پایداری کمپلکس ها با استفاده از برنامه کامپیوتری genplotتعیین شده است. مقایسه داده ها نشان می دهد که ترتیب پایداری کمپلکس های(b15c5.la)+3 و (pha15c5.la)+3به صورت an–1,2dce > an–chcl3 > an-dmf > an–dmso می باشد که با عدد دهندگی حلال ها و توانایی حلال پوشی گونه ها در توافق است. رفتار غیر خطی مشاهده شده برای تغییرات ثابت پایداری کمپلکس ها نسبت به ترکیب مخلوط حلال ها به اندرکنش های حلال- حلال در مخلوطهای دو جزئی آنها و تغییر در خواص فیزیکی و شیمیایی حلال ها و در نتیجه تغییر در عدد حلال پوشی کاتیون ، لیگاند و حتی کمپلکس های تشکیل شده نسبت داده می شود. مقادیر تغییرات آنتالپی (?h?c) برای واکنش های تشکیل کمپلکس از شیب نمودارهای وانتهف و تغییرات آنتروپی استاندارد (?s?c) با استفاده از رابطه ?s?c ?g?c,298.15=?h?c-298.15 تعیین شدند . نتایج بدست آمده نشان می دهد که ترمودینامیک واکنش های تشکیل کمپلکس تحت تاثیر ماهیت و ترکیب مخلوط حلال ها قرار می گیرد . ? در فصل دوم پروژه، طراحی و ساخت چندین حسگر پتانسیومتری در محیط های آبی و ناآبی بررسی شده است. ? در بخش اول، ساخت الکترود دیسک گرافیت حساس به لانتانیم مبتنی بر بنزو-15-کرون-5 توصیف شده است. پس از بهینه سازی شرایط الکترود در دامنه خطی 7- 10 00/5 تا 2- 10 00/1 مولار شیب نرنستی 3/0±5/19 و حد تشخیص 7-10 × 78/4 مولار به دست داد. الکترود به عنوان الکترود شناساگر در تیتراسیون پتانسیومتری یون فلورید و همچنین برای تعیین یون فلورید در نمونه های دهان شویه، آب شهر و خمیر دندان مورد استفاده قرار گرفت. ? در بخش دوم، الکترود ایتریم گزین مبتنی بر لیگاند سنتزی جدید 2،9-دی هیدروکسی-1،10-دی فنوکسی-4،7-دی تیا دکان طراحی شده است. حسگر در دامنه خطی 1- 10 00/1 تا 9- 10 00/1 مولار شیب نرنستی 3/0±4/20 و حد تشخیص 10-10 × 0/8 مولار به دست داد. الکترود به عنوان الکترود شناساگر در تیتراسیون پتانسیومتری یون فلورید و همچنین برای تعیین یون فلورید در نمونه های آب شهر و خمیر دندان مورد استفاده قرار گرفت. ? در بخش سوم، الکترود حساس به لانتانیم در استونیتریل با استفاده از بنزو-15-کرون-5 که با پلیمریزه نمودن پیرول در سطح الکترود و به دام انداختن یونوفر در شبکه پلیمری تثبیت شده، ساخته شده است. این حسگر پتانسیومتری در دامنه خطی 1- 10 00/1 تا 4- 10 00/1 مولار شیب نرنستی 5/19 را در استونیتریل به دست داد. از این الکترود در تعیین ثابت تشکیل کمپلکس مرحله ای کاتیون لانتانیم با مولکول های حلال های دی متیل فرمامید، دی متیل سولفوکسید، پروپیلن کربنات و دی اتیل آنیلین و همچنین انرژی گیبس انتقال این یون از استونیتریل به حلال های مذکور استفاده شد. از این الکترود به عنوان الکترود شناساگر در تیتراسیون پتانسیومتری یون لانتانیم با بنزو-15-کرون-5 در استونیتریل استفاده شد. ? در بخش چهارم، الکترود حساس به تربیم در استونیتریل با استفاده از دی بنزو-18-کرون-6 که با پلیمریزه نمودن پیرول در سطح الکترود و به دام انداختن یونوفر در شبکه پلیمری تثبیت شده، ساخته شده است. این حسگر پتانسیومتری در دامنه خطی 2- 10 00/1 تا 5- 10 00/1 مولار شیب نرنستی 9/20 را در استونیتریل به دست داد. از این الکترود در تعیین ثابت تشکیل کمپلکس مرحله ای کاتیون لانتانیم با مولکول های حلال های آلی و همچنین انرژی گیبس انتقال این یون از استونیتریل به دیگر حلال ها استفاده شد. از این الکترود به عنوان الکترود شناساگر در تیتراسیون پتانسیومتری یون تربیم با دی بنزو-18-کرون-6 در استونیتریل استفاده شد. ? در فصل سوم پروژه، طراحی و ساخت دو حسگر ولتامتری مورد بررسی قرار گرفته است. ? در بخش اول، الکترود خمیر کربنی حساس به پارانیتروآنیلین مبتنی بر لیگاند سنتزی 6،7،9،10،17،18،19،20،21،22-دکاهیدرودی بنزو ] [h,r]1،4،7،11،15[ تری اکسادیازا سیکلو نانو دکین - 16،23 دیون و نانو ذره نقره ساخته شده است. تحت شرایط بهینه الکترود مورد نظر دامنه خطی 4- 10 00/1 تا 6- 10 00/1 مولار را بدست داد. از الکترود مذکور برای تعیین پارانیتروآنیلین در نمونه آب استفاده شد. ? در بخش دوم، با استفاده از بافت موز که توسط پلیمر پلی پیرول بر روی سطح الکترود گرافیت تثبیت شده، زیست حسگر حساس به سالیسیلیک اسید ساخته شده است. این زیست حسگر فعالیت کاتالیتیکی بالا در مقابل اکسایش سالیسیلیک اسید نشان می دهد. با استفاده از تکنیک ولتامتری دیفرانسیلی تفاضلی، دامنه خطی 4- 10 00/1 تا 6- 10 00/1 مولار و حد تشخیص8-10 × 9/8 برای حسگر به دست آمد. از روش کرنوآمپرومتری ضریب نفوذ 6-10 × 46/6 برای سالیسیلیک اسید تعیین شد. از زیست حسگر ساخته شده برای تعیین سالیسیلیک اسید در نمونه های پلاسما و شیر استفاده شد.