کاربرد پوششهای نانوکامپوزیتی و تکنیک نانوبالانس برای طراحی و ساخت حسگرهای برخی از سموم کشاورزی (نظیر متومیل و تلون)

با افزایش جمعیت، نیاز به مواد غذایی بطور روزافزون افزایش می یابد. برای تأمین این نیاز مصرف سموم دفع آفات کشاورزی به صورت فزاینده ای در قرن اخیر رو به گسترش بوده است. استفاده از سموم دفع آفات کشاورزی با وجود از بین بردن آفات محصولات کشاورزی، محیط زیست را به شدت آلوده می کند. غلظت بالای این سموم باعث بیماریهائی همچون آلرژی، تنگی نفس، بیماریهای سیستم عصبی و سرطان در انسان می شود. براساس گزارشات آماری از سراسر جهان تعداد مسمومیت با عوامل آفت کش بیشتر از پانصد هزار مورد در سال و همراه با بیش از بیست هزار مورد مرگ می باشد. در دهه اخیر تمایل روز افزونی به اندازه گیری این آلوده کننده ها در محیط زیست اعم از آب، هوا و خاک وجود داشته است. امروزه تکنیک های مختلفی همچون روش کروماتوگرافی گازی، کالریمتری، حسگرهای نیمه هادی برای تشخیص و اندازه گیری میزان سموم کشاورزی مورد استفاده قرار می گیرند. این روش ها هر چند دارای دقت بسیار بالایی هستند ولی اغلب پر هزینه وقت گیر و غیر قابل جابجایی می باشند. در چنین شرایطی نیاز به تکنیک های ساده، سریع، پایدار و گزینش پذیر برای شناسایی این سموم کاملا احساس می-شود. حسگرهای کوارتز کریستال نانوبالانس (qcn)، حسگرهای جرمی بسیار قدرتمندی هستند که می توانند ترکیبات مختلف را با حساسیت بالا تشخیص و اندازه گیری نمایند. سنسورهای ساخته شده از کریستال های پیزوالکتریک، ضمن ارزان قیمت بودن، توانایی تشخیص و اندازه گیری انواع گونه های آلاینده محیط زیست را در غلظت های پایین دارا می باشند. با توجه به این امر در کار تحقیقاتی حاضر، طراحی و توسعه حسگرهای qcn با گزینش پذیری بالا برای دو سم تلون و متومیل مورد توجه قرار گرفته است. در این مطالعه، برای اندازه گیری تلون دو شیوه مورد بررسی قرار گرفت. در اولین شیوه، با استفاده از پوشش سیلیکون ov-25 سنسوری برای تلون طراحی و ساخته شد. نتایج نشان داد که بین تغییرات فرکانس کریستال و غلظت گونه در سل رابطه خطی بسیار خوبی در محدوه غلظتی mg l-148-4/2 برای محیط های گازی و در محدوه غلظتی mg l-160-5 برای محیط های آبی وجود دارد. برای بررسی گزینش پذیری و نیز شناسایی ترکیبات هالوژن دار با استفاده از حسگر qcn اصلاح شده با پوشش سیلیکون ov-25 از تکنیک تجزیه مولفه های اصلی استفاده شد. نتایج نشان داد که با استفاده از پنجره های زمانی سیستم طراحی شده قادر است تا سموم تلون، متیل بروماید، اندوسولفان و کوریل را از هم تشخیص دهد و شناسایی نماید. در روش دوم با استفاده از مونومر اکریلیک اسید پلیمرهای قالب مولکولی(mip) گزینش پذیری برای تلون سنتز شد. نمودار کالیبراسیون نشان داد که در محدوده mg l-1 36-4/2 پاسخ سنسور به افزایش غلظت تلون در محیط های گازی خطی می باشد و در محیط های آبی این محدوده mg l-1 40-1 می باشد. نتایج نشان داد که پلیمر قالب مولکولی تهیه شده حساسیت پایینی برای اندازه گیری تلون در محیط های مایع دارا می باشد، لذا با استفاده از نانو ذرات سیلیس حساسیت سنسور طراحی شده برای تلون بهبود داده شد. نتایج نشان داد که با استفاده از نانو ذرات سیلیس حساسیت پوشش از 52/3 برای پوشش mip به 96/4 در پوشش mip-sio2 افزایش می یابد. برای اندازه گیری متومیل نبز از پوشش های پلیمری قالب مولکولی سنتز شده با استفاده از مونومر اکریلیک اسید استفاده شد. محدوده خطی پاسخ سل mg l-1 45-1 بدست آمد.حساسیت بدست آمده برای سنسور طراحی شده 56/4 می باشد. حساسیت سنسور طراحی شده برای متومیل با استفاده از نانو تیوب بهبود داده شد. مقایسه جذب پوشش mwcnts/mip با پوشش mip نشان داد که پوششmwcnts/mip جذب بالاتری را نشان می دهد. نتایج بدست آمده نشان داد که با استفاده از پلیمرهای قالب مولکولی بعنوان پوشش روی کریستال می توان به حسگرهایی با حساسیت و انتخابگری بالا دست یافت. برای تعیین کارائی سنسور طراحی شده، اندازه گیری غلظت متومیل در محیط های آبی طی فرآیند حذف فتوکاتالیتیکی بوسیله دو روش uv-vis اسپکتروسکوپی و qcn مورد مطالعه قرار گرفت. با استفاده از t تست مقدار|t| برابر 82/2 محاسبه شد. این مقدار پایین تر از مقدار بحرانی 14/3 t6 = در سطح اطمینان 98% می باشد بنابراین دو روش اختلاف معنی داری را در اندازه گیری با هم نشان نمی دهند و نتایج بدست آمده از هر دو روش توافق خوبی را با هم دارند.