ساخت حسگرهای گازی آرایه ای بر اساس نشاندن الکتروشیمیایی پلیمرهای هادی با ساختار نانو

در این رساله سنتز پلی پیرول به روش الکتروشیمیایی با تکنیک جریان ثابت و پتانسیل ثابت در حضور آنیون دوپان های مختلف صورت گرفته است. در این روش پوشش دهی بر روی بستر فلزی و در فاصله میان الکترد های اینتردیجیت به صورت همزمان با سنتز صورت می گیرد (یک مرحله ای). از محدودیت های این روش این است که سنتز در فاصله میان الکترد های اینتردیجیت فقط می تواند در روش جریان ثابت و در محیط غیر آبی استونیتریل پوشش دهی شود. برای استفاده از دیگر روش های الکتروشیمیایی و تغییر شرایط سنتز می توان ابتدا پلیمر هادی را بر روی سطح فلزی مناسب مثل طلا یا پلاتین سنتز کرد و پس از جدا کردن پلیمر از سطح ، آن را بر روی سطح اینتردیجیت مورد نظر به روش دیگری پوشش داد (دو مرحله ای). در چنین حالتی، متغیر های پوشش دهی می باید جدا از روش سنتز بهینه گردد تا دارای فیلم های پلیمری با چسبندگی، یکنواختی و تکرار پذیری مناسب در سطح مورد نظر را داشته باشیم. در روش دو مرحله ای پس از تهیه پلیمر به روش الکتروشیمیایی و جدا کردن آن، از پلی وینیل کلراید، سیانو اکریلات و نیوژل برای پوشش دهی استفاده شد. رفتار حسگری پلیمرهای پوشش داده شده بر روی اینتردیجیت ها در حضور نمونه های گازی با استفاده از یک دستگاه کروماتوگرافی گازی مجهز به ترموستات دمایی (برای محل تزریق و آشکارساز) بررسی گردید. حسگرهای تهیه شده در محل آشکارساز دستگاه کروماتوگرافی گازی نصب گردید و به دو صورت استفاده از فضای فوقانی محلول و تزریق مستقیم نمونه های رقیق شده، نمونه به حسگر معرفی شد. تغییرات مقاومت الکتریکی پلیمر برای بررسی خواص حسگری نسبت به الکل ها، آمین ها و دیگر حلال های آلی فرار مورد بررسی قرار گرفت. برای حسگرهای تهیه شده بر اساس روش دومرحله ای رفتار حسگری مناسبی به دست نیامد (نویز زمینه بالا، حساسیت پایین ، عمر کم). در روش یک مرحله ای اثر نوع آنیون دوپان و دانسیته جریان بر روی مورفولوژی، مقاومت الکتریکی اولیه، انتخاب گری و حساسیت حسگر های تهیه شده بر اساس پلی پیرول در روش سنتز الکتروشیمیایی- جریان ثابت در استونیتریل بررسی گردید. همچنین اثر دمای آشکارسازی نیز بر روی انتخاب گری و حساسیت حسگرها مطالعه شد. حسگر تهیه شده با آنیون دوپان پرکلرات نسبت به متانول دارای حساسیت بالاتری بود. حد تشخیص آن 2/0 میکروگرم، گستره خطی در محدوده 27-1 میکروگرم و درصد انحراف استاندارد نسبی آن کمتر از 3 درصد به دست آمد. در بررسی رفتار حسگری پلیمر تهیه شده نسبت به انواع آمین های خطی این حسگر به بوتیل آمین دارای حساسیت بیشتری نسبت به دی بوتیل آمین و تری بوتیل آمین داشت. حد تشخیص 2 میکروگرم و گستره خطی آن در محدوده 340-10 میکروگرم بود. در ادامه بمنظور امکان استفاده ازدیگر روشهای الکتروشیمیایی (ولتامتری چرخه ای و پتانسیل ثابت) در تهیه پلیمرهای هادی بین فاصله میان الکتردی و بر روی سطح اینتردیجیت، از حضور fe(ii)به عنوان کاتالیست در محلول آبی استفاده گردید. سنتز و پوشش دهی در این روش بصورت یک مرحله ای می باشد. اثر نوع آنیون دوپان های مختلف و روش الکتروشیمیایی در تغییر رفتار حسگری پلیمرها نسبت به گازهای مختلف بررسی گردید. ساختار پلیمرهای سنتز شده در تمام روش های تهیه یک مرحله ای، با استفاده از تکنیک ft-ir و میکروسکوپ الکترونی روبشی (sem) مورد مطالعه و بررسی قرار گرفت. نتایج نشان داد که در سنتز ولتامتری چرخه ای در حلال آب مورفولوژی متراکم تری برای پلیمر نسبت به روش سنتز در پتانسیل ثابت را نتیجه می دهد. این امر سبب کاهش حساسیت برای حسگرهای تهیه شده در روش ولتامتری می شود. از حسگر های تهیه شده با آنیون های مختلف به روش پتانسیل ثابت در حضور کاتالیست (ppy-clo4ppy-pts, ppy-cl, ppy-tca, ppy-ds ,ppy-dbs,) به عنوان عناصر یک سیستم آرایه ای برای اندازه گیری هم زمان الکل های آلیفاتیک در فاز گازی مورد استفاده قرار گرفت. پاسخ آرایه نسبت به مخلوط الکل های آلیفاتیک در گستره خطی آنالیز و ثابت های و ضرایب پاسخ هر یک از عناصر آرایه نسبت به هر یک از الکل ها در مخلوط با استفاده از matlab 2012 بدست آمد. از آرایه تهیه شده برای آنالیز نمونه های مخلوط چهار الکل متانول، اتانول، پروپانول و ایزو پروپانول بدون استفاده از روش های جداسازی به کار گرفته شد. نتایج مقادیر محاسبه شده با مقادیر واقعی نمونه های تزریق شده برای هر جزء در نمونه های مخلوط با ترکیب درصدهای متفاوت تطابق خوبی داشت. حداکثر خطای نسبی کمتر از 10 درصد و متوسط خطای نسبی کل معادل 3 درصد بدست آمد. به عنوان کابرد تجزیه ای از ppy-clo4 به عنوان حسگرگازی انتخابی به متانول، برای آنالیز بیودیزل استفاده گردید. نتایج مقادیر اندازه گیری شده با حسگر گازی با نتایج به دست آمده با روش gc/ms توافق خوبی را نشان داد و خطای اندازه گیری با حسگر نسبت به مقادیر بدست آمده با روش gc/ms کمتر از 8 درصد بود.