بخشی از مقاله
چکیده:
در این پروژه سنسور اندازهگیری هیدروژن پراکسید با استفاده از الکترود کربن شیشهای اصلاح شده با نانولولههای کربنی چنددیواره و راکتیو بلو طراحی و شرایط بهینه برای ساخت این سنسور مورد مطالعه قرار گرفته است. نتایج حاصل نشان میدهند که پتانسیل کاهش هیدروژن پراکسید در سطح الکترود کربن شیشهای اصلاح شده با نانولولههای کربنی چند دیواره و راکتیو بلو به ترتیب نسبت به کاهش این ترکیب در سطح الکترود کربن شیشهای اصلاح شده با نانولولههای کربنی چنددیواره و الکترود اصلاح شده با راکتیو بلو برابر 216 mV و 6 mV کاهش یافته است. ضریب انتشار - D - هیدروژن پراکسید با استفاده از روش کرونوآمپرومتری برابر 2/34 × 10-6 cm2 s-1 به دست آمد.
از طرفی دو محدوده خطی مناسب - 14/98 - 84/28ʽM و - 84/28 - 258/16 ʽM برای اندازهگیری هیدروژن پراکسید با روش ولتامتری پالس تفاضلی تشخیص داده شد. حد تشخیص روش برای اندازهگیری هیدروژن پراکسید، 3/8 ʽM به دست آمد. همچنین مقدار جریان متوسط و دقت برحسب انحراف استاندارد نیز محاسبه گردید. در نهایت، کارایی الکترود پیشنهادی برای تعیین مقدار هیدروژن پراکسید در نمونههای آب شهر و آب چاه مورد بررسی قرار گرفت.
مقدمه:
هیدروژن پراکسید یک محصول جانبی از واکنش هایی است که توسط تعداد زیادی از آنزیم های اکسیداز کاتالیز می شود .[1] این ماده از میان سایر مواد، برای کاربردهای پزشکی، شیمیایی، بیولوژیکی و همچنین در تولید مواد غذایی، سفیدگری گونه های مختلف و استریلیزه نمودن ضروری تر است. علاوه بر این هیدروژن پراکسید و مشتق های آن عوامل اکسید کننده قوی بوده و این ویژگی موجب می شود که بتوان آن ها را در کاربردهای وسیعی در تهیه برخی ترکیبات آلی مشاهده کرد .[2] همچنین هیدروژن پراکسید به صورت وسیعی در صنایع غذایی جهت استریل کردن وسایل مربوط به مخلوط کردن، انتقال، بطری کردن و بسته بندی به کار برده می شود.
در طی استریلیزه نمودن، هیدروژن پراکسید ممکن است در ترکیب با سطح بطری و بسته ها قرار گرفته و در نتیجه یک فرآیند اضافی نیاز است تا بقایای هیدروژن پراکسید را حذف یا آن را تجزیه نماید .[3] علاوه بر این، هیدروژن پراکسید به علت ویژگی های اسپورکش و باکتری کش به صورت وسیعی جهت محافظت از شیر خام به کار برده می شود .[4] همچنین از هیدروژن پراکسید اغلب به عنوان یک پایدار کننده در غلظت های از پیش تعیین شده در برخی کشورهای اروپایی و آمریکایی، به ویژه در برخی روش های آماده سازی پنیرهای سخت به عنوان روشی جهت پاستوریزه نمودن استفاده می شود. معمولا استریلیزه کردن کافی در غلظت 0/1% هیدروژن پراکسید به دست می آید.
[2] در مجموع مقادیر بیش از حد هیدروژن پراکسید می تواند اثرات مخربی بر ارزش تغذیه ای شیر گذاشته مانند تجزیه فولیک اسید که یک ویتامین ضروری برای بدن انسان است .[5] علاوه بر این، غلظت بالای هیدروژن پراکسید برای پوست مضر بوده و بر سلامت انسان اثر می گذارد .[6] بنابراین تعیین هیدروژن پراکسید در صنایع غذایی، تجزیه های زیست محیطی، پزشکی و داروسازی از اهمیت بالایی برخوردار است. روش های زیادی مانند اسپکتروفتومتری، تجزیه حجمی و لومینسانس شیمیایی برای تعیین هیدروژن پراکسید به کار رفته [7-9] که معمولا وقت گیر می باشند. همچنین این تکنیک ها دارای عوامل مزاحم زیادی بوده [10] و کاربری دشواری دارند.
از طرفی این روش ها به دلیل سختی جهت کسب راه حل های روشن برای تجزیه نمونه های واقعی، در اندازه گیری هیدروژن پراکسید در نمونه های غذایی و بیولوژیکی اعتبار کافی ندارند. یکی دیگر از روش هایی که برای اندازه گیری هیدروژن پراکسید مورد استفاده قرار می گیرد، روش های الکتروشیمیایی است. روش های الکتروشیمیایی [11] به دلیل مزایای آن ها در سهولت آماده سازی، تعیین سریع، مصرف پایین گونه تجزیه ای، انتخاب پذیری مناسب و حساسیت بالا می توانند مشکلات فوق را در تعیین هیدروژن پراکسید جبران کنند 12]،.[13 این روش ها راهکارهای امید بخشی برای اندازه گیری علمی، اقتصادی و سریع هیدروژن پراکسید را در اختیار می گذارند.
فناوری نانو به سه سطح قابل تقسیم است: مواد، ابزارها و سیستم ها. موادی که در سطح نانو در این فناوری به کار می رود، را نانو مواد می گویند. این مواد بهدلیل خواص مکانیکی، الکترونیکی و ساختاری بینظیرشان مورد توجه بسیاری قرار گرفتهاند.مساحت سطحی زیاد نانومواد، عاملی کلیدی در کارکرد کاتالیزوها و ساختارهایی همچون الکترودها می باشد. به عنوان مثال با استفاده از این خاصیت می توان کارایی کاتالیزورهای شیمیایی را به نحو مؤثری بهبود بخشید و یا در تولید نانوکامپوزیت ها با استفاده از این مواد، پیوندهای شیمیایی مستحکم تری بین ماده زمینه و ذرات برقرار شده و استحکام آن به شدت افزایش می یابد. علاوه بر این، افزایش سطح ذرات، فشار سطحی را کاهش داده و منجر به تغییر فاصله بین ذرات یا فاصله بین اتم های ذرات می شود.
تغییر در فاصله بین اتم های ذرات و نسبت سطح به حجم بالا در نانوذرات، تأثیر متقابلی در خواص ماده دارد.به همین دلیل در چند سال اخیر الکترودهای اصلاحشده با نانومواد گوناگون بهطور گسترده برای اهداف الکتروتجزیهای مانند توسعه بیوسنسورها استفاده شدهاند. از میان نانوذرات متعدد، نانوذرات نقره به دلیل خواص بینظیرشان ازجمله: هدایت الکتریکی خوب، فعالیت کاتالیتیکی بالا و سازشپذیری زیستی استفاده زیادی در ساخت سنسورها و بیوسنسورهای الکتروشیمیایی دارند.
از طرف دیگر بررسی رفتار الکتروشیمیایی و تعیین مشخصههای واکنش الکترودی ترکیبات مختلف این امکان را فراهم مینماید تا بتوان بعضی از خواص آنها را ارزیابی و امکان کاربرد آنها را در موارد مختلف پیشبینی نمود اکسایش و کاهش مستقیم در هیدروژن پراکسید در الکترودهای جامد متداول فرآیند آهسته ای است که نیازمند پتانسیل بیش از حد بوده و سد مهمی برای تعیین هیدروژن پراکسید ایجاد می نماید .[14] یک روش مناسب برای غلبه بر این مشکل، اصلاح الکترود برهنه با گونه های الکترو فعال مناسب است که می تواند پتانسیل بیش از حد را برای کاهش هیدروژن پراکسید کاهش دهد 16]،.[15 به همین منظور الکترودهای اصلاح شده مختلفی برای اندازه گیری هیدروژن پراکسید ساخته شده اند.
به دلیل اهمیت اندازه گیری هیدروژن پراکسید، تاکنون در این زمینه کارهای پژوهشی زیادی صورت گرفته است. از جمله ان ها می توان به موارد زیر اشاره نمود: پینگ و همکارانش از حسگر اصلاح شده با پروسین بلو به روش آمپرومتری برای اندازه گیری هیدروژن پراکسید در شیر استفاده و مشاهده کردند حسگر ساخته شده در این تحقیق قابلیت الکتروکاتالیستی مناسب برای احیا هیدروژن پراکسید را دارا می باشد. همچنین بر اساس گزارش ایشان حسگرهای بر پایه پروسین بلو در مقایسه با حسگرهای متداول هیدروژن پراکسید بر پایه آنزیمی دارای برخی مزایا مانند پایداری طولانی مدت و هزینه کم می باشند .
