بخشی از مقاله
چکیده
به جهت اجرایی کردن استراتژی و برنامه های کاربردی، حسگرهای الکتروشیمیایی را برای نظارت زیست محیطی مورد بررسی قرار داده اند. منافع بالقوه و عوامل مهم در طراحی خلاصه شده اند. سیر وقایع در مناطق مهم همراه با نمونه های روشنی مورد توجه قرار گرفته اند و چشم اندازهای آتی مورد ملاحظه قرار گرفته است.در سال های اخیر، افزایش نگرانی در ارتباط با اثرات سمی مواد شیمیایی در محیط زیست وصنایع غذایی منجر به ضرورت نظارت بر سطوح آلاینده در نقاط مختلف در فرآیندهای صنعتی و فرآیندهای بازیافت، در پساب ها و فاضلاب ها، در مناطق صنعتی، کشاورزی و شهری شده است. علاوه بر این، بررسی مستمر آلودگی زیست محیطی در این زمینه نیازمند حسگرهایی است که دارای ویژگی هایی همچون واکنش سریع ، سبک وقابل حمل، قوی و با حساسیت کافی و طول عمر طولانی باشند. این مقاله به بررسی سهم حسگرهای الکتروشیمیایی و تجزیه شیمیایی بوسیله ی جریان برق 2]،[1 که می تواند این استراتژی را ایجاد کند، می پردازد.
کلیدواژه: الکتروشیمی، الکتروآنالیز، الکترودهای اصلاحشده، حسگرها، بیوحسگرها، نانو مواد، نانو کامپوزیتها.
مقدمه
بعضی از این موضوعات مورد ملاحظه در شکل 1نشان داده شده اند. ابتدا مزیت حسگرهای الکتروشیمیایی جهت نظارت زیست محیطی مورد ارزیابی قرار خواهد گرفت. از جمله نقش هایی که حسگرهای الکتروشیمیایی می توانند بازی کنند، فاکتور های طراحی، و اینکه چگونه گزینش پذیری می تواند به دست آید. سپس، نمونه های های جدیدی در این فصل مورد بررسی قرار خواهند گرفت و اشاره ای از روند های آینده ارائه خواهد شد.
مکانیسم حسگرهای الکتروشیمیایی
سه نوع اندازه گیری الکتروآنالیتیکی که می تواند هر ارائه ای از درجات مختلف گزینش پذیری را انجام دهد :[1] .A هدایت سنجی. غلظت بارالکتریکی از طریق اندازه گیری مقاومت محلول به دست آمده است و بنابراین گونه ها انتخاب پذیر نیستد. با این حال آشکارسازهای هدایت سنج می توانند در شرایطی مفید باشند که اثبات مورد نیاز باشد، برای مثال، آیا غلظت کل یون پایین تر از حداکثر سطح مجاز معین است و یا به عنوان یک آشکارساز آنلاین پس از جداشدن از یک مخلوط یونی توسط کروماتوگرافی یونی کاربرد دارد. چنین شرایطی می تواند در الکترورمیدیشن بوجود آید.
.B پتانسیومتری. پتانسیل تعادلی یک الکترود شناساگر در برابر یک الکترود مرجع انتخابی با استفاده از یک ولت متر امپدانس بالا، یعنی کارآمد در جریان صفر،اندازه گیری شده است. بنابراین، جریان مسیر بین دو الکترود می تواند بسیار مقاوم عمل کند. در یک الکترود شناساگراکسایش -کاهش بی اثر مانند پلاتین ،پتانسیل اندازه گیری شده یک پتانسیل ترکیبی است،که تابعی از تمام گونه های موجود در محلول و غلظت آنها است. در الکترودهای یون گزین، انتخاب دقیق جنس الکترود می تواند گزینش پذیری مناسبی برای یک گونه خاص بدست دهد،که در بسیاری از موارد، با حداقل تداخل یون های دیگر همراه است.حد تشخیص 100 نانو مول در هر لیتر از غلظت کل یون موجود در یک حالت اکسیداسیون خاص، هرچند با وجود 10 پیکو مولار اختلاف در غلظت را می توان اندازه گیری کرد.
.C ولتامتری: که در آن جریان به عنوان یک تابع از پتانسیل اعمال شده ثبت می شود، داده های بیشتر و حد تشخیص پایین تر را معمولا می توان به دست آورد. چندین گونه که تحت تاثیر پتانسیل های مختلف اعمال شده واقع می شوند را می توان تقریبا به طور همزمان در آزمایشی مشابه بدون نیاز به جداسازی قبلی تعیین کرد. حد تشخیص بسیار پایین، پایین تر از سطح پیکومولار را می توان با استفاده از ابزار حالت هنر و پیش تغلیظ آنالیت بر روی سطح الکترود بدست آورد. در بسیاری از حسگرهای عملی یا آشکارسازهای - دتکتور های - مورد استفاده پس از جداسازی، با استفاده از کروماتوگرافی مایع با فشار بالا و یا الکتروفورز موئینی، یا آشکارسازهای جریان پیوسته، پس ازبررسی پروفایل ولتامتری، حسگرهای آمپرسنجی در پتانسیل ثابت می تواند به کارگرفته شود.
مزایای بالقوه نظارت الکتروشیمیایی، با استفاده از انواع اندازه گیری های ذکرشده در بالا، در زمینه های زیست محیطی عبارتند از:
1. پتانسیل اعمال شده در حسگرهای ولتامتری می تواند به گزینش پذیری بالا و اختصاصی تر شدن و بنابراین کاوش گونه زایی منجر شود. هرگونه شیمیایی و همچنین هر یک از عناصر و یا حالت اکسیداسیون دارای پتانسیل مربوطه جهت اکسایش و کاهش است. چنین ویژگی برای اکثر روش های تحلیلی دیگر امکان پذیر نیست.
2. انتخاب جنس الکترود می تواند منجر به گزینش پذیری، به خصوص در الکترودهای یون گزین شود. در حسگرهای ولتامتری و در برخی از انواع الکترودها، گونه های خاصی مورد عمل واقع نمی شوند ، به طوری که مشکلات مزاحمت یا تداخل ممکن است در این روش حل شود. مثال واضحی از این نوع اضافه ولتاژ بالا برای انبساط هیدروژن در الکترود جیوه است.
3. ابزار الکتروشیمیایی مدرن، به ویژه با پتانسیل کنترل شده، در ارتباط با حسگرهای ولتامتری، منجر به حساسیت بالا و حد تشخیص پایین می شود، از این رو اعمال برنامه های پتانسیلی پیچیده می تواند همراه با تجمع گونه ها جهت اندازه گیری در سطح الکترود مورد استفاده قرار گیرد.
4. امکان دسته بندی نه تنها در نتایج بلکه در داده های مورد عمل نیز در زمان واقعی و یا نزدیک به زمان واقعی، با استفاده از کنترل کامپیوتری و به ویژه در سیستم های جریان جهت نظارت آنلاین وجود دارد.
5. حسگر های قابل حمل با ابزار اختصاص یافته، که می تواند خارج از آزمایشگاه مورد استفاده قرار گیرد.
6. حسگرهای کوچک، جهت کاربرد در موقعیت هایی که پروب های دیگر ممکن است قابل استفاده نباشند. بنابراین، تجزیه شیمیایی بوسیله جریان برق، مکمل دیگر تکنیک های تحلیلی است. در این زمینه، بسیاری از تکنیک های تحلیلی موجود نمی تواند بکار روند چون آنها نیاز به تجهیزات پیچیده و بزرگی دارند، و بنابراین، نظارت الکتروشیمیایی می تواند مزایای بسیاری را به ارمغان بیاورد. در
