بخشی از مقاله
چکیده:
نانوحسگر وسیلهای است بسیار ریز که قادر به شناسایی و ارائه پاسخ به محرکهای فیزیکی در مقیاس نانومتر است مواد استفاده شده در ساخت نانو حسگرها اغلب نانو لولهها، نانو ذرات فلزی و نانوذرات مغناطیستی می باشد. در این مقاله انواع نانو حسگرها توضیح داده شده است و همچنین کاربردهای متعددی در علوم مختلف از جمله محیط زیست یافته است. قدیمی ترین و بزرگترین گروه حسگرهای شیمیایی، حسگرهای الکتروشیمیایی هستند. پاسخ ایجاد شده در این حسگرها، از برهمکنش بین شیمی و الکتریسیته ناشی می شود. امروزه تعداد زیادی از این حسگرها به صورت تجاری ساخته و در بازار موجود می باشند وتعداد زیادی هم در مراحل توسعه هستند.
در سالهای اخیر توسعه حسگرها و نانو حسگر ها توجه بسیاری از محققین را بخصوص در حوزه نظارت بر آلودگی های محیط زیستی به خود جلب نموده است .اهمیت کاربرد این نانو حسگر در صنایع نفت،گاز،پتروشیمی و نیروگاه های هسته ای به دلیل حساست ویژه کاری ونیز پخش و انتشار آلاینده های سمی و خطرناک در این محیط بیشتر از حد است.حسگرها به گونه ای طراحی می شوند که تنها به یک ماده خاص واکنش نشان می دهد نتیجه این واکنش ها به گونه ای است که میتوان آنها را تحلیل کرد .آلاینده ای که ما اینجا مورد بررسی قرار می دهیم و برای شناسایی و اندازه گیری آن با استفاده از الکترود نقره سنسور می سازیم آمونیاک موجود در پساب واحد های پتروشیمی می باشد.
عمل پوشاندن سطح الکترود های خالص مانند طلا، نقره، کربن شیشه و دیگر الکترودهای جامد مستعد، به کمک مواد شیمیایی خا ص و یا مواد شیمیایی نانو ساختار را اصلاح کردن یا مدیفای کردن سطح الکترود می نامند. غالب الکترودهای مرسوم در روشهای ولتامتری، قابلیت اصلاح شدن یا مدیفای شدن را دارند. الکترود های مدیفای شده در این حالت، دارای خواص شیمیایی و فیزیکی جدیدی می باشند که موجب قدرت بخشیدن به الکترود از لحاظ حساسیت و حد تشخیص نسبت به اندازه گیری یک آنالیت خاص می گردد.همین امر، باعث افزایش دامنه کاربرد حسگر های اصلاح شده الکتروشیمیایی می گردد.
-1مقدمه:
حسگر یک قطعه مبدل الکتریکی است که توانایی تبدیل یک سیگنال آنالوگ را به دیجیتال دارد. در حسگرهایی الکتروشیمیایی، غلظت خاصی از آنالیت در سطح حسگر دچار واکنش الکتروشیمیایی می شود و به صورت یک رفتار و سیگنال دیجیتال قابل فهم در می آید.[4] جهت بالا بردن حساسیت و کاهش حد تشخیص حسگر، استفاده از ساختار نانو در طراحی حسگرهای الکترو شیمیایی ضروری و مهم می باشد که این گونه حسگرها، تحت عنوان حسگرهای" الکتروشیمیای اصلاح شده نانو ساختار" مرسوم می باشند. در دنیای صنعتی امروز کنترل الاینده های پتروشیمی و آلاینده های موجود در هوا یکی از نیازهای زیست محیطی است ،افزایش الاینده های زیان اور منتشر شده در اتمسفر موجب خسارت زیادی به بشر و محیط زیست شده است،هم چنین الودگی های واحد های صنعتی موجود در هوا باعث مشکلات سلامتی نظیر عفونت های تنفسی،آسم و سرطان ریه می شود.
بنابراین کنترل و شناسایی میزان دقیق مواد و گازهای آلوده کننده و گازهای قابل اشتعال امری مهم و ضروری است.در سال های اخیر تحقیقاتی در زمینه ساخت حسگرهای الکتروشیمیایی برای شناسایی این آلایندهها در حالت گازی و محلول انجام گرفته است [1]،از طرفی با گسترش علم و تکنولوژی نانو خواص و رفتارهای جدید بر پایه اندازه کوچک درات گسترش یافته است و همچنین علم ساخت حسگر الکتروشیمیایی از زیر مجموعه های شیمی تجزیه می باشد. در الکتروشیمی تجزیه ای یکی از پارامترهای مهم موثر بر فرایند الکترودی، جنس الکترود است زیرا واکنش مبادله الکترون بین گونه الکتروفعال و سطح الکترود انجام می شود. از این رو در سطح الکترودهای مختلف، خواص الکتروشیمیائی متفاوتی را برای یک ترکیب الکتروفعال می توان مشاهده کرد.
این امر متکی بر این حقیقت است که با تغییر ماهیت سطح الکترود توسط یک مصرف مناسب، می توان اهداف تجزیه از جلسه، افزایش حساسیت، بالا بردن درجه برگزیدگی، سرعت،قابل حمل بودن،تکرر پذیری،کاتالیزیک واکنش الکتروشیمیائی کند و سنتز ترکیبات با خواص ویژه را دنبال کرد. به این ترتیب موضوع الکترودهای اصلاح شده به عنوان زمینه های جدید در الکتروشیمی مطرح شود در حالت کلی الکترودهای اصلاح شده به پژوهشگر اجازه می دهند تا واکنش پذیری را در سطح کنترل کند. اصلاح سطح الکترودها با استفاده از نانو ذرات، نانو کامپوزیتها،نانو فیبرها و کربن نانو تیوب منجر به بهبود حساسیت و حدتشخیص در حد قابل توجهی می شود.[3]
یک حسگر ایده آل باید ویژگی های زیر را داشته باشد:
-1سیگنال خروجی باید متناسب با نوع و میزان گونه ی هدف باشد
-2بسیار اختصاصی به گونه مورد نظر عمل کند
-3قدرت تفکیک و گزینش پذیری بالایی داشته باشد
-4تکرار پذیری و صحت بالایی داشته باشد
-5سرعت پاسخ دهی بالایی داشته باشد
حسگر ها را با توجه به عملکردشان به چهار گروه تقسیم میکنند: حسگرشیمیایی-حسگرگازی-حسگرنوری-حسگربیولوژیکی.
-2بخش تجربی:
1-2طراحی و ساخت نانو حسگر الکتروشیمیایی:
ساخت حسگر حساس جهت اندازه گیری آلایندههای پتروشیمی بر اساس یک فرآیند ساخت و سنتز حسگر و بررسی کارایی حسگر استوار است. حسگر نانو ساختار جدید، در قالب حسگر الکتروشیمیایی با ساختاریکاملاً جدید عرضه میگردد. مهمترین مرحله ساخت این سنسور، ساختن الکترود نانو ساختار است که باید تمام اجزای تشکیل دهنده آن بهینه شوند. اجزای تشکیل دهنده این حسگر اصلاح شده، عبارتند از مواد پلاستی سایز کننده، مواد پلیمری، مواد کاتالیتیکی، نانو ذرات فلزی، نمکهای افزودنی، مایعات یونی و مواد موثر حساس به آنالیت یا همان کرونهای کورشل دار می باشند که برخی از آنان سنتز و برخی آماده وجود دارند و باید طی انجام آزمایشات و با خلاقیت خاص تبدیل و ساخت حسگر انجام پذیرد.
بعد از اعمال فرایند الکتروپلیمریزاسیون، الکترو دپوزاسیون و فرآیندهای شیمیایی- سنتزی در سطح الکترود و طی فرایندهای الکتروشیمیایی، ساختار جدید نانو کامپوزیت اصلاح شده الکتروشیمیای حاصل میگردد.[2] عوامل کنترل شونده دیگر مانند کنترل زمان پاسخ، کنترل پارامترهای الکتروشیمیایی سنسور، اثر مزاحمتها pH و دیگر متغیرهای آزمایشی جهت بررسی عملکرد سنسور نیز تنظیم میگردند. در نهایت حسگر جدید، بعد از انجام این سلسله آزمایشات، به عنوان حسگر شناساگر آلایندهها در نمونه فراوردهها و پسماندها و خروجیهای پتروشیمی، در قالب حسگر اصلاح شده الکتروشیمیایی تست میگردد و به عنوان حسگر با قدرت تشخیص مناسب و حساسیت بالا، جهت مقاصد آزمایشگاهی، پزشکی و صنعتی معرفی میگرد.[6]آلاینده ایی که در اینجا برای شناسایی آن سنسور میسازیم آمونیاک است.
