بخشی از مقاله
چکیده:
در این پژوهش بررسی قابلیت الکترود کربن- شیشه جهت نظارت و اندازه گیری کیفی و کمی غلظت نیترات نیکل،به عنوان آلاینده پساب صنعتی مورد نظر است. برای دریافت اطلاعات کیفی و کمی درباره ی واکنش های الکترشیمیایی از ولتامتری چرخه ای استفاده گردید. یک الکترود کربن- شی شه ا صلاح شده با لایه حاوی نانو ذره طلا، لیگاند سنتزی و پلی پیرول و به کمک روبش ولتامتری بر روی سطح الکترود لایه گذاری شده است. در اصلاح کردن الکترود پارامترهای دستگاهی و شیمیایی مانند فرکانس، غلظت، نوع الکترولیت، سرعت ا سکن، PH بطور کامل برر سی گردید. از تکنیک امپدانس، میکرو سکوپ الکترونی جهت مطالعه و عملکرد سطح الکترود اصلاح شده، استفاده گردید،که نتایج این بررسی به صورت نمودار و جدول آمده است.
-1 مقدمه:
از آنجایی که انجام بعضی از مطالعههای الکتروشیمی در سطح الکترودهایی نظیر پلاتین، طلا و کربن شیشه همراه با بعضی از محدودیتها میباشد، از سال 1970 تغییر ماهیت سطح الکترود به منظور برطرف کردن یا کاهش این مشکلات مورد توجه پژوهشگران قرار گرفت. روش های زیادی برای اندازه گیری موادشیمیایی گزارش شده است، که عبارتند از: کروماتوگرافی مایع با کارایی بالا، اسپکتروفتومتر، الکتروفورز، استخراج نقطه ابری، تیترامتری و لومینسانس می باشند.اما این روش ها، به دلایل پیچیدگی روش، گران و وقت گیر بودن آنها کمتر استفاده می شوند. بنابراین استفاده از روش های الکتروشیمی برای اندازه گیری نمونه های دارویی الکتروفعال، به دلیل مزایایی نظیر: حساسیت زیاد، انتخابگری، سادگی و تکرارپذیری مناسب، بسیار متداول و مورد توجه می باشند.[1]
ساخت الکترودهای اصلاح شده یکی از چالشهای همیشگی در دانش شیمی به ویژه شیمی تجزیه میباشد، که با در نظر گرفتن سادگی ساخت، کاربردی بودن و ارزان بودن روش میتوان به چنین حسگرهای پی برد. نانو حسگر سیستمی با اندازه کوچک، حساسیت بالا و تکرار پذیری مناسب میباشد که میتواند آنالیت مورد نظر را در غلظتهای بسیار کم در نمونههای مورد مطالعه اندازهگیری کند نانو حسگرها در حقیقت به گونهای طراحی میشوند تا تنها با یک ماده خاص واکنش دهند که نتیجه این واکنش به صورت پیامهای شیمیایی، نوری و یا الکترونیکی در میآید که یک ریز پردازنده میتواند آنها را تحلیل کند.
یک حسگر اصلاح شده در حقیقت حسگری است که یک ماده خاص بر روی آن تثبیت شده است. که این ماده این قابلیت را دارد تا حساسیت، اختصاصی بودن، و قدرت شناسایی آنالیت از میان دیگر آنالیتهای موجود در نمونه مورد آزمایش را به طور قابل توجه بالا ببرد. این حسگر علاوه بر اینکه در مراکز علمی پژوهشی کاربرد دارد، در آزمایشگاهها و حتی در علم پزشکی کاربرد دارد.[2] واکنشهای الکتروشیمیایی به بخش عمدهای از فرآیندهای مبادله الکترون اطلاق میشوند که در سطح مشترک الکترود و محلول انجام میگیرند.[3] الکترودها، اجزاء رسانایی هستند که نقش دهنده یا گیرنده الکترون را در جریان واکنشهای الکتروشیمیایی ایفا میکنند هر الکترودی که بتواند در نقش دهنده الکترون عمل کند، در سطح آن واکنش احیا یا کاهش انجام میگیرد.
چنین الکترودی را بنا به قرار داد کاتد مینامند. برعکس، الکترودی که بتواند نقش گیرنده الکترون را ایفا کند، جایگاه واکنش اکسیداسیون یا اکسایش بوده، بنام آند نامیده میشود. از اینرو واکنش الکتروشیمیایی اکسیداسیون را بنام واکنش آندی نیز مینامند. با توجه به مفهوم واکنشهای مبادله الکترون شیمیایی، میتوان هر واکنش الکتروشیمیایی را همانند یک نیم واکنش مبادله الکترون شیمیایی در نظر گرفت. به طوری که از جمع کردن دو واکنش الکتروشیمیایی مناسب، یک واکنش مبادله الکترون شیمیایی کامل بود جود میآید. بدیهی است یکی از این دو واکنش الکتروشیمیایی آندی و دیگر کاتدی خواهد بود در شکل - 1 - نمونهای از ولتاموگرام واکنش برگشت پذیر را مشاهده مینمایید.
-1-1 تصفیه پساب
شناسایی دقیق پسابها و اندازهگیری کمی و کیفی آلایندهها در طراحی سیستم تصفیه مناسب در واحدهای پتروشیمی با توجه به نوع آلاینده بسیار الزامی است در غیر این صورت سیستم تصفیه کارایی لازم را نداشته و باعث آلودگی محیط زیست خواهد شد. از پساب های تصفیهشده صنعتی میتوان به عنوان آب فرآیند و یا در آبیاری فضای سبز استفاده نمود.
-2 -1 بررسی فلز نیکل
کانی مخصوصی که به ظاهر شبیه مس بود و برای معدن داران آلمانی بسیار معروف بود برای سبز کردن شیشه به کار میرفت؛ اما کوششهای مداوم برای جدا کردن مس از آن ناموفق ماند و گمان میرفت که شیطان آزادانه این کانی را رنگ کرده است تا معدن داران را گول بزند بنابراین آن را مس شیطان نامیدند. در آلمانی نیکل یعنی شیطان پست. در سال 1751 کرونشید از سوئد این کانی را آزمایش کرد - امروزه این کانی را نیکولیت مینامند - و موفق شد یک اکسید فلزی سبز از این کانی تهیه کند و از احیای این اکسید فلز سفید رنگ به دست آورد. او این فلز را نیکل نامید نیکل فلزی به رنگ سفید متمایل به نقرهای با خاصیت صیقل پذیری و درخشندگی است که مشخصات آن در جدول - 5-1 - را مشاهده می نمایید.
نیکل به طور گستردهای در محیط زیست پراکنده است و غلظت آن تابعی است از سوختهای فسیلی، استخراج آن از معادن و پالایشگاهها و سوختن مواد زائد است. انسان از طریق هوا، آب، غذا و تنباکو در معرض نیکل قرار دارد. در این میان، غذا مهمترین مسیر ورود نیکل در بدن انسان است - دود سیگار در درجه دوم اهمیت قرار دارد - نیکل به مقدار فراوانی در غذا وجود دارد، بالاترین میزان در غلات، میوههای مغز دار، کاکائو و فرآوردههای سویا دیده میشود. اغلب نمکهای نیکل که از طریق غذا وارد بدن شدهاند دفع میشوند.
نیمه عمر نیکل حدود 11 ساعت است. مقدار طبیعی نیکل در بدن به طور متوسط حدود 7/3 گرم بر کیلوگرم است. بیشترین غلظت نیکل در استخوان، ریه، کلیه و کبد دیده میشود. میزان جذب نیکل در معده و روده بستگی به شکل شیمیایی آن دارد. اگرچه ترکیبات محلول نیکل بهتر جذب میگردند اما ممکن است تأثیر ترکیباتی که به طور ضعیف محلول هستند در میزان جذب کل مهمتر باشد زیرا این ترکیبات به محض قرار گرفتن درشیره اسیدی دستگاه گوارش حلالیت بیشتری مییابند. [5]
-3-1 اثرات زیست محیطی فلز نیکل
کارخانهها و سوزاندن زبالهها دو عامل اصلی در تولید نیکل و ورود آن به هوا میباشند. مقدار نیکلی که در هوا وجود دارد به مراتب از نیکل موجود در زمین بیشتر است. مدت زمان از بین رفتن نیکل موجود در هوا زیاد است. زمانی که هرز آبها جریان پیدا میکنند، مقداری نیکل را وارد آبهای سطحی میکنند. بخش اعظم ترکیبات نیکل در طبیعت جذب ذرات خاک و رسوبات شده و در نهایت به صورت غیر متحرک درمیآیند. در زمینهای اسیدی نیکل بسیار متحرک میشود معمولاً در آبهای زیرزمینی شسته میشود. شواهد چندانی درباره تأثیر نیکل بر سایر موجودات زنده به غیر از انسان وجود ندارد. در حال حاضر دانشمندان میدانند که غلظت بالای نیکل در خاکهای ماسهای به گیاهان صدمه میزند و همچنین غلظت بالای نیکل در آبهای سطحی سبب کاهش تعداد و رشد جلبکها می شود.
رشد موجودات ذرهبینی نیز در حضور نیکل کاهش پیدا میکند، اما معمولاً با گذشت زمان در برابر نیکل مقاوم میشوند. مقدار اندک نیکل باید در غذای جانوران وجود داشته باشد؛ اما زمانی که مقدار نیکل از حد مجاز خود فراتر رود، میتواند برای جانوران مضر و خطرناک باشد. جانورانی که در نزدیکی پالایشگاه زندگی میکنند، بر اثر دریافت مقدار زیاد نیکل به انواع مختلف سرطان مبتلا می شوند. از آنجایی که نیکل در بافتهای گیاهی و جانوری نمیتواند تجمع پیدا کند، اثری در زنجیره غذایی ندارد جذب این فلز از طریق دستگاه گوارش به کندی صورت میگیرد. تماس جلدی با این فلز موجب اختلالات پوستی میگردد. استنشاق بخارات این فلز موجب اختلالات تنفسی شده و این عنصر از طریق ششها نیز جذب میشود در قسمتهای مختلف بدن توزیع و عمد تا از طریق کلیهها دفع میگردد.
-2 وسایل مورد استفاده
آزمایشهای الکتروشیمیایی توسط دستگاه میکرو اتولب ساخت شرکت متروهم2 کشور سوئیس نشان داده شده در - شکل - 2 و استفاده از نرمافزار NOVA1.11 و یک سل سه الکترودی ساخت شرکت متروهم کشور سوئیس انجام شد. در سیستم سه الکترودی به کار برده شده، از الکترود کربن- شیشه به قطر 2 mm ساخت شرکت متروهم بهعنوان الکترود کار، الکترود کامل اشباع - SCE - به عنوان الکترود شاهد - مرجع - و از یک الکترود پلاتین بهعنوان الکترود کمکی استفاده شده است.
