بخشی از مقاله
چکیده:
در این مطالعه، یک حسگر شیمیایی رنگ سنجی جدید با استفاده از چارچوب آلی فلزی برای تشخیص یون سیانید طراحی و سنتز شد. حسگر شیمیایی سنتز شده حساسیت و گزینش پذیری عالی برای تشخیص یون سیانید در میان تمام آنیون های بررسی شده در محلول DMSO-H2O نشان داد.
برهمکنش حسگر موردنظر با یون سیانید، تغییر رنگ قابل توجهی از قرمز به بنفش پررنگ را ایجاد می کند که با چشم غیر مسلح بدون نیاز به هر نوع دستگاه اسپکتروسکوپی قابل تشخیص است. همچنین جزئیات سنجش با استفاده از طیف سنجی UV-Vis مورد ارزیابی قرار گرفت. علاوه بر این، استوکیومتری برهمکنش حسگر با یون سیانید با استفاده از منحنی جاب برپایه داده های طیف سنجی UV-Vis، تعیین شد. با توجه به منحنی کالیبراسیون حد تشخیص حسگر برای آنیون سیانید، 262 میکرومولار بدست آمد.
مقدمه
حسگر شیمیایی یک دریافتگر حسی است که محرّک های شیمیایی خاصی را در محیط تشخیص میدهد. استفاده از حسگرهای شیمیایی یکی از پیشرفته ترین روش ها در شیمی محسوب می شود که اندازه گیری کمّی گونه های مختلف را به صورت آنی ممکن می سازد
عنصرحسگر در تماس با یک آشکارساز است. این عنصرمسئول شناسایی و پیوند شدن با گونه ی مورد نظر در یک نمونه ی پیچیده است. سپس آشکارساز، سیگنال های شیمیایی را که در نتیجه ی پیوند شدن عنصرحسگر با گونه ی موردنظر تولید شده را به یک سیگنال خروجی قابل اندازه گیری تبدیل می کند
حسگرهای شیمیایی شامل لایه حس کننده ای هستند که در اثر برهمکنش گونه شیمیایی - آنالیت - با این لایه، سیگنال الکتریکی ایجاد می شود. سپس این سیگنال تقویت و پردازش می شود.عمل حسگرهای شیمیایی شامل دو مرحله اصلی است که عبارتند از: تشخیص و تقویت.
به طور کلی وسیله ای که انجام این فرایند را بر عهده دارد، حسگر شیمیایی نامیده می شود.توسعه حسگرهای نوری برای شناسایی یون ها به خصوص یون های سمی در محیط های آبی و یا آبی - آلی، دستاوردهای بزرگ و چالش برانگیز برای پژوهشگرها به شمار می رود. در میان این روش ها، اندازه گیریهای نوری با حسگرهای شیمیایی مناسب اعم از رنگ سنجی و فلورسانسی، به دلیل هزینه پایین، حساسیت و گزینش پذیری بالا برای آنالیت و غیر مخرب بودن، در تشخیص یون ها ترجیح داده می شوند. استفاده از حسگرهای شیمیایی یکی از پیشرفته ترین روش ها در شیمی و علوم مرتبط محسوب می شود که تشخیص و اندازه گیری کمی گونه های مختلف را به صورت آنی ممکن می سازد.
این وسیله اطلاعات مربوط به ترکیب شیمیایی محیط عمل خود را با دقت و گزینش پذیری بالا و در زمان کم، جمع آوری و به صورت سیگنال نوری یا الکتریکی به پردازشگر منتقل می کند. یکی از ویژگی های مهم این حسگرها، امکان ساخت آنها در اندازه های بسیار کوچک است که امکان اندازه گیری گونه های مختلف را حتی در سلول های بدن موجودات زنده فراهم می کند
نمک سیانید به شکل ترکیب شیمیایی گسترده در سطح آبها، نه تنها از پساب صنعتی بلکه ازمنابع بیولوژیکی که نیز سرچشمه میگیرد دریافت میشود. سیانید در بسیاری از فرایندهای شیمیایی یافت میشود مانند: تولیدپلاستیکها .[6- 7 ] عامل دیگری ازمنبع سیانید در انسان و حیوان سدیم نیترو پروساید میباشد. ساکسینونیتریل وتیوسیانات آلی میباشد.آژانس محافظت از محیط زیست ایالات متحده - - EPA بیشترین سطح آلاینده - MCL - برای سیانید در آب آشامیدنی را0.2ppm تعیین کرده است
روشهای مختلفی برای آنالیز سیانید بکاررفته ازجمله تیترسنجی، ولتامتری، پتانسیومتری، روش الکتروشیمیایی و کروماتوگرافی و... میباشد.این روشها اغلب ابزارهای پیچیده ای باتوانایی جداسازی بالاکه زمان زیادی راکه نیازدارد هستند سنسورهای چشمی برای سیانیدکه بصورت تغییرشدت رنگ ویافلوئورسانس نمایش داده می شود.[8-9 ] مطالعات انجام شده در بیش از ده سال گذشته برفعالیت های این سنسورها کاربرد آسان، ارزان بودن و کاربرد سریع آنها را نشان داده است.درمیان روشهای متفاوتی که برای جداسازی یون سیانید وجود دارد سنسورهای بکاررفته این آنیون، برای مس واکنش قابل توجهی را از خود نشان داده است
سیانید برای ایجادفرم پایدار [Cu - CN - x]n- بایون مس واکنش میدهد.یکی از مهمترین مزیت های این سنسورها این است که آنها در محلول های آبی واکنش می دهند. توسعه سنسورهای فلوئورسانسی برای شناسایی یون سیانید که میتواند درواسطه آبی مورد استفاده قرار گیرد بسیار هدف مهمتری در برابر توسعه سنسورهایی که تنها در حلال های آلی دارای عملکرد مناسبی اند رادنبال میکند. سنسورها براساس جابجایی یون فلزی برای شناسایی یون سیانید درواسطه های آبی قابل اجرا و کاربرد میباشد.
بخش تجربی
-1-2 مواد و دستگاه ها
طیف زیر قرمز به وسیله دستگاه اسپکتروفتومتر Shimadzou 8400, FT-IR ثبت گردید.طیف های UV-Vis با استفاده از اسپکتروفتومتر Cary 100 Scan و در ناحیه 200- 800 nm ثبت شده است. نقطه ذوب حسگر سنتز شده به وسیله دستگاه ذوب الکتریکی IA9000 به دست آمد.
-2-2 روش سنتزحسگر
برای تهیه حسگر، در یک بالن 25 میلیلیتری مجهز به همزن مغناطیسی مقدار 0/5 میلیمول از ترکیب آزو در 25 میلیلیتر حلال متانول حل و در دمای 60 c حرارت داده شد. در بشر 25 میلی لیتری دیگر مقدار 0/5 میلیمول کلرید مس در 4 میلیلیتر متانول حل شد و به تدریج به محلول اضافه شد. محلول حاصل به مدت 8 ساعت در شرایط رفلاکس همزده شد. پیشرفت واکنش از طریق کروماتوگرافی لایه نازک - TLC - و با استفاده از حلال های هگزان نرمال- اتیل استات - 2:1 - بررسی شد. پس از کامل شدن واکنش و رساندن دمای محلول به دمای محیط، رسوب حاصل با کاغذ صافی جمع آوری شد. محصول نهایی رسوب قرمز رنگ با محدوده ذوب 363-362 œC بدست آمد.
-3-2 مطالعه خواص حسگری ترکیب سنتز شده
در این پژوهش خواص حسگری ترکیب سنتزشده در حضور آنیونهای مختلف در محلول آبی 10/90 - DMSO، - v/v مورد بررسی قرار گرفت. جهت آماده سازی نمونه ها، محلول هایی با غلظت 2 × 10 - 3 Mاز حسگر در حلال DMSO تهیه شد و همچنین محلول هایی با غلظت 5×10-2 M از نمک های سدیم آنیون های - ، &O، %U، ,، $F2، NO2، NO3، N3- CN,، HSO4 و H2PO4 در آب مقطر تهیه گردید.
جهت بررسی ویژگی های رنگ سنجی حسگر و توانایی برهمکنش باآنیون ها محلول رقیق شده ازحسگر -4 M - - 1/25×10درمحلول آبی DMSO 10/90 - ، - v/v تهیه شد و سپس0,1 میلی لیتر از محلول آبی یون های مختلف به این محلول ها اضافه گردید. شناسایی یون ها ابتدا با چشم غیر مسلح صورت گرفت سپس برای بررسی بیشتر و اندازه گیری شدت جذب، از اسپکتروفوتومتر UV-Vis استفاده شد.
در بررسی های طیف سنجی UV-Vis، بعد از کالیبره کردن دستگاه، طیف UV-Vis هریک از نمونه های آماده شده در محدوده طول موج 200 -800 nm ثبت شد.در ادامه جهت بررسی اثر غلظت در تشخیص انتخابی حسگر نسبت به یون سیانید، محلول هایی با غلظت ثابت - - 0,71×10-4 M از حسگر تهیه شد و تیتراسیون محلول با نسبت 0 -10 اکی والان از یون مورد نظر انجام شد و طیف UV-Vis آنها با اسپکتروفوتومتر UV-Vis در محدوده طول موج 200 -800 nm ثبت شد.
حسگر از واکنش بین کلرید مس و ترکیب آزویی در حلال متانول و در شرایط رفلاکس به صورت رسوب قرمز رنگ با بازده %96 بدست آمد.
ساختار حسگر سنتز شده بوسیله طیفهای FT-IR شد. طیف مادون قرمز تبدیل فوریه - FT-IR - حسگر نشان می دهد که ارتعاش کششی N-H آمیدی در ناحیه cm-1 3745 بصورت همپوشانی شده، ارتعاشات کششی گروههای O-H و N-H در محدوده 3463 cm-1 و ارتعاش کششی گروه C=O آمیدی بصورت نوار متوسط در ناحیه 1617 cm-1 ظاهر شده است.
شکل-2 طیف مادون قرمز تبدیل فوریه FT-IR حسگر
شکل-1 تغییرات رنگ سنجی حسگر - 2×10-3 M - در حضور آنیون های مختلف در محلول آبی 10/90 - DMSO، - v/v
نتایج و بحث
-1-3 شیمی حسگر
-2-3بررسی خواص رنگ سنجی حسگر
جهت بررسی خواص سنسوری حسگر و توانایی برهمکنش آن با آنیون های مختلف، ابتدا ویژگی های رنگ سنجی با چشم غیر مسلح و سپس با اسپکتروفوتومتر UV-Vis در محلول های آبی 10/90 - DMSO، - v/v مورد مطالعه قرار گرفت. جهت تشخیص کیفی آنیون های مختلف بوسیله حسگر با روش رنگ سنجی، محلول هایی با غلظت5×10-2 از نمک های سدیم آنیون های مختلف در آب مقطر تهیه گردید و به مقدار 0,1میلی لیتر از آنیون های مختلف به محلول شامل حسگر اضافه شد.
