وزارت علوم تحقیقات و فناوری
دانشگاه شهید مدنی آذربایجان
دانشكده علوم پایه
گروه شیمی
پایان نامه مقطع كارشناسی ارشد
رشته شیمی، گرایش تجزیه
عنوان :
بکارگیری الکترودهای اصلاح شده با مایعات یونی و نانوتیوب های کربنی برای اندازه گیری الکتروتجزیه ترکیبات اعتیادآور
استاد راهنما:
دکتر بیوک حبیبی
استاد مشاور :
دکتر زهرا ایازی
برای رعایت حریم خصوصی نام نگارنده پایان نامه درج نمی شود
(در فایل دانلودی نام نویسنده موجود است)
تکه هایی از متن پایان نامه به عنوان نمونه :
(ممکن است هنگام انتقال از فایل اصلی به داخل سایت بعضی متون به هم بریزد یا بعضی نمادها و اشکال درج نشود ولی در فایل دانلودی همه چیز مرتب و کامل است)
فهرست مطالب:
چكیده فارسی…………………………………………………………………………………………………………یک
فصل اول: پیش‌زمینه پژوهش
1-1- مقدمه………………………………………………………………………………………………………………… 1
1-2- حسگرهای شیمیایی………………………………………………………………………………………………. 2
1-2-1- حسگرهای گرمایی…………………………………………………………………………………………. 3
1-2-2- حسگرهای جرمی………………………………………………………………………………………….. 4
1-2-3- حسگرهای الکتروشیمیایی………………………………………………………………………………… 4
1-3- الکترودهای کربنی………………………………………………………………………………………………… 6
1-4- الکترودهای کربن سرامیک………………………………………………………………………………………. 6
1-4-1- فرآیند سل-ژل………………………………………………………………………………………………. 7
1-5- الکترودهای اصلاح شدهی شیمیایی…………………………………………………………………………… 8
1-5-1- روشهای بر پایه تشکیل پیوند کووالانسی……………………………………………………………. 9
1-5-2- روشهای بر پایه جذب سطحی برگشتناپذیر……………………………………………………. 10
1-5-3- پوشش الکترودها با فیلمهای پلیمری………………………………………………………………… 11
1-5-4- تجمعهای سازمان یافته………………………………………………………………………………….. 11
1-5-5- اصلاح الکترودها با نانومواد……………………………………………………………………………. 12
1-6- نانولولههای کربنی……………………………………………………………………………………………….. 12
1-6-1- روشهای تولید نانولولههای کربنی……………………………………………………………………. 16
1-6-2- ویژگیها و خصوصیات نانولولههای کربنی…………………………………………………………. 17
1-6-3- کاربرد نانولولههای کربنی در شیمی تجزیه………………………………………………………….. 20
1-7- مایعات یونی……………………………………………………………………………………………………… 20
1-7-1- ساختار مایعات یونی…………………………………………………………………………………….. 21
1-7-2- خواص فیزیکی و شیمیایی مایعات یونی……………………………………………………………. 22
1-7-3- سطوح اصلاح شده با مایعات یونی…………………………………………………………………… 23
1-7-4- کاربرد مایعات یونی در الکتروشیمی…………………………………………………………………. 28
1-8- الکترودهای اصلاح شده با هیبرید نانولولههای کربنی و مایعات یونی……………………………….. 29
1-9- معرفی ترکیب مورد مطالعه……………………………………………………………………………………. 30
1-9-1- مورفین……………………………………………………………………………………………………… 30
1-9-2- اهمیت اندازهگیری مورفین……………………………………………………………………………… 33
1-9-3- فنیلافرین و اهمیت اندازهگیری آن…………………………………………………………………… 33
1-10- اهداف پژوهشی کار حاضر………………………………………………………………………………….. 34
فصل دوم: مواد و روشها
2-1- مواد شیمیایی……………………………………………………………………………………………………… 36
2-2- وسایل و تجهیزات………………………………………………………………………………………………. 36
2-3- الکترودها………………………………………………………………………………………………………….. 37
2-4- روش تهیه الکترودهای کار……………………………………………………………………………………. 37
2-4-1- چگونگی تهیه CCE برهنه……………………………………………………………………………… 37
2-4-2- تولید الکترودهای کربن سرامیک اصلاح شده با MWCNT و IL……………………………… 38
2-5- الكترولیت‌ها………………………………………………………………………………………………………. 38
فصل سوم: نتایج و بحث
3-1- بررسی خواص الکتروشیمیایی الکترود کربن سرامیک (CCE)……………………………………….. 40
3-1-1- بررسی مورفولوژی سطحی الکترود کربن سرامیک……………………………………………….. 41
3-1-2- بررسی خواص الکترودهای کربن سرامیک اصلاح شده………………………………………….. 42
3-1-2- الف- الکترود کربن سرامیک اصلاح شده با نانولولههای کربنی چند دیواره…………………. 42
3-1-2- ب- الکترود کربن سرامیک اصلاح شده با نانولولههای کربنی چند دیواره و مایع یونی ….. 43
3-1-3- بررسی تاثیر الكترولیت حامل و pH بر روی رفتار الكتروشیمیایی الکترود/MWCNT/CCE/IL…….
3-1-4- بررسی خواص الکتروشیمیایی الکترود کربن سرامیک اصلاح شده با نانوتیوب کربنی چند دیواره و مایع یونی (IL/MWCNT/CCE)…45
3-1-5- مطالعه رفتار الکتروشیمیاییCCE/IL/MWCNT توسط [K 3Fe(CN)6]………………………. 46
3-1-6- بررسی پایداری IL/MWCNTs/CCE در قبال چرخه پتانسیل و زمان……………………….. 48
3-2- کاربرد الکترود اصلاح شده با IL/MWCNT…………………………………………………………..
3-2-1- الکتروکاتالیز مورفین……………………………………………………………………………………… 49
3-2-1-1- تاثیر pH بر رفتار الکتروشیمیایی مورفین…………………………………………………… 50
3-2-1-2- تاثیر سرعت روبش پتانسیل…………………………………………………………………….. 53
3-2-1-3 – اندازهگیری مورفین……………………………………………………………………………….. 54
3-2-1-3- الف- ولتامتری چرخهای…………………………………………………………………….. 55
3-2-1-3- ب- پالس ولتامتری تفاضلی…………………………………………………………………. 56
3-3- اندازه گیری همزمان مورفین و فنیلافرین…………………………………………………………………. 57
3-3-1- الکترواکسیداسیون فنیل افرین در سطح MWCNT/CCE/IL……………………………………….
3-3-1-1- تاثیر pH بر رفتار الکتروشیمیایی فنیلافرین……………………………………………………… 59
3-3-1-2- تاثیر سرعت روبش پتانسیل………………………………………………………………………… 60
3-3-1-3- اندازهگیری فنیلافرین………………………………………………………………………………… 61
3-3-2- اکسایش الکتروشیمیایی مورفین و فنیلافرین در روی الکترود IL/ MWCNT/CCE………………
3-3-3- اندازهگیری همزمان در حضور غلظت ثابتی از مورفین…………………………………………….. 64
3-3-4- اندازهگیری همزمان در حضور غلظت ثابتی از فنیلافرین……………………………………….. 65
3-3-5- اندازهگیری همزمان مورفین و فنیلافرین همراه با تغییر غلظت هر دو ترکیب………………. 65
3-4- نتیجهگیری………………………………………………………………………………………………….. 67
3-5- پیشنهادات………………………………………………………………………………………………….. 68
منابع………………………………………………………………………………………………………………… 69
چکیده:
در بخش اول این کار پژوهشی، نانوتیوب كربن چند دیواره (MWCNT ) و مایع یونی(IL) روی سطح الكترود كربن سرامیكی كه بوسیله روش سل- ژل تهیه شده بود، نشانده شد. فرآیند نشاندن بوسیله قطرهگذاری سوسپانسیونی از MWCNT/IL در دی متیل فرم آمید بر روی سطح الکترود ساخته شده صورت گرفت. در ادامه خواص الکتروکاتالیزی الکترود کربن سرامیک اصلاح شده با نانولولههای کربنی چنددیواره (CNT/CCE) و الکترود کربنسرامیک اصلاح شده با نانولولههای کربنی چنددیواره و مایعات یونی (IL/CNT/CCE) با الکترود کربن سرامیک اصلاح نشده(CCE) مقایسه شده است.
در بخش دوم این کار، رفتار الکتروشیمیایی مورفین و فنیلافرین روی CCE، MWCNT/CCE و IL/CNT/CNT بررسی شد؛ ولتاموگرام چرخهای این دو ترکیب نشان میدهد که جریان پیک اکسیداسیون آنها روی MWCNT/CCE/IL از جریان مربوط به MWCNT/CCE وCCE برهنه بزرگتر است، که از خصوصیات کاتالیتیکی بهتر نانوكامپوزیت حاصل از استفادهی همزمان MWCNT و IL ناشی میشود. نتایج حاصل از این مطالعات نشان میدهد، که این الکترود میتواند به عنوان حسگری مناسب، برای اندازه گیری مورفین و فنیلافرین به کار رود. اندازهگیری دو ترکیب ذکر شده به دو روش CV و پالس ولتامتری تفاضلی (DPV) انجام شد وحد تشخیص برای این دو گونه محاسبه شد.
در پایان، اندازهگیری همزمان مورفین و فنیلافرین با استفاده از الکترود MWCNT/CCE/IL انجام شد و نشان داده شد که دو ترکیب مورد نظر بدون مزاحمت یکدیگر در ترکیبات مختلف قابل اندازهگیری اند.
فصل اول: پیشینه پژوهش
1-1- مقدمه
شیوههای کلاسیک تجزیهی شیمیایی و بیولوژیکی دربرگیرندهی واکنشهایی هستند که در محلول و با افزایش معرفها و نمونهها انجام میگیرند. امروزه تلاش برآن است که بتوان تجزیه را در سیستم بدون معرف انجام داد، استفاده ازروشهای دستگاهی که بیشتر از سیگنال حاصل از یک دستگاه برای رسیدن به چنین دادههایی استفاده میشود. مثلا در روشهای الکتروشیمیایی، معرف یا واکنشگر روی بستر الکترودی و به صورت تثبیت شده قرار گرفته و در نتیجه نیازی به اضافه نمودن آن توسط کاربر نمیباشد. دو نوع اساسی از اندازهگیریهای الکتروشیمیایی تجزیه، شامل پتانسیومتری و پتانسیواستایی است. هر دو نوع حداقل احتیاج به دو الکترود (هادی) و یک نمونه در تماس با الکترودها (الکترولیت) دارند که پیل الکتروشیمیایی را تشکیل میدهند. بنابراین سطح الکترود، محل ارتباط یک هادی یونی و یک هادی الکترونی میباشد. یکی از این دو الکترود به ماده یا مواد مورد اندازهگیری جواب میدهد و بنابراین به نام الکترود شناساگر یا کار نامیده میشود. الکترود دوم که الکترود شاهد نامیده میشود، دارای پتانسیل ثابت است (پتانسیل آن مستقل از خواص محلول میباشد). امروزه در قلمرو الکتروشیمی یکی از بخشهایی که مورد توجه قرار گرفته طراحی و ساخت الکترودهایی است که در حالت ایدهآل بتوانند به یک گونه شیمیایی خاص به صورت کاملا گزینشپذیر و با حساسیت بالا پاسخ دهند.
در سالهای اخیر استفاده از فناوری نانو، افق‌های جدیدی برای استفاده از نانوذرات و نانولولههای کربنی در شیمی تجزیه جهت تشخیص و اندازهگیری برخی از ترکیبات شیمیایی و بیولوژیکی باز کرده است. یکی از کاربردهای جذاب نانوذرات از جمله نانولولههای کربنی تسهیل واکنشهای انتقال الکترون است. به همین دلیل به عنوان یک واسطه‌گر در ساخت حسگرها و زیست حسگرها استفاده می‌شوند که سینتیک واکنشهای الکتروشیمیایی کند را تسریع کرده و راهی برای اندازهگیری الکتروشیمیایی آنها فراهم می‌نماید
امروزه از مایعات یونی نیز به دلیل داشتن هدایت الکتریکی بالا در زمینههای مختلف الکتروشیمی استفاده میشود و کاربردهای مختلفی از جمله به عنوان حلال بدون استفاده از الکترولیت زمینه، بهبود خواص الکتروکاتالیزی نانوذرات کربنی از جمله نانولولههای کربنی، پایداری انواع اصلاحگرها و نیز اصلاح کننده الکترودی پیدا کرده اند ]4-1[.
در این کار پژوهشی از مایع یونی در حضور نانولولههای کربنی جهت اصلاح و بهینهسازی رفتار الکتروکاتالیتی الکترود کربنسرامیک استفاده شده است و انتظار میرود که خواص الکتروکاتالیزی این الکترود در حضور این اصلاح کننده ها بهبود یابد.
2-1- حسگرهای شیمیایی
بطور کلی حسگرها را میتوان به عنوان ابزارهایی که یک کمیت فیزیکی و یا شیمیایی مرتبط با آنالیت را به علایم قابل آشکارسازی تبدیل میکنند، تعریف کرد. حسگرها بسته به آنالیت هدف، انواع متفاوتی دارند که از میان آنها حسگرهای شیمیایی و بیوشیمیایی دارای اهمیت خاصی هستند.
حسگر شیمیایی یک دریافتگر حسی است که محرک‌های شیمیایی خاصی را در محیط تشخیص میدهد. قسمت اصلی یک حسگر شیمیایی یا زیستی عنصرحسگر آن می باشد. عنصر حسگر در تماس با یک آشکارساز است. این عنصرمسئول شناسایی و پیوند شدن با گونهی مورد نظر در یک نمونهی پیچیده است. سپس آشکارساز، سیگنالهای شیمیایی را که در نتیجهی پیوند شدن عنصرحسگر با گونهی موردنظر تولید شده را به یک سیگنال خروجی قابل اندازهگیری تبدیل میکند. حسگرهای زیستی بر اجزای بیولوژیکی نظیرآنتیبادی‌ها تکیه دارند. آنزیمها، گیرنده‌ها یا کل سلولها میتوانند به عنوان عنصر حسگرمورد استفاده قرار گیرند. حسگرهای شیمیایی شامل لایه حس کنندهای هستند که در اثر برهمکنش گونه شیمیایی (آنالیت) با این لایه، سیگنال الکتریکی ایجاد میشود. سپس این سیگنال تقویت و پردازش میشود. بنابراین عمل حسگرهای شیمیایی شامل دو مرحله اصلی است که عبارتند از: تشخیص و تقویت. به طور کلی وسیلهای که انجام این فرایند را بر عهده دارد، حسگر شیمیایی نامیده می شود. شمایی از این نوع حسگرها در شکل (1-1) آمده است ]5[.
یک حسگر ایدهآل باید خصوصیات زیر را داشته باشد:
– سیگنال خروجی باید متناسب با نوع و میزان گونه هدف باشد
– قدرت تفکیک و گزینشپذیری بالایی داشته باشد
– تکرارپذیری و صحت بالایی داشته باشد
– سرعت پاسخدهی بالایی داشته باشد( در حد میلی ثانیه)
– عدم پاسخدهی به عوامل مزاحم محیطی مانند دما، قدرت یونی محیط و …
حسگرهای شیمیایی را براساس مبدل به کار رفته برای تبدیل تغییر شیمیایی به یک سیگنال قابل پردازش، به چهار دسته تقسیم بندی می کنند: حسگرهای گرمایی، حسگرهای جرمی، حسگرهای الکتروشیمیایی (پتانسیومتری، آمپرومتری، هدایتسنجی) و حسگرهای نوری.
1-2-1- حسگرهای گرمایی
گرما از ویژگیهای عمومی واکنشهای شیمیایی است. بر این اساس، یک فاکتور فیزیکی مناسب برای حسگری، تشخیص و اندازه گیری تغییرات دمای ایجاد شده در حین انجام یک واکنش است که متناسب با تغییرات غلظت آنالیت می باشد. برای این کار فقط مقدار جزئی از محلول، برای کنترل دما نیاز است. در ساخت حسگرهای گرمایی از دو نوع ردیاب گرمایی استفاده می شود. از بین این ردیابها، ترمیستور معمولترین آنها است که به علت قیمت ارزان، دردسترس بودن و حساسیت بالا کاربرد بیشتری دارد. پیروالکتریکها نوع دیگر مبدل های بکار رفته در حسگرهای گرمایی هستند که حساسیت بسیار بالایی برای حسگری گرمایی دارند. با استفاده از آنها میتوان گرمای جذب شده توسط لایه گاز را ردیابی کرد. شکل(1-2) یک حسگر گرمایی را نشان می دهد ]6[.
2-2-1- حسگرهای جرمی
از اندازهگیری تغییر جرم نیز همانند اندازهگیری گرمای حاصل از یک واکنش، میتوان به عنوان معیار مناسبی برای حسگرهای شیمیایی استفاده نمود. این ویژگی را می توان برای واکنشهایی استفاده کرد که به دلیل خروج یک واکنشگر کاتالیستی انتخابی، تغییری در جرم خالص ایجاد میشود. دو نوع عمده از حسگرهای جرمی وجود دارند که در نوع اول از نوسانگرهای تودهای پیزوالکتریک و در نوع دوم از امواج آکوستیک سطحی استفاده می شود. به طور کلّی در ساخت نوسانگر می توان از کوارتز و پلی وینیل فلوریدین استفاده کرد. شمایی از یک حسگر جرمی در شکل (1-3) دیده می شود ]7[.
تعداد صفحه : 83
قیمت : 14700تومان
