ساخت نانوحسگرهایی برای اندازه‌گیری آلاینده‌های محیط زیست

پژوهشگران دانشگاه محقق اردبیلی و بس (Bath) انگلستان با مطالعه ولتامتری ایزومرهای دی‌هیدروکسی بنزن در سطح یک الکترود کربن شیشه‌ای اصلاح شده با فیلم کامپوزیت نانوذرات کربنی-کیتوسان با مساحت بالا، به فناوری ساخت یک نانوحسگر برای اندازه‌گیری آلاینده‌های محیط زیست موسوم به دی‌هیدروکسی بنزن دست یافتند. همچنین الکترود ارائه شده در این پژوهش‌ها علاوه ‌بر کم هزینه بودن، قابلیت جذب مقادیر بزرگ ناخالصی‌های دی‌هیدروکسی بنزن را دارد.

دی هیدروکسی بنزن‌ها شامل سه ایزومر کتکول (۱و۲- دی هیدروکسی بنزن) ، رزوسینول (۱و۳- دی هیدروکسی بنزن) وهیدروکینون (۱و۴- دی هیدروکسی بنزن) هستند که در لوازم آرایشی، آفتکش‌ها، اسانس‌های بو و طعم، داروها، آنتی‌اکسیدان‌ها و مواد شیمیایی عکاسی و رنگ مورد استفاده قرار می‌گیرند.

به عنوان نمونه رزورسینول در سنتز رنگ‌های دی‌آزویی و پلاستیک‌ها به عنوان جاذب UV در رزین‌ها استفاده می‌شود. به علت سمیت بالای این ترکیبات و توانایی نابود کردن اکولوژی‌های محیطی، به عنوان آلوده‌کننده‌های محیطی شناخته شده و به وسیله نمایندگی حفاظت محیطی ایالات متحده آمریکا و اتحادیه اروپایی در محصولات تولید شده، مورد بررسی قرار می‌گیرند. در طول فرآیندهای کاربرد و تولید این ترکیبات، تعدادی از آنها به طور غیر عمد وارد محیط شده و آب‌های زیرزمینی و رودخانه‌ها را آلوده می‌کنند. در نتیجه هر روشی که توانایی حذف یا اندازه‌گیری این مواد را داشته باشد ارزشمند محسوب می‌شود.

دکتر ماندانا امیری عضو هیئت علمی دانشگاه محقق اردبیلی در مورد این پژوهش گفت: «مواد کربنی در الکتروآنالیز مهم‌اند. انواع مواد کربنی شامل گرافیت صفحه‌ای، کربن شیشه‌ای، نانولوله‌های کربنی، الماس‌های آلاییده با بور و نانوذرات کربنی باعث بهبود خواص الکترودی در گستره وسیعی از کاربردها می‌شوند. در مقابل نانولوله‌ها و فلورن‌ها، نانوذرات کربنی سال‌های زیادی است که شناخته شده‌اند و به طور گسترده در صنعت به عنوان پرکننده و رنگدانه استفاده می‌شوند. نانوذرات کربنی به علت مساحت سطح بالا و مکان‌های پیوندی فعال زیاد در فرآیندهای الکتروشیمیایی مورد توجه‌اند. الکترودهای اصلاح شده با نانوذرات کربنی مزایایی مانند کاتالیز واکنش‌های الکتروشیمیایی با افزایش سرعت انتقال بار و افزایش انتقال جرم به علت مساحت ویژه بالا را دارند. از این خواص نانوذرات کربن برای بهبود خواص سنسوری استفاده می‌شود.»

این پژوهش توسط دکتر ماندانا امیری و دکتر ابوالفضل بضاعت‌پور از دانشگاه محقق اردبیلی، خانم شهناز غفاری (فارغ-التحصیل کارشناسی ارشد شیمی تجزیه دانشگاه پیام نور اردبیل) با همکاری پروفسور فرانک مارکن از دانشگاه بس انگلستان صورت گرفته است، بر اساس مطالعه بر روی رفتار ولتامتری ایزومرهای دی‌هیدروکسی بنزن‌ها در سطح یک الکترود کربن شیشه‌ای اصلاح شده با فیلم کامپوزیت نانوذرات کربنی-کیتوسان با مساحت بالا به این پژوهش پرداختند.

دکتر امیری در این باره افزود: «بر همین اساس ابتدا به تهیه و مشخصه‌یابی نانوکامپوزیت نانوذرات کربن و کیتوسان پرداختیم و با آماده‌سازی الکترود با کستینگ بر سطح الکترود، خواص الکتروشیمیایی الکترود حاصل، در حضور دی‌هیدروکسی بنزن‌ها مورد بررسی قرار گرفت. در ادامه با استفاده از مطالعات جذب، کار را توسعه داده و اندازه‌گیری مقادیر بسیار کم ترکیبات ذکر شده، انجام شد.»

وی ادامه داد: «جذب آنالیت‌ها می‌تواند در فیلم نانوکامپوزیت بر روی کاتیون (کیتوسان) و آنیون (گروه‌های سولفونات سطح نانوذرات) و مکان‌های خنثی (کربن گرافیتی) صورت گیرد. هر سه نوع جذب در محیط آبی مشاهده می‌شود. جذب ضعیف مولکول‌های خنثی مانند دی هیدروکسی بنزن‌ها به مکان‌های پیوندی مشاهده می‌شود. این ایزومرها با حساسیت و گزینش پذیری خوب ‌شناسایی می‌شوند. اثر pH محلول‌های بافر و سرعت اسکن روی پاسخ الکترود برای اکسایش هیدروکینون، رزورسینول و کتکول بررسی شد. این روش بر اساس یک جذب ضعیف است و برای اندازه‌گیری همزمان ایزومرهای دی‌هیدروکسی بنزن در آنالیز بیولوژیکی و محیطی است.»

در این پژوهش نمونه‌های آب واقعی مانند آب رودخانه‌ی محلی و فاضلاب یک کارخانه لاستیک که در معرض این الکترود قرار گرفتند، آنالیز شده و نتایج حاکی از آن بود که بازیافت‌های ۹۶% تا ۱۰۸% در غلظت‌های متفاوت بدست آمد.

نتایج این کار تحقیقاتی در مجله Sensors and Actuators B: Chemical (جلد ۱۶۲، شماره ۱، ۲۰ فوریه سال ۲۰۱۲) منتشر شده است. علاقمندان می‌توانند متن مقاله را در صفحات ۱۹۴ الی ۲۰۰ همین شماره مشاهده نمایند.