پژوهشگران دانشگاه شهید بهشتی موفق به ساخت حسگری شده‌اند که تشخیص وجود فلزات سنگین در نمونه را با چشم غیرمسلح امکان‌پذیر می‌کند. در صورت کاربرد این حسگر تعیین مقادیر یون‌های فلزات در محل نمونه انجام شده و ملزومات دستگاهی گران‌بها و حجیم آزمایشگاهی و نیز مش
دانشگاه شهید بهشتی: تشخیص وجود فلزات سنگین در نمونه با چشم غیرمسلح
ضرورت تشخیص ساده، ارزان و حساس یون‌های فلزی سمی در طیف گسترده ای از کاربردها، مانند مدیریت فرایندهای صنعتی، کنترل کیفیت مواد غذایی، تشخیص تهدیدهای شیمیایی و نظارت بر محیط زیست غیرقابل انکار است. متأسفانه، این مواد عواملی هستند که همواره در محیط زیست وجود دارند.
در این کار، نانوکامپوزیت پلیمری حاوی نانوذرات دی اکسید تیتانیوم، به عنوان یک حسگر رنگی بسیار گزینشی و حساس طراحی شده است. این حسگر برای تشخیص سطوح فوق العاده ناچیز یون‌های جیوه و سرب در نمونه‌های محیطی به کار رفته است.
به گفته‌ی دکتر رؤیا صدقی، انواع مختلفی از روش‌های تحلیلی جهت اندازه‌گیری یون‌های فلزات سنگین وجود دارد که بسیار حساس بوده و دارای حد تشخیص پایینی نیز هستند. با این حال، به دلیل استفاده از دستگاه‌های حجیم و نیز هزینه‌ی بالا، کاربرد این روش‌ها محدودیت‌های خاصی دارد. بنابراین، نیاز به فناوری‌های جدید، که سریع، قابل حمل و مقرون به صرفه باشند، افزایش یافته است.
وی مزیت‌های حسگر طراحی شده را بدین شرح بیان کرد: «استفاده از حسگر شیمیایی طراحی شده بر پایه‌ی تشخیص رنگی، بسیار ساده بوده و حساسیت بسیار بالایی در شناسایی یون‌های فلزی سنگین دارد. از طرفی به دلیل تشخیص و شناسایی چشمی یون‌ها، این روش نیازمند تجهیزات پرهزینه نیست. علاوه براین، از مهم‌ترین مزایای آن کاهش حد تشخیص شناسایی یون‌های جیوه و سرب نسبت به ارقام گزارش شده در دیگر کارهای تحقیقاتی است.»
صدقی در ادامه به دلیل استفاده از نانوکامپوزیت پلیمری اشاره کرد و افزود: «با توجه به پایین بودن غلظت یون‌های فلزی سنگین، بهتر است قبل از شناسایی و اندازه‌گیری این یون‌ها، عمل پیش تغلیظ انجام بگیرد. بنابراین ابتدا با استفاده از نانوکامپوزیت پلیمری، عمل پیش تغلیظ به صورت گزینشی انجام گرفته و در مرحله‌ی بعدی شناسایی یون‌های فلزی جیوه و سرب با استفاده از تشکیل کمپلکس انجام شده است.»
جاذب پلیمری موجود در این حسگر، در صورت وجود یون جیوه از سفید به بنفش و در صورت وجود یون سرب از سفید به قرمز تغییر رنگ می‌دهد. حد تشخیص نانوحسگر سنتز شده در شناسایی یون جیوه ۱ میکروگرم بر لیتر و برای یون سرب ۱۰ میکروگرم بر لیتر است، که در شناسایی مقادیر بسیار ناچیز این عناصر سمی در نمونه‌های محیطی بسیار کاربردی است.
در این کار، نانوکامپوزیت پلیمری حاوی نانوذرات دی اکسید تیتانیوم، به عنوان یک حسگر رنگی بسیار گزینشی و حساس طراحی شده است. این حسگر برای تشخیص سطوح فوق العاده ناچیز یون‌های جیوه و سرب در نمونه‌های محیطی به کار رفته است.
به گفته‌ی دکتر رؤیا صدقی، انواع مختلفی از روش‌های تحلیلی جهت اندازه‌گیری یون‌های فلزات سنگین وجود دارد که بسیار حساس بوده و دارای حد تشخیص پایینی نیز هستند. با این حال، به دلیل استفاده از دستگاه‌های حجیم و نیز هزینه‌ی بالا، کاربرد این روش‌ها محدودیت‌های خاصی دارد. بنابراین، نیاز به فناوری‌های جدید، که سریع، قابل حمل و مقرون به صرفه باشند، افزایش یافته است.
وی مزیت‌های حسگر طراحی شده را بدین شرح بیان کرد: «استفاده از حسگر شیمیایی طراحی شده بر پایه‌ی تشخیص رنگی، بسیار ساده بوده و حساسیت بسیار بالایی در شناسایی یون‌های فلزی سنگین دارد. از طرفی به دلیل تشخیص و شناسایی چشمی یون‌ها، این روش نیازمند تجهیزات پرهزینه نیست. علاوه براین، از مهم‌ترین مزایای آن کاهش حد تشخیص شناسایی یون‌های جیوه و سرب نسبت به ارقام گزارش شده در دیگر کارهای تحقیقاتی است.»
صدقی در ادامه به دلیل استفاده از نانوکامپوزیت پلیمری اشاره کرد و افزود: «با توجه به پایین بودن غلظت یون‌های فلزی سنگین، بهتر است قبل از شناسایی و اندازه‌گیری این یون‌ها، عمل پیش تغلیظ انجام بگیرد. بنابراین ابتدا با استفاده از نانوکامپوزیت پلیمری، عمل پیش تغلیظ به صورت گزینشی انجام گرفته و در مرحله‌ی بعدی شناسایی یون‌های فلزی جیوه و سرب با استفاده از تشکیل کمپلکس انجام شده است.»
جاذب پلیمری موجود در این حسگر، در صورت وجود یون جیوه از سفید به بنفش و در صورت وجود یون سرب از سفید به قرمز تغییر رنگ می‌دهد. حد تشخیص نانوحسگر سنتز شده در شناسایی یون جیوه ۱ میکروگرم بر لیتر و برای یون سرب ۱۰ میکروگرم بر لیتر است، که در شناسایی مقادیر بسیار ناچیز این عناصر سمی در نمونه‌های محیطی بسیار کاربردی است.
پاسخ و تغییر رنگ کیت‌های نانوکامپوزیتی به غلظت‌های مختلف جیوه و سرب
این حسگر به طور همزمان می‌تواند در تشخیص و حذف کامل این یون‌های فلزی در محدوده‌ی غلظت گسترده به کار رود. همچنین ساخت آن ساده و سریع بوده و به دلیل تکرارپذیری و قابلیت اعتماد در نتایج برای تعیین این یون‌ها قابل استفاده خواهد بود.
به گفته‌ی این محقق، در روند ساخت این حسگر، ابتدا نانوذرات سفید دی اکسید تیتانیوم به دلیل عدم ایجاد تداخل رنگ انتخاب و سنتز شده است. در ادامه با اصلاح سطح نانوذرات، گروه‌های عاملی فعال، جهت پلیمریزاسیون مونومرهای وینیلی که دارای هترواتم مناسب باشند، بر روی بستر ایجاد گردیدند. ساختار جاذب سنتز شده با استفاده از روش‌های مختلف از جمله XRD، FT-IR، TGA، SEM و آزمون EDS مشخصه یابی و به اثبات رسید. نانوکامپوزیت پلیمری ذکر شده تحت شرایط بهینه، به عنوان جاذب مؤثر جهت جذب انتخابی یون‌های جیوه و سرب ازمحلول آبی، مورد استفاده قرار گرفت.
نتایج این تحقیقات در مجله‌ی Journal of Hazardous Materials (جلد ۲۸۵، شماره ۱، سال ۲۰۱۵، صفحات ۱۰۹ تا ۱۱۶) به چاپ رسیده و از همکاری دکتر رؤیا صدقی، عضو هیأت علمی دانشگاه شهید بهشتی، بهاره حیدری و محمد بهبهانی حاصل شده است.
