محققان دانشگاه مازندران، با استفاده از فناوری نانو، حسگری ساخته‌اند که قادر به تعیین اگزالیک اسید در نمونه‌های طبیعی است. این حسگر که حد تشخیص پایینی دارد، به روشی ساده و اقتصادی ساخته شده است. ساخت و بررسی این حسگر در مقیاس آزمایشگاهی صورت گرفته است.
بابلسر: ساخت نانوحسگری جهت اندازه‌گیری اگزالیک اسید
اگزالیک اسید، در بدن به اگزالات تبدیل شده و با چسبیدن به کلسیم موجود در بدن، مانع از رسوب کلسیم در استخوان‌ها می‌شود. به عبارتی، این پدیده موجب دفع کلسیم از بدن خواهد شد. همچنین این ماده می‌تواند به آسانی با کلسیم و منیزیم ترکیب شده و به شکل نمک‌های کم محلول درآمده و منجر به تشکیل سنگ‌های اگزالاتی در کلیه و مثانه شود. بنابراین، ارائه‌ی روشی برای تشخیص و اندازه‌گیری دقیق و آسان اگزالیک اسید در نمونه‌های غذایی، دارویی و زیستی از اهمیت ویژه‌ای برخوردار است.
دکتر جهانبخش رئوف، در خصوص پژوهش انجام شده توسط این گروه بیان کرد: «در این تحقیق سعی شد تا با ارائه‌ی یک روش ساده و ارزان، ترکیبی نانومتخلخل تهیه شود. هدف از ساخت این ترکیب، به کارگیری آن در ساخت یک حسگر الکتروشیمیایی برای اندازه‌گیری ولتامتری اگزالیک اسید در نمونه‌های طبیعی بود.»
حسگر الکتروشیمیایی پیشنهادی به روشی ساده و کم هزینه تولید شده و به دلیل ویژگی‌های ذاتی الکترود خمیر کربن و خصوصیات کاتالیستی ترکیب نانومتخلخل سیلیکایی Pd-SBA-15 به کار رفته در ساخت آن، دقت بالایی در اندازه گیری الکتروشیمیایی اگزالیک اسید از خود نشان داده است. تکرارپذیری و پایداری مناسب از دیگر مزایای این حسگر به شمار می‌رود.
رئوف در ادامه افزود: «حد تشخیص این حسگر در حدود ۰/۴ میکرومولار است. همچنین از این حسگر به طور موفقیت آمیزی برای اندازه‌گیری اگزالیک اسید در نمونه‌های حقیقی، از جمله آب گوجه فرنگی و پیاز استفاده شد. با مقایسه‌ی نتایج حاصل از روش پیشنهادی با روش تیتراسیون منگانیمتری، به عنوان روش استاندارد موجود برای اندازه‌گیری اگزالیک اسید، مشخص شد که تفاوت معنی‌داری بین صحت و دقت روش پیشنهادی و روش استاندارد وجود ندارد.»
همانگونه که اشاره شد، در ساخت این حسگر از ترکیب نانومتخلخل سیلیکایی SBA-15 استفاده شده است. این نانوساختار از مزایایی همچون پایداری حرارتی بالا و مساحت سطح زیاد برخوردار است که آن را به گزینه‌ی مناسبی برای کاربرد کاتالیستی جهت ساخت این حسگر شیمیایی تبدیل کرده است. از طرفی عناصر پلاتین و پالادیوم بالاترین فعالیت کاتالیستی را در واکنش‌های الکتروشیمیایی از خود نشان می‌دهند. با به کار بردن نانو ذرات، این عناصر و پخش آن‌ها بر روی بسترهای کم هزینه، حسگرهای الکتروشیمیایی ارزانقیمت با حساسیت و دقت بالا برای کاربردهای صنعتی و بیولوژیکی تولید می‌گردد.
در روند این مطالعات، توزیع اندازه‌ی تخلخل ترکیب نانو متخلخل SBA-15 ناخالص شده با پالادیوم(Pd)، با استفاده از ایزوترم واجذب گاز نیتروﮊن تعیین شد. طبق نتایج میانگین اندازه تخلخل ترکیب Pd-SBA-15 سنتز شده در این کار تحقیقاتی کمتر از ۱۰ نانومتر است. همچنین، ریخت شناسی سطح این حسگر توسط روش‌های XRD و SEM مشخص شده است.
نتایج این کار تحقیقاتی در مجله‌ی Sensors and Actuators B (جلد ۲۰۷، سال ۲۰۱۵، صفحات ۲۹۱ تا ۲۹۶) به چاپ رسیده که حاصل همکاری مشترک دکترجهانبخش رئوف، عضو هیأت علمی دانشگاه مازندران، دکتر فرشته چکین، عضو هیأت علمی دانشگاه آزاد اسلامی واحد علوم و تحقیقات آیت …آملی، و وحید احسانی، کارشناس ارشد نانو شیمی دانشگاه مازندران، است.
دکتر جهانبخش رئوف، در خصوص پژوهش انجام شده توسط این گروه بیان کرد: «در این تحقیق سعی شد تا با ارائه‌ی یک روش ساده و ارزان، ترکیبی نانومتخلخل تهیه شود. هدف از ساخت این ترکیب، به کارگیری آن در ساخت یک حسگر الکتروشیمیایی برای اندازه‌گیری ولتامتری اگزالیک اسید در نمونه‌های طبیعی بود.»
حسگر الکتروشیمیایی پیشنهادی به روشی ساده و کم هزینه تولید شده و به دلیل ویژگی‌های ذاتی الکترود خمیر کربن و خصوصیات کاتالیستی ترکیب نانومتخلخل سیلیکایی Pd-SBA-15 به کار رفته در ساخت آن، دقت بالایی در اندازه گیری الکتروشیمیایی اگزالیک اسید از خود نشان داده است. تکرارپذیری و پایداری مناسب از دیگر مزایای این حسگر به شمار می‌رود.
رئوف در ادامه افزود: «حد تشخیص این حسگر در حدود ۰/۴ میکرومولار است. همچنین از این حسگر به طور موفقیت آمیزی برای اندازه‌گیری اگزالیک اسید در نمونه‌های حقیقی، از جمله آب گوجه فرنگی و پیاز استفاده شد. با مقایسه‌ی نتایج حاصل از روش پیشنهادی با روش تیتراسیون منگانیمتری، به عنوان روش استاندارد موجود برای اندازه‌گیری اگزالیک اسید، مشخص شد که تفاوت معنی‌داری بین صحت و دقت روش پیشنهادی و روش استاندارد وجود ندارد.»
همانگونه که اشاره شد، در ساخت این حسگر از ترکیب نانومتخلخل سیلیکایی SBA-15 استفاده شده است. این نانوساختار از مزایایی همچون پایداری حرارتی بالا و مساحت سطح زیاد برخوردار است که آن را به گزینه‌ی مناسبی برای کاربرد کاتالیستی جهت ساخت این حسگر شیمیایی تبدیل کرده است. از طرفی عناصر پلاتین و پالادیوم بالاترین فعالیت کاتالیستی را در واکنش‌های الکتروشیمیایی از خود نشان می‌دهند. با به کار بردن نانو ذرات، این عناصر و پخش آن‌ها بر روی بسترهای کم هزینه، حسگرهای الکتروشیمیایی ارزانقیمت با حساسیت و دقت بالا برای کاربردهای صنعتی و بیولوژیکی تولید می‌گردد.
در روند این مطالعات، توزیع اندازه‌ی تخلخل ترکیب نانو متخلخل SBA-15 ناخالص شده با پالادیوم(Pd)، با استفاده از ایزوترم واجذب گاز نیتروﮊن تعیین شد. طبق نتایج میانگین اندازه تخلخل ترکیب Pd-SBA-15 سنتز شده در این کار تحقیقاتی کمتر از ۱۰ نانومتر است. همچنین، ریخت شناسی سطح این حسگر توسط روش‌های XRD و SEM مشخص شده است.
نتایج این کار تحقیقاتی در مجله‌ی Sensors and Actuators B (جلد ۲۰۷، سال ۲۰۱۵، صفحات ۲۹۱ تا ۲۹۶) به چاپ رسیده که حاصل همکاری مشترک دکترجهانبخش رئوف، عضو هیأت علمی دانشگاه مازندران، دکتر فرشته چکین، عضو هیأت علمی دانشگاه آزاد اسلامی واحد علوم و تحقیقات آیت …آملی، و وحید احسانی، کارشناس ارشد نانو شیمی دانشگاه مازندران، است.
