م واکنش داشته باشند، ساده‌ترین روش تثبیت شیمایی اتفاق می‌افتد ]۳۳، ۳۶[. غشاهای سلولز استات شفاف یکی از بافت های پلیمری هستند که به میزان زیاد در انجام تثبیت شیمیایی برای ساخت حسگرهای نوری به کار رفته‌اند. تثبیت واکنشگر اسپکتروفتومتری، ۴ – هیدروکسیل سالوفن ۲روی بافت تری استیل سلولز به روش کوالانسی می‌باشد. که غشا تری استیل سلولز با تیواوره فعال شده است. تثبیت شناساگر بریلیانت کریزل بلو ۳(BCB) روی یک بافت سلولز استات به صورت کووالانسی می‌باشد ]۴۳[.
شکل ۱- ۱۱- ساختار ۴- هیدروکسیل سالوفن ]۴۳[.
شکل ۱- ۱۲- ساختار احتمالی واکنش بین ۴- هیدروکسیل سالوفن با غشا فعال شده ]۴۳٫[
شکل ۱-۱۳- ساختار واکنش بین غشا فعال شده و واکنشگر بریلیانت کریزل بلو به روش تثبیت کوالانسی ]۱۴[.
۱-۱۴-۴- روش‌های تثبیت شناساگر در پلیمرهای سول – ژل
اخیرا شیشه‌های سول – ژل به عنوان ماتریس برای مواد نوری شیمیایی، به علت شفافیت نوری آنها، پایداری مکانیکی خوب، عدم مقاومت شیمیایی و انعطاف‌پذیری در پیکربندی سنسور، توجه نظر کسب کرده‌اند. بنابراین سول _ ژل ها به طور گسترده با توجه به کاربردشان برای ساخت حسگرهای شیمیایی استفاده شده‌اند و با آنالیت‌هایی مانند یونهای فلزی، گلوکز، اکسیژن، آمونیا بررسی شده‌اند]۲۴، ۲۶[.
روش‌های تثبیت شناساگر در سول – ژل‌ها شامل اشباع ۱، اتصال کوالانسی۲ و ناخالص‌سازی شیمیایی۳ می‌باشد. اشباع به جذب سطحی فیزیکی یا شیمیایی روی شیشه از پیش ساخته شده اشاره دارد، در حالی که ناخالص‌سازی شیمیایی به تثبیت یک واکنشگر در طول تشکیل شیشه سول – ژل اشاره دارد. بیشترین روش تثبیت موثر زمانی که غشاهای حاصله به هیچ وجه شستشو داده نمی‌شود، از طریق اتصال کوالانسی رنگ روی یک بافت مناسب می‌باشد. در حالی که ناخالص‌سازی به دلیل عمومیت کلی و سادگی توجه نظر دارد ]۲۶[.
۱-۱۵- تاثیر نوع روش تثبیت و نوع بافت پلیمری
اثر روش‌های تثبیت متفاوت و بافت پلیمری (جنس پلیمر) بر عملکرد تجزیه‌ای یک اپتود غشایی حساس نسبت به فلز (II)Cu، توسط اهم ۴و همکارانش بررسی شده است ]۴۲[. تثبیت فیزیکی شناساگر رنگی زینکون۵ در هیدروژل و پلی وینیل کلراید سنتزی برای ایجاد اپتودهای غشایی با بالاترین حساسیت برای (II) Cu انجام شد. تثبیت این شناساگر در پلیمر PVC به صورت فیزیکی و در پلیمر سلولزی به صورت کووالانسی می‌باشد ]۲۹[. ثبیت فلورسینامین ۶روی سلولز یا شیشه متخلخل از نوع روش کوالانسی گزارش شده است ]۲۶٫[ انواع مختلف کروموفورها برای توسعه اپتودهای غشایی نسبت به مس(II)، پتاسیم، و گادیلینیوم در بافت پلیمری پلی وینیل کلراید سنتزی تثبیت شده‌اند ]۲۹[.
در حسگرهای نوری، با توجه نوع پلیمر، فرایند تشخیص آنالیت با واکنشگر در لایه حسگر کاملا متفاوت خواهد بود. بنابراین عواملی مانند زمان پاسخ، برگشت‌پذیری یا برگشت‌ناپذیری، حساسیت و تکرار‌پذیری، پایداری حسگر همچنین کارایی و عملکرد حسگر تحت تاثیر نوع روش تثبیت و نوع بافت پلیمری می‌باشد ]۴۴[.
۱-۱۶- اهمیت اندازه‌گیری یون دی‌کرومات – یون فلزی کروم(VI)
گونه‌شناسی فلز معمولا در بررسی رفتار یونهای فلز در محیط اطراف اهمیت دارد. چندین فلز خطر‌ناک برای زندگی موجودات زنده مطرح می‌شود و از میان آنها کروم به علت اثر آن بر پیشرفت سرطان مضرترین فلز شناخته شده است. سمیت کروم به حالت اکسایش آن یعنی کروم (VI) وکروم (III) بستگی دارد. سمیت کروم (VI) تقریبا صد برابر بیش تر از سمیت کروم (III) می‌باشد. کرومیوم یک آلاینده رایج وارد شده در آب‌های طبیعی از یک واریته پساب صنعتی شامل صنایع منسوجات، چرم سازی، آبکاری فلزات به کمک برق و صنایع نازک‌کاری فلزات و… می‌باشد. با تمرکز و توجه به سمیت و پرتودهی بالقوه کرومیوم، آژانس حفاظت محیط زیست دو تراز ماکسیمم ۱۰۰ و ۵۰ میکروگرم بر لیتر، از کل کرومیوم و کرومیوم(VI) به ترتیب در نوشیدنی‌ها و آب‌های زیر زمینی کنترل و تنظیم نمود. علاوه براین در جامعه اروپا برای پیشگیری از گسترش پسماند مضر، استفاده از کروم(VI) همراه با دیگر فلزهای سنگین در ساخت لوازم الکتریکی و الکترونیکی جدید در یک ژوئیه ۲۰۰۶ ممنوع شد ]۱۳[.
یک منبع رایج پرتودهی کروم(VI) مبنی بر رنگ می‌باشد. مواد رنگی برپایه کرومات مانند استرونیوم کرومات، روی کرومات، کلسیم کرومات و سرب کرومات به طور رایج در استرهای ضد‌خورنده و رنگ‌های روکشی به علت مقاومت در برابر خوردگی استفاده می‌شوند. به علاوه رنگ‌های مختلفی از کروم در ساخت اسباب بازی‌ها و در مواد رنگی برای کودکان به کار برده شدند. نگرانی‌های گوناگون درباره استفاده کرومیوم در این مواد به علت مشخص بودن توانایی فلز‌های سنگین با شستن اسباب بازیهای کودکان و تماس با مواد استفاده شده برای رنگ کردن وجود دارد. بعضی کشورهای توسعه یافته حد‌های ثابت در مقدار کروم (VI) در رنگ‌ها به کار بردند. برای مثال جامعه اروپا راجع به مقدار کروم (VI) در رنگ‌های استفاده شده در اسباب بازی‌ها و کالاهای دیگر برای کودکان قانونی اجرا کرد. این قانون یک حد ۰۲/۰ میلی گرم برکیلوگرم از کرومیوم پیشنهاد کرد. به این دلایل توسعه متدلوژی توانا تجزیه‌ای اندازه‌گیری مقادیر کم کروم (VI) در نمونه‌های رنگی بیشتر به علت برتریشان در واژه‌های کنترل کیفیت و فاکتورهای محیطی بوده است ]۴۵ .[
تعدادی از حالت‌های اکسایش کرومیوم موجود است. اما فقط کروم (III) و کروم (VI) حالت بیولوژیکی و محیطی دارند. در حالت محلول کروم (VI) ممکن است در سه شکل یونی متفاوت مانند هیدروکرومات (HCrO_4^(-1))، کرومات (CrO_4^(3-)) و دی‌کرومات (Cr_2 O_7^(-3)) وجود داشته باشد. کروم (VI) همچنین ممکن است به صورت آنیونهای کمپلکسی محلول در آب موجود باشد چون در آب سطحی غنی با ترکیب آلی، کروم (VI) یک طول عمر خیلی کوتاهتر نمایش می‌دهد و ممکن است در آب مقاومت کند حضور هر شکل یونی کرومیوم در محلول به pH بستگی دارد. کرومیوم به عنوان Cr_2 O_3.H_2O نامحلول در کفها موجود است و فقط یک بخش کوچک آن قادر است به واسطه کف شسته شود. کروم (VI) در کف تمایل دارد به کروم (III) به وسیله مواد آلی کاهش یابد که تقریبا از فعالیت‌های انسان در محیط زیست ناشی می‌شود. مقدار ۵۰ تا ۱۰۰ میکروگرم کروم (III) در روز در رژیم غذایی پیشنهاد می‌شود. تخمین زده شده که پرتودهی کروم تا ۷۵/۰ میلی گرم بر کیلوگرم در روز محدود شده است. پتاسیم دی‌کرومات به عنوان تقویت کننده برخی اثرات منفی در موجودات زنده گزارش شده است. فراهمی زیستی۱ کرومیوم شاید تنها فاکتور بسیار مهم اندازه‌گیری سمیت یک منبع ویژه کرومیوم باشد]۴۶[.
کرومیوم در بافتهای بیولوژیکی تقریبا همیشه سه ظرفیتی است و به برقراری متابولیسم نرمال گلوکز، پروتئین و چربی کمک می‌کند، همچنین به عنوان یک عنصر ضروری برای انسانها و حیوانات مطرح می‌شود و یک نقش مهم به عنوان فاکتور تغییرات گلوکز ۱(GTF) در متابولیسم انسولین ایفا می‌کند ]۴۷[.
اندازه‌گیری کروم (VI) یا یون دی‌کرومات در آب و سیستم های بیولوژیکی از اهمیت زیادی برخوردار است زیرا دی‌کرومات به صورت تجمعی اثر سمیت زیادی روی موجودات زنده دارد. روشهای متعددی برای اندازه‌گیری و گونه‌شناسی کروم به کار گرفته شده است، روشهای مبتنی بر جاذب پلمیری و پیش تغلیظ با واسط میسلی روشهای معرفی شده‌‌ای هستند که نیاز به کمترین آماده‌سازی اولیه نمونه دارد. اما این روشها دارای مراحل کاری زیادی برای شناسایی کمی کروم می‌باشند ]۲۹[.
برای اندازه‌گیری دی‌کرومات روشهای متعددی معرفی شده است. از جمله در سال ۲۰۰۴، روشی مبتنی بر پایه کروموفور ۱و۵ – دی فنیل کربازید معرفی شد. در این روش با استفاده از نرم کننده‌های مختلف، ۱و۵ – دی فنیل کربازید در ساختار پلیمر سلولز تری استات به دام انداخته شده است. در طرح پیشنهادی، از همین واکنش دی فنیل کربازید با دی‌کرومات و تولید رنگ بنفش در ساختار پلیمری استفاده شده است و تصویر پلیمر مذکور اسکن و به برنامه آنالیز رنگ منتقل می‌شود ]۲۹[. مراحل تشکیل کمپلکس رنگی حاصل از واکنش کروم (VI) با دی فنیل کربازید در زیر آمده است ]۴۸، ۴۹[.
شکل ۱- ۱۴- واکنش تشکیل کمپلکس رنگی دی فنیل کربازید با یون دی‌کرومات ]۴۸[.
دای فنیل کربازون دای فنیل کربازید
شکل۱- ۱۵- واکنش تشکیل کمپلکس دی فنیل کربازید با یون فلز کروم (VI) در محیط اسیدی ]۴۹٫[
فصل دوم
مروری بر تحقیقات گذشته
۲-۱- مقدمه
اندازه‌گیری فلزهای سنگین از جمله کرومیوم مشکل نیست و روش‌های متعددی برای اندازه‌گیری آن وجود دارد، مانند طیف‌سنج‌ جرمی با پلاسمای‌جفت‌شده القایی۱ (ICP-MS)، اسپکترومتری جذب اتمی، فلورسنس اشعه ایکس، کروماتوگرافی مایع با کارایی بالا و… به هر حال بیشتر آنها حالت اکسایش کرومیوم را تشخیص نمی‌دهند و فقط غلظت‌های کل اندازه‌گیری می‌کنند. وقتی که تبعیض گونه‌های کرومیوم ضروری می‌باشد، برای مثال در بررسی‌های زیست محیطی و بیوشیمی حسگر‌های شیمیایی نوری یک انتخاب خوب هستند ]۱۳٫[ با توجه به حسگرهای نوری برای اندازه‌گیری کرومیوم، تعداد کارهای منتشر شده کم است. حسگرهای نوری مبنی بر سل‌های نوری توسعه یافته‌اند که تشخیص نوری از طریق واکنش آنالیت با کروموفور صورت می‌گیرد ]۱۳، ۵۰[. سیستم های پتانسیومتری مختلف برای تشخیص کرومات مبنی بر غشاهایی با بافت پلی وینیل کلراید و استفاده از واکنشگرهای تجاری توسعه یافته است. در دسته دیگر بررسی الکتروشیمیایی مقادیر کرومیوم با استفاده از تکنیک های ولتامتری و الکترود‌های کار اصلاح شده یا ردیاب‌های جریانی می‌باشد ]۱۳[. بنابراین تکنیک‌هایی مانند روش‌های استخراج برای جداسازی گونه‌های کرومیوم برای روش‌های تجزیه‌ای ارائه شده است، که اندازه‌گیری مستقیم گونه‌ها را در سطوح پایین در نمونه‌های محیطی ممکن می‌سازد ]۴۵[. دو تکنیک اسپکتروفتومتری و اسپکتروفلورومتری روش‌های انتخابی کرومیوم(VI) به دلیل سادگی و بررسی سریع توجه نظر ویژه دارند ]۵۱[. در چند سال گذشته استفاده از روش اسکنومتری به عنوان یک پیشنهاد در برابر اسپکتروفتومتری مرئی توسعه یافته است ]۵۲[.
۲-۲- مروری برتحقیقات گذشته در زمینه اسکنومتری
اولین بار در سال ۲۰۰۰، سوسلیک ۲و همکارانش یک آرایه رنگ سنجی براساس تزریق نمونه‌ها روی یک بستر جامد و انتقال تصاویر توسط اسکنر را به رایانه معرفی نمودند. این آرایه برای شناسایی ترکیبات آلی فرار با موفقیت به کار گرفته شد ]۵۳، ۵۴[.
برای اولین بار در سال ۲۰۰۴، در گروه تحقیقاتی پروفسور عباسپور در دانشگاه شیراز روشی مبتنی بر تزریق نمونه‌ها روی بستر جامد صفحات نازک کروماتوگرافی۳ ( TLC) و اسکن آنها و تجزیه و تحلیل رنگ توسط نرم افزار، برای گونه شناسی آهن (II)‌ و آهن (III) معرفی نمودند که آن را پاپتود ۴نامیدند ]۵۲[. پس از آن کارهای متعددی در این زمینه برای اندازه‌گیری آسکوربیک اسید و هیدرازین انجام گرفت ]۵۵، ۵۶[.
به دلیل بروز مشکلات متعددی که در به کارگیری بستر جامد در روش پاپتود، نظیر عدم یکنواختی رنگ روی صفحه، تغییر رنگ با خشک شدن لکه، ناپایداری بسیاری از رنگها در هوا، متوقف شدن واکنش در اثر خشک شدن لکه‌ها و …، امکان به کارگیری محلول در روش پاپتود بررسی شد. اولین کار در این زمینه در سال ۲۰۰۹ در گروه تحقیقاتی دکتر خواجه زاده برای اندازه‌گیری دوپامین در محیط

  پایان نامه با کلمات کلیدیمولکولی، سیستم، مکانیک
دسته بندی : No category

دیدگاهتان را بنویسید