م کنش با آنالیت سیگنال نوری را ایجاد می‌کند ]۲۲[.
۱-۱۲-۴- حسگرهای نوری یونی
حسگرهای نوری یونی جزء حسگرهای شیمیایی نوری می‌باشند. این دسته از حسگرها به دلیل وجود وسایل نوری مختلفی از قبیل هادی موج۱، فیبر نوری ۲و … گسترش زیادی یافته‌اند ]۲۳[ و برای اندازه‌گیری گونه‌های مختلف کاتیونی و آنیونی در محیط‌های آبی استفاده می‌شوند ]۲۴[.
۱-۱۲-۵- اپتود- اپترود
حسگرهای نوری اغلب اپتود (Optode)3 نامیده می‌شوند. اپتودها یک نوع ویژه از حسگرهای شیمیایی هستند که اندازه‌گیری‌های طیف‌بینی مرتبط با واکنش‌های شیمیایی انجام می‌شوند ]۱۳،۲۱[. اصطلاح اپتود یا اپترود (Optrode)4 نیز برای شرح و توصیف حسگرهای نوری بکار گرفته می‌شود. واژه اپترود ترکیبی از دو واژه نوری ( Optical) و Electrode می‌باشد ]۲۵،۲۶[. کاربرد حسگرهای نوری همانند الکترودهاست، درحالیکه اصولا عملکرد متفاوتی از الکترودها دارند. پیشرفت حسگرهای شیمیایی نوری (اپتود) به عنوان جایگزین مناسب و یک پیشنهاد مداوم نسبت به انواع دیگر حسگرها از توجه نظر زیادی برخوردارند ]۱۵[.
در بسیاری از سیستم‌های اپتود عنصر حسگر یک واکنشگر می‌باشد که خواص نوری در پاسخ نسبت به یک آنالیت را تغییر می‌دهد. این واکنشگر خیلی اوقات یک رنگ شناساگر می‌باشد که در داخل یک بافت پلیمری مناسب نفوذ (حسگر توده ای) یا روی سطح آن (حسگر سطحی) تثبیت می‌شود. اساس عملکرد این حسگرها بر روش‌های نوری متنوع استوار است. در حسگرهای نوری ( اپتودها) خواص نوری با جذب، قابلیت انعکاس، فلورسنس و ضریب شکست نور اندازه‌گیری می‌شود به همین دلیل تنوع زیادی در حسگرهای نوری وجود دارد. در طول دهه گذشته حسگرهای نوری شیمیایی مبنی بر فیلم‌های پلیمر آلی نازک یا ضخیم بررسی شده است ]۲۴، ۱۶[. اپتودهای مختلف در آنالیز مقادیر کم فلزهای سنگین در فرآیندهای کنترلی و آنالیزهای محیطی و طبی به کار می‌رود ]۲۷٫[
حسگرهای نوری (اپتود) به علت مزایای آنها در مقایسه با الکترود‌های انتخابی یون در دهه گذشته توجه نظر کسب کرده‌اند. در میان این مزایا می‌توان به سهولت در ساخت، مقرون به صرفه بودن، حساسیت و انتخاب پذیری خوب، محدوده غلظت دینامیکی بالا و همچنین حد تشخیص پایین اشاره نمود. به علاوه در اپتودها برخلاف الکترودهای انتخابی یون تداخل الکتریکی وجود ندارد و آنها به الکترود مرجع خارجی نیاز ندارند ]۲۷[. علی رغم این مزایا نور محیط به عنوان یک مزاحمت بالقوه در عملکرد این گونه حسگرها محسوب می‌شود و به دلیل اینکه واکنشگر و آنالیت هر دو در فاز جداگانه‌ای قرار دارند مدت زمانی صرف انتقال جرم می‌شود که زمان پاسخ طولانی‌تری را در پی خواهد داشت ]۲۵[. حسگرهای نوری از نظر ساختاری کوچک می‌باشند و به طور ایده آل برای مینیاتوری (تولید در اندازه های کوچک) مناسب هستند. در حالی که در زمان یکسان نسبت به تداخل الکتریکی مقاومت می‌کنند و به دلیل سادگی در اندازه‌گیری‌های فتومتری به کار برده می‌شوند بسیاری از حسگرهای شیمیایی نوری در عوامل کمپلکس دهنده رنگی یا واکنشگرهای اکسایش کاهش تثبیت شده در غشا پلیمری مناسب به کار برده می‌شوند. یک ضعف رایج همه این غشاها نشت واکنشگر در محلول آبی در تماس با غشا است ]۲۱[.
۱-۱۲-۶- حسگرهای توده‌ای
عکس‌العمل حسگرهای نوری نسبت به گونه‌های باردار می‌تواند بر اساس پدیده‌های سطحی (اپتود سطحی) یا توده‌ای (اپتود توده‌ای)۱ انجام شود ]۲۷، ۲۸[. مکانیسم پاسخ در حسگرهای توده‌ای به تغییرات غلظت داخل توده وابسته است. غشاهای مورد استفاده برای این حسگرهای توده‌ای دارای قابلیت نفوذ ذرات باردار می‌باشد و در نتیجه سیگنال نوری را به همراه خواهد داشت ]۲۸[.
یک نوع از اپتودها با استفاده از یک غشا پلیمری سنتزی و مبنی برقاعده انتقال جرم برگشت‌پذیر آنالیت از نمونه به درون توده لایه حساس می‌باشد این نوع حسگر نوری اپتود توده غشایی ۲نامیده می‌شود که در سال ۱۹۹۲توسط سیمون ۳و سیلر ۴مطرح شد ]۱۵، ۱۷[. این دو قاعده اصلی اپتود و جنبه‌های تئوری آن را مطرح نمودند. اهمیت تئوری اپتودهای توده مبنی بر بافت پلی وینیل کلراید سنتزی در واژه‌های انتخاب پذیری، زمان پاسخ، محدوده اندازه‌گیری دینامیک، حساسیت و طول عمر نهفته می باشد و امکان مقایسه با داده‌های آزمایشی را فراهم آورده است. در قاعده کلی اپتود‌ها، آرایش هندسی و بهینه‌سازی ترکیب غشا مورد توجه و برای یک دسته نیازهای ویژه با جزئیات مطرح شد. با مفهوم تکنیک Spin_on یک تولید ساده از غشاهای اپتود خیلی باریک شرح داده می‌شود. با این تکنیک غشاهای خیلی همگن از ضخامت ۵-۱۰ میکرومتر فقط در ثانیه‌های اندک تولید شده‌اند ]۲۸[. به علاوه در حسگرهای توده‌ای برای یونوفر انتخابی سایت‌های چربی دوست که دارای بار مخالف با بار آنالیت می‌باشند، وجود دارد، بنابراین یونوفر ثانویه (فرعی)، کرمویونفر یا فلورویونفر نامیده می‌شوند. کرومویونفر معمولا یک شناساگر اسید- باز می‌باشد. یونوفرهای گوناگون و رنگ های شناساگر pH چربی‌دوست تولید شده در غشا‌ها برای طراحی سیستم‌های نوری حساس به کاتیون به کار رفته‌اند. انتقال نوری مبنی بر پروتونه و غیر پروتونه شدن رنگ شناساگرpH مرتبط با غلظت کاتیون موجود در غشا می‌باشد ]۲۷، ۲۸[.
بیشترین طرح‌های اپتود به طور همزمان پیش‌تغلیظ و تعیین آنالیت هدف را شامل می‌شود بنابراین قابل پاسخگو برای بازبینی پیوسته گونه‌های سمی در محیط آبی می‌باشد. در این روش‌ها لیگاند یا کروموفور مربوطه در ساختار یک بافت پلیمری قرار داده شده و آنالیت مربوطه از محیط آبی یا غیر آبی به درون پلیمر نفوذ انتخابی کرده و ضمن پیش‌تغلیظ با کروموفور مربوطه واکنش داده و رنگ تولید می‌شود. می‌توان این رنگ را توسط روش‌های جذبی با دستگاه نور‌سنج مطالعه نمود. بنابراین عملا یک روش پیوسته برای اندازه‌گیری کمی گونه‌ها در اختیار می‌گذارد ]۲۹[.
بسیاری از غشاهای مورد استفاده برای اپتودها دارای قابلیت تعویض یون بوده و در نتیجه به صورت گزینشی ۱یون به خصوصی را تعویض می‌کند. گزینش‌پذیری غشا بستگی به ثابت تعادل واکنش تعویض یون‌های مورد نظر و یونهای مزاحم بین فاز آلی (غشا) و آبی دارد و این ثابت تعادل بستگی به ثابت تشکیل کمپلکس این یون‌ها با واکنشگر دارد ] ۳۱، ۳۰[
۱-۱۳- پلیمرها و کاربرد آنها در حسگرهای نوری
مواد پلیمری به دلیل دارا بودن مزایایی از جمله هزینه نسبتا کم، پایداری مکانیکی خوب، حلالیت یکنواخت شناساگر در بافت پلیمری، تثبیت شناساگر در بافت پلیمری بدون شستن شناساگر، طول عمر مناسب، نداشتن رنگ یا لومینسانس ذاتی، داشتن بافت بی‌اثر در برابر مواد شیمیایی فعال مانند اکسنده‌ها و …. در دهه گذشته به طور وسیع در زمینه تکنولوژی ساخت حسگرها به کار برده شده‌اند ]۲۹،۳۲[. از جمله پلیمرهای مورد استفاده در حسگرهای نوری می‌توان پلی متیل متاکریلات (RMMA) و پلی وینیل پیرولیدین ]۳۲[، پلی آمیدها، پلی سلولز تری استات (CTA)، پلی وینیل کلراید (PVC) ]29، ۳۳[ را نام برد. که در اینجا به معرفی دو پلیمر CTA و PVC می‌پردازیم.
۱-۱۳-۱- پلیمر پلی وینیل کلراید
این پلیمر به علت داشتن دمای گذار شیشه‌ای۱ بالا (Tg) قابلیت شکنندگی دارد ]۳۴[. شکنندگی و سختی این پلیمر مانع نفوذ می‌شود در نتیجه برای جلوگیری از شکنندگی از یک نرم کننده استفاده می‌گردد که سبب استخراج و کشیده شدن آنالیت به داخل پلیمر می‌شود. از جمله ترکیبات نرم کننده می‌توان دای اکتیل فتالات، تری اکتیل فسفات، نیتروفنیل اکتیل اتر را نام برد ]۲۹، ۳۴[.
۱-۱۳-۲- پلیمر سلولز تری استات
پلیمر سلولزی جزء پلیمرهای آب گریز می باشند ]۲۹[. سلولز تری استات ۲(CTA) مانند سایر پلاستیک‌های سلولزی از تغییر شیمیایی پلیمر طبیعی سلولز به دست می‌آید. جنس فیلم های عکاسی از همین پلیمر می‌باشد ]۳۵[. در ساخت غشاهایی که جاذب آب نمی‌باشد، از حالت و ساختار استری آن استفاده می‌شود و به دلیل نفوذ‌پذیری بالا، توانایی نگهداری شناساگر تثبیت شده و متخلخل شدن سطح آن از طریق هیدرولیز به مقدار زیادی کاربرد دارند ]۳۶[. استفاده از فیلم‌های پلیمری استیل سلولز تری استات به این دلیل دارای توجه است که گونه آنالیت می‌تواند از محلول وارد بافت این پلیمر شده و طی فرآیند پیش تغلیظ انجام شده غلظت آن در فاز پلیمری فیلم افزایش یابد بنابراین اگر در ساختار فیلم پلیمری یک کروموفورتثبیت شده باشد با این گونه پیش‌تغلیظ شده واکنش تولید رنگ داده و می‌توان از روی شدت رنگ ایجاد شده به غلظت گونه مورد نظر پی برد. مزایای دیگر استفاده از فیلم‌های پلیمری افزایش گزینش‌پذیری روش می‌باشد بسیاری از گونه‌های مزاحم توانایی نفوذ در ساختار پلیمر را نداشته بنابراین نمی‌توانند با کروموفور واکنش تولید رنگ دهند. همین عامل باعث کاهش اثر مزاحم‌ها می‌شود ]۲۹، ۳۶[.
ساختار ریز حفره‌ای پلیمر سلولز تری استات، سطح موثر پلیمر را برای تثبیت واکنشگر افزایش می‌دهد ]۱۵، ۳۶[. همچنین مقدار بیشتری از شناساگر روی پلیمر نشانده می‌شود که کاهش زمان پاسخگویی را به همراه خواهد داشت. در بررسی انجام شده از همین پلیمر استفاده شده است ]۳۶[
۱-۱۴- روش های تثبیت۱ شناساگر
برای تهیه یک حسگر در ابتدا باید مولکول‌های واکنشگر به یک بافت مناسب متصل گردند که به چند طریق صورت می‌گیرد از آنجا که نوع روش تثبیت روی تکرار پذیری حسگر تأثیر می‌گذارد، ]۲۹[ بنابراین نوع روش تثبیت بسیار مهم می‌باشد.
۱-۱۴-۱- تثبیت فیزیکی
روش تثبیت فیزیکی ۲ساده‌ترین روش می‌باشد که به دو صورت زیر انجام می‌شود:
روش تثبیت جذب سطحی ۳: این روش از طریق پیوند‌های واندروالس و گاهی هم با پیوند‌های هیدروژنی یا نیروهای انتقال بار همراه است. این روش برای بررسی‌های کوتاه مدت رضایت بخش می‌باشد. مواد جذب شده روی پلیمر به روش جذب سطحی فیزیکی در مقابل تغییر pH و دما بسیار حساس می‌باشند ]۳۷[.
روش حبس در غشا: روش حبس در غشا یکی از روشهای گسترده و پرکاربرد تثبیت فیزیکی است. در این روش تثبیت برای ساخت غشا، واکنشگر چربی دوست از ابتدا به عنوان یکی از اجزای آن در مخلوط اولیه قرار می‌گیرد ]۳۹، ۳۸[. بافت های پلیمری PVC که با استفاده از نرم کننده نرم شده‌اند، برای این روش تثبیت به طور عمده به کار رفته می‌روند که منجر به ساخت حسگرهای توده‌ای می‌شود ]۲۹[.
۱-۱۴-۲- تثبیت الکترواستاتیکی۴
این روش تثبیت به میزان زیادی برای شناساگرهای کاتیونی به کار می‌رود. از این روش برای اتصال شناساگرهای باردار بر روی پلیمرهای یونی استفاده می‌شود. در این روش برهمکنش‌های الکترواستاتیک یا یونی بین شناساگر و گروه‌های باردار بافت پلیمری سبب تثبیت می‌شود. از مزایای این روش سادگی آن می‌باشد. پلیمر تبادلگر کاتیونی نافیون از پلیمرهایی است که به میزان زیادی برای تثبیت شناساگرهای کاتیونی به کار رفته است ]۴۰، ۴۱[. بسترهای سلولزی که دارای گروه‌های آمونیوم چهارگانه در سطح خود هستند نیز برای تثبیت شناساگرهای آنیونی به کار می روند ]۴۲[.
۱-۱۴-۳- تثبیت کووالانسی۱
تثبیت کووالانسی یا شیمیایی از طریق پیوند‌های کووالانسی بین گروه‌های عاملی فعال در شناساگر و بافت پلیمری صورت می‌گیرد. از مزایای این روش تثبیت می‌توان به پایداری بالای غشاء تهیه شده و عدم وجود نشت شناساگر به داخل نمونه اشاره نمود] ۳۲[. در حین واکنش تثبیت، گروه‌های عاملی شناساگر نباید صرفا به پلیمر متصل شوند بنابراین باید یک اصلاح شیمیایی در ساختار شناساگر صورت گیرد. موثرترین روش اصلاح استفاده از یک مولکول حد واسط مثل سیانوریک کلراید می‌باشد ]۳۶[. درمواردی که شناساگر و پلیمر گروه‌های عاملی لازم را برای انجا

  پایان نامه با کلید واژه هایمدلول عقد، اصل برائت، روح قانون
دسته بندی : No category

دیدگاهتان را بنویسید