دانشگاه ایلام
دانشكده علوم پایه
پایان‌نامه كارشناسی ارشد در رشته شیمی (تجزیه)
عنوان:
تهیه الکترودهای کربن سرامیکی و کربن شیشه ای اصلاح شده با نانولوله کربن و مولکول های کروسین، نانو ذرات اکسید روتنیم و مولکول های سلستین بلو و کاربرد آن ها در اندازه گیری ترکیبات بیولوژی و شیمیایی
استاد راهنما:
دكتر محمود روشنی
برای رعایت حریم خصوصی نام نگارنده پایان نامه درج نمی شود
(در فایل دانلودی نام نویسنده موجود است)
تکه هایی از متن پایان نامه به عنوان نمونه :
(ممکن است هنگام انتقال از فایل اصلی به داخل سایت بعضی متون به هم بریزد یا بعضی نمادها و اشکال درج نشود ولی در فایل دانلودی همه چیز مرتب و کامل است)
فهرست مطالب:
فهرست شکلها………………………………………………………………………………………….. ط
فصل اول (مقدمه)………………………………………………………………………………………… 1
1-1-مقدمه………………………………………………………………………………………………. 2
1-2- انواع الكترودهای مورد استفاده در شیمی تجزیه………………………………………………. 3
1-2- 1- الکترودهای جامد……………………………………………………………………………….. 3
1-2-2- الکترودهای مایع………………………………………………………………………………….. 3
1-2-1-1- الكترودهای فلزی………………………………………………………………………………. 3
1-2-1-2- الكترودهای نیمه هادی………………………………………………………………………… 4
1-2-1-3- پلیمرهای هادی…………………………………………………………………………………4
1-2-1-4- الكترودهای كربنی……………………………………………………………………………6
1-3- الكترودهای اصلاح شده و كاربردآنها در شیمی تجزیه………………………………………….. 6
1-3-1- اهداف استفاده از الكترودهای اصلاح شده……………………………………………………. 6
1-3-2- لزوم اصلاح سطوح الكترودی……………………………………………………………………. 6
1-3-3- الكترودهای اصلاح شده شیمیایی……………………………………………………………. 7
1-3-3-1- چگونگی اصلاح سطوح الكترودی…………………………………………………………. 8
1-3-4-دسته بندی الکترودهای اصلاح شده با توجه به کاربرد آنها در روشهای مختلف آنالیزی…9
1-4- شیمی روتنیم……………………………………………………………………………………. 11
1-4-1کشف ونامگذاری………………………………………………………………………………. 11
1-4- 2- خصوصیات فیزیکی……………………………………………………………………………12
1-4-3-خصوصیات شیمیایی…………………………………………………………………………… 12
1-5- شیمی کلریدروتنیم……………………………………………………………………………… 12
1-6- نانوذرات اکسید روتنیم……………………………………………………………………….. 12
1-7- شیمی نانولوله‌های‌کربن……………………………………………………………………….. 13
1-8- شیمی کروسین……………………………………………………………………………….. 14
1- 9- شیمی تیونین و سلستین……………………………………………………………………. 15
1- 10- شیمی سل-ژل………………………………………………………………………………. 16
1-10-1- الکترود های ساخته شده براساس سل-ژل……………………………………………….16
1-11- الکترود های کربن شیشه ای……………………………………………………………….16
1-12- فعال سازی سطح الکترود و انواع آن…………………………………………………………17
1-12-1- روش قرار دادن اصلاحگر بر سطح الکترود………………………………………………..18
1-12-2- ساختار اصلاح کننده های سطح………………………………………………………….18
1-13- اهداف کار پژوهشی حاضر………………………………………………………………………20
فصل دوم (مروری بر کارهای انجامشده در زمینه الکترودهای اصلاحشده،NADHو پریدات)…….21
2-1- مروری بر کارهای انجام شده در زمینه اندازهگیری ترکیبات مختلف بر پایه الکترودهای اصلاحشده با لوله کربن و مولکول های کروسین…22
2-2- مروری بر استفاده از نانو ذرات اکسید روتنیم برای اصلاح سطح الکترود………………….22
2-3- مروری بر کارهای انجام گرفته برای تعیین NADHبه روش الکتروشیمیایی……………… 24
2-4- مروری بر کارهای انجام گرفته برای تعیین پریدات با استفاده از الکترودهای اصلاحشده…24
فصل سوم (تعیین آمپرومتری نیکوتین آمید آدنین دی نوکلئوتید اسید با الکترود کربن سرامیک اصلاح شده با نانولوله کربن و مولکول های کروسین)……………….26
1-3- مقدمه………………………………………………………………………………………… 27
3-2- بخش تجربی……………………………………………………………………………………28
3-2-1- مواد ومعرفها…………………………………………………………………………………28
3-2-2- دستگاهها و وسایل مورد نیاز……………………………………………………………..29
3-2-3- روش تهیه الکترود کربن سرامیک Bare و اصلاح شده با نانولوله کربن به روش سل-ژل…29
3-2-3-1- روش تهیه الکترود کربن سرامیک اصلاح شده با مولکول های کروسین………….29
3-3- بررسی الکتروشیمی فیلم نانولوله کربن-کروسین تشکیل شده در سطح الکترود……31
3-4- تاثیر استفاده از نانولوله کربن در رفتار الکتروشیمیایی کروسین جذب شده در سطح الکترود…32
3-5- فعالیت الکتروشیمیایی الکترود CCE/CNTs/Cro در سرعتهای روبش مختلف……….33
3-6- محاسبه ضریب انتقال بار و ثابت سرعت انتقال الکترون برای الکترود اصلاحشده…. 34
3-7- محاسبه غلظت سطحی کروسین در سطح الکترود…………………………………..36
3-8- بررسی میزان پایداری فیلم کروسین جذب شده تشکیل شده در سطح الکترود…..36
3-9- بررسی رفتار الکتروشیمیایی فیلم کروسین جذب شده در سطح الکترود در pH های متفاوت….37
3-10- خواص الکتروکاتالیزوری فیلم CNTs/Cro برای اکسیداسیون الکتروکاتالیزوری NADH…..
3-11- بررسی رفتار الکتروشیمیایی الکترود کربن سرامیک اصلاح شده با نانولوله کربن و کروسین در غلظت های متفاوتی از NADH
3-12- محاسبه ثابت سرعت کاتالیزوری برای اکسیداسیون NADH توسط الکترود کربن سرامیک اصلاح شده با CNTs/Cro
3-13-بررسی تاثیر PH محلول روی اکسیداسیون الکتروکاتالیزوری NADH …………
3-14- تعیین محدوده خطی NADH با الکترود کربن سرامیک اصلاح شده با نانولوله کربن و کروسین…42
3-15- تعیین حساسیت و حد تشخیص الکترود اصلاحشده برای اندازهگیری NADH ……..
3-16- بررسی پایداری پاسخ الکترود اصلاحشده نسبت به اکسیداسیون الکتروکاتالیزوری NADH……
3-17- نتیجه گیری …………………………………………………………………………46
فصل چهارم (تعیین آمپرومتری پریدات با استفاده از الکترود کربن شیشه ای اصلاح شده با نانو ذرات اکسید روتنیم)…47
4- 1- مقدمه ……………………………………………………………………………….48
4 -2- بخش تجربی…………………………………………………………………………48
4- 2- 1- مواد و معرف ها……………………………………………………………48
4-2- 2- دستگاهها و تکنیک‌های اندازهگیری……………………………………………49
4-2-3- روش تهیه نانوذرات اکسید روتنیم در سطح الکترود کربن شیشهای…………49
4-2- 4- روش تهیه الکترود اصلاح شده با نانوذرات اکسید روتنیم وسلستین بلو…….51
4-3- محاسبه سطح موثر الکترود کربن شیشهای اصلاح شده با نانوذرات اکسید روتنیم…51
4- 4- بررسی الکتروشیمی فیلم نانوذرات اکسید روتنیم- سلستین بلو در سطح الکترود کربن شیشهای….52
4-5- تأثیر استفاده از نانوذرات اکسید روتنیم در رفتار الکتروشیمیایی سلستین بلو جذب شده در سطح الکترود…53
4-6- فعالیت الکتروشیمیایی الکترود CB- RuOx/GC در سرعتهای روبش مختلف… 54
4-7- محاسبه ضریب انتقال بار و ثابت سرعت انتقال الکترون برای الکترود اصلاح شده..56
4-8- محاسبه غلظت سطحی سلستین بلو جذب شده در سطح نانوذرات اکسید روتنیم…57
4- 9- بررسی میزان پایداری فیلم سلستین بلو تثبیت شده بر سطح نانوذرات اکسید روتنیم…58
4- 10- بررسی رفتار الکتروشیمیایی فیلم نانو ذرات اکسید روتنیم- سلستین بلو جذب شده در سطح الکترود…58
4-11- بررسی رفتار الکتروشیمیایی فیلم سلستین بلو جذب شده در سطح الکترود در PHهای مختلف….60
4- 12- بررسی خواص الکتروکاتالیزوری فیلم RuOx- Celestine blue برای احیای الکتروکاتالیزوری پریدات..61
4-13- بررسی تاثیرpH محلول روی احیای الکتروکاتالیزوری پریدات………………. 63
4-14- بررسی رفتار الکتروشیمیایی الکترود GC/RuOx- CB در غلظت‌های متفاوت…63
4- 15- محاسبه ثابت سرعت کاتالیزوری برای پریدات………………………………..64
4- 16- استفاده از روش آمپرومتری برای اندازهگیری پریدات توسط الکترود کربن شیشهای شده اصلاح شده با فیلم RuOx- CB و تعیین محدوده کالیبراسیون خطی………..65
4-17- تعیین حساسیت و حد تشخیص الکترود GC/RuOx- CB برای تشخیص پریدات…66
4- 18- بررسی پایداری پاسخ الکترود GC/RuOx- CB برای اندازهگیری پریدات…….67
4-19- نتیجه گیری…………………………………………………………………………. 68
فهرست منابع………………………………………………………………………………..69
چکیده:
در بخش اول این پروژه، نوع جدیدی حسگر برای اندازه گیری نیکوتین آمید دی نوکلئوتید اسید (NADH) با استفاده از تکنیک سل-ژل و اصلاحگر کروسین و نانولوله کربن ساخته شده است. این الکترود اصلاح شده خاصیت الکتروکاتالیزوری خوبی نسبت به اکسیداسیون NADH در pH=7 از خود نشان می دهد. (پتانسیل اکسایش 25/0 ولت نسبت به الکترود مرجع ). از آمپرومتری هیدرودینامیک برای اندازه گیری NADH در سطح الکترود کربن سرامیک اصلاح شده استفاده شد. حد تشخیص ، حساسیت و محدوده کالیبراسیون خطی نسبت به NADH به ترتیب µM 2، nA.µM-1 4/2، 2-2500 میکرو مولار در زمان پاسخ دهی کمتر از یک ثانیه محاسبه شد.
در بخش دوم این پروژه، یک روش جدید برای اکسیداسیون الکتروکاتالیزوری پریدات با استفاده از الکترود کربن شیشهای اصلاحشده با نانوذرات اکسید روتنیم انجام شده است. نانوذرات اکسید روتنیم نیز به وسیلهی روش الکتروشیمیایی در سطح الکترود کربن شیشهای سنتز شدهاند. حدتشخیص، حساسیت و ثابت سرعت کاتالیزوری الکترود اصلاحشده برای –IO4 به ترتیب µM 1/6، nA.µM-1 7/9 و محدوده غلظت خطی تا 4 میلی مولار محاسبه شد. الکترود اصلاحشده پاسخ الکتروشیمیایی، حساسیت، پایداری و تکرارپذیری خوبی را نشان میدهد.
فصل اول: مقدمه
1-1- مقدمه
الکتروشیمی شاخهای از شیمی است که به بررسی واکنشهای شیمیایی می‌پردازد که در اثر عبور جریان الکتریکی انجام میشوند و یا انجام یافتن آنها سبب ایجاد جریان الکتریکی میشود. فنون الکتروشیمیایی تجزیه، تاثیر متقابل شیمی و الکتریسیته، یعنی اندازهگیری کمیتهای الکتریکی، مانند جریان، پتانسیل و بار و ارتباط آنها با پارامترهای شیمیایی را شامل میشوند. چنین استفادهای از اندازهگیریهای الکتریکی برای اهداف تجزیهای، گسترهی وسیعی از کاربردها را به وجود میآورد که بررسیهای زیست محیطی، کنترل کیفیت صنعتی، یا تجزیههای زیست پزشکی را در بر میگیرد. فرآیندهای الکتروشیمیایی بر خلاف بسیاری از اندازهگیریهای شیمیایی که در درون محلولهای همگن انجام میگیرند، در حد فاصل الکترود- محلول قرار دارند [1].
الکتروشیمی تجزیهای در سالهای اخیر، به عنوان شاخهای با دو ویژگی بنیادی و کاربردی از شیمی رشد سریع و چشمگیری داشته است، این امر از یک سو به ماهیت تلفیق پذیری الکتروشیمی با دیگر علوم و فناوری مانند زیست شناسی، پزشکی و الکترونیک مربوط است و از سوی دیگر ویژگیهای خاص الکتروشیمی در مقایسه با برخی روشهای تجزیهای بر کاربرد آنها میافزاید. روشهای الکتروشیمیایی کاربرد زیادی در بررسی فرآیندهای انتقال الکترونی بسیاری از مولکولها و زیست مولکولها و مکانیسم واکنشهای احیا در زمینههای مختلف دارند. این روشها دارای مزایای زیادی از قبیل حساسیت زیاد، حد تشخیص کم، محدوده خطی وسیع، تشخیص سریع، سادگی روشها و دستگاههای مورد نیاز و کمهزینه بودن آنالیزها هستند [2].
حسگرها و زیستحسگرهای الکتروشیمیایی به دلیل حساسیت زیاد، انتخابگری بالا، زمان پاسخدهی سریع، قیمت مناسب و قابل حمل بودن بسیار مورد توجه قرار دارند. از طرف دیگر حسگرهای الکتروشیمیایی دارای محدودیتهایی نیز هستند، که از جمله آنها می توان به پایداری کم در مدت زمانهای طولانی، تداخلات با سایر گونهها در نمونههای حقیقی و همچنین به مشکلات انتقال بار در سطح الکترود در برخی موارد اشاره کرد. اخیرا به کارگیری نانوساختارها تاثیر قابل توجهی در توسعه حسگرهای شیمیایی و زیستحسگرها و افزایش کاربردهای محیط زیستی، کلینیکی و صنعتی داشته است.
نانومواد با توجه به خواص منحصر به فرد خود دارای طیف گستردهای از کاربردها در زمینه انرژی، محیط زیست و فنآوریهای پزشکی هستند که این خواص را در درجه اول اندازه آن، سپس ترکیب و ساختار تعیین میکند که به علت این خواص شگفتانگیز مورد علاقه بسیاری از دانشمندان قرار گرفتهاند [6-3]. از میان انواع نانوساختارها، اکسیدهای فلزی و نانولولههای کربنی کاربردهای ویژه ای در الکتروشیمی و الکتروآنالیز گونهها دارند. از طرف دیگر روش ساخت نانوذرات فلزات و اکسیدهای فلزی تاثیر قابل توجهی بر خواص فیزیکی، شیمیایی و الکتروشیمیایی آنها دارند. از میان روشهای متنوع ساخت نانوذرات اکسیدهای فلزی، انباشت الکتروشیمیایی به دلیل سادگی روش، سازگار بودن با محیط و انجامپذیری در دمای پایین، بسیار مورد توجه بوده است. انباشت الکتروشیمیایی به فرآیندی گفته میشود که با اعمال پتانسیل مناسب و کنترل سایر عوامل لایهای از فلز در سطح الکترود رسوب کرده و منجر به به بهبود خواص آن میشود. با اعمال شرایط مناسب، با استفاده از این روش میتوان نانوساختارهای فلزی را در سطح الکترود سنتز نموده و الکترود را اصلاح کرد [7].
2-1- انواع الكترودهای مورد استفاده در شیمی تجزیه
انواع مختلفی از الكترودها با ساختارهای متفاوت در شیمی تجزیه كاربرد دارند كه می توان آنها را از دیدگاههای مختلفی مورد بحث و بررسی قرار داد. برای یك الكترود دارا بودن هدایت الكتریكی در یك محدوده پتانسیل شیمیایی حلال مورد استفاده و پایداری فیزیكی و شیمیایی مناسب ازاهمیت خاصی برخوردار است. الكترودها بر اساس حالت فیزیكی به دو دسته تقسیم می شوند:
1-2-1- الکترودهای جامد: که شامل الكترودهای فلزی، الكترودهای نیمه هادی، پلیمرهای هادی و الكترودهای كربنی است
2-2-1- الکترودهای مایع(Hg ): که شامل الکترود قطره جیوه چکنده و الکترود قطره جیوه آویزان است.
1-1-2-1- الکترودهای فلزی:
در حالی که انتخای گستردهای از فلزات نجیب امکان پذیر است اما از مهمترین این الکترودها میتوان به طلا، پلاتین، نقره، ایریدیم، تنگستن و آلومینیوم اشاره کرد. این الکترودها عمدتا از یک فلز بیاثر (نسبت به حلال مورد استفاده) تشکیل شدهاند، امکان استفاده از این الکترودها شدیدا تابع حلال مورد استفاده و محدوده پتانسیل شیمیایی است. این الکترودها معمولا دارای پتانسیل مازاد کمتری بوده و اکسیداسیون و احیای این ترکیبات الکتروفعال در سطح آنها بهراحتی انجام میگیرد و در پیلهای الکتروشیمیایی معمولا بهعنوان الکترود مخالف بهکار میروند و استفاده از آنها بهعنوان الکترود کار بعد از اصلاح سطح آنها امکان پذیر است. اصول حاکم بر رفتار این الکترودها از توزیع انرژی فرمی دیراک و تئوری نوار تعیین میشود [3-1].
2-1-2-1- الکترودهای نیمه هادی:
قسمت اصلی این الکترودها یک نیمه هادی می باشد که از تک کریستال آن در مطالعات اسپکتروشیمیایی و از آرایههای آنها در شناسایی همزمان چندین آنالیت استفاده میشود. از مهمترین نیمههادیها میتوان به گرافیت، سیلیسیم، ژرمانیم، اکسید قلع و اکسید ایندیم اشاره کرد که معمولا لایهی نازکی از آن بر روی یک بستر فلزی نشانده میشود [4].
3-1-2-1- پلیمرهای هادی:
این پلیمرها به دو دسته تقسیم می شوند:
الف) پلیمرهای ذاتا هادی که بهواسطه داشتن الکترون مازاد و یا کمبود الکترون ذاتا دارای هدایت الکتریکی هستند مانند پلی آنیلین یا پلی پیرول.
ب) پلیمرهای هادی عارضی که با افزودن مواد با هدایت الکتریکی بالا مثل پودر نیکل، نقره، مس و یا گرافیت به پلیمرهای دارای هدایت الکتریکی پایین مثل پلی وینیل کربن یا پلی اتیلن تهیه میشوند. میزان مقاومت این پلیمرها در حدود 108 اهم بر سانتیمتر است که با افزودن این ترکیبات مقاومت آنها تا 1-10 –106 اهم بر سانتیمتر پایین می آید. دوده کربن از شایعترین پرکنندههاست که با افزودن آن به این پلیمرها (حداکثر تا میزان 25% وزن پلیمر) هدایت افزایش مییابد.
در بعضی از پلیمرهای آبکاری[1] شده نیز بهعنوان الکترود استفاده شده است که در آنها یک فلز نجیب همانند طلا یا پلاتین به طریق شیمیایی بر روی بستر پلیمری رسوب داده میشود.
Electroless plating1
تعداد صفحه : 103
قیمت : 14700تومان