""زکات علم نشر آن است امام علی علیه السلام""

""زکات علم نشر آن است امام علی علیه السلام""

""کاربرد نانو مواد در الکتروشیمی تجزیه""

کلیه مطالب این وب نوشت توسط نویسنده آن تهیه و تنظیم می گردد و کپی برداری از متـون شرعاً و اخلاقاً تنها با درج منبع و ذکر نام وبلاگ امکان پذیر می باشد.

یا مهدی (عج)

آخرین نظرات
نویسندگان

۱ مطلب با کلمه‌ی کلیدی «مبدلهای هدایت سنجی» ثبت شده است

نانو الکتروشیمی

chemist | سه شنبه, ۱۲ فروردين ۱۳۹۳، ۰۵:۲۹ ب.ظ

نانو الکتروشیمی1 شاخه ای از الکتروشیمی است که به تحقیق و مطالعه خواص الکتریکی و الکتروشیمیایی مواد در محدوده نانومتر (یک میلیاردم متر ) می پردازد . و نقش قابل ملاحظه ای در ساخت انواع حسگرها و دستگاههای شناسائی مولکول ها در غلظت های بسیار پایین دارد.
نانو حسگرها2 ، حسگرهایی در ابعاد نانومتری گویند که به خاطرکوچکی و نانومتری بودن ابعادشان از دقت دقت و واکنش پذیری بسیار بالایی برخوردارند، حساسیت این نوع از نانو مواد به حد کافی بالا می باشد . به طوری که حتی نسبت به حضور چند اتم از یک گاز هم عکس العمل نشان می دهند.


به طور کلی نانو حسگرهای الکتروشیمیایی را می توان به 3 دسته کلی زیر طبقه بندی کرد[1]:
1. حسگرهای پتانسیومتری
2. حسگرهای آمپرومتری
3. مبدلهای هدایت سنجی3

1.پتانسیومتری
اندازه گیری اختلاف پتانسیل بین دو الکترود شناور در یک محلول را پتانسیوتری می نامند. در اغلب موارد یکی از این دو الکترودها الکترود شناساگر و دیگری الکترود مرجع است. پتانسیومتری را در شیمی تجزیه، برای دو هدف مشخص زیر به کار می برند:

الف- پتانسیومتری مستقیم: نظر به این که پتانسیل الکترود تابع فعالیت گونه شیمیایی معینی است که در محلول آزمایشی وجود دارد، بنابراین با اندازه گیری پتانسیل الکترود و با استفاده از معادله ی نرنست، میتوان به فعالیت گونه شیمیایی مورد نظر پی برد.
ب- عیار سنجی های پتانسیومتری: با توجه به اینکه پتانسیل الکترود متناسب با تغییر غلظت گونه ی آزمایشی در محلول عوض می شود، بنابراین با اندازه گیری تغییرات پتانسیل الکترود در جریان واکنشهای شیمیایی و از روی تغییر ناگهانی آن در نقطه ی تعادل، پایان اندازه گیری را مشخص می سازند[2]
از مزایای تکنیک پتانسیومتری قیمت پایین، زمان پاسخ کوتاه، گزینش پذیری بالا و دامنه ی خطی گسترده پاسخ برای تجزیه های متعدد می باشد. به هر حال، تکنیکهای پتانسیومتری هنوز گاهی از مشکلات مربوط به عدم حساسیت، حد تشخیص4 بالا و مشکلات در کوچک سازی الکترود رنج می برد. در این زمینه، ترکیب نانومواد با حسگر های پتانسیومتری یک پاسخ امیدوار کننده به منظور غلبه بر
محدودیتهای تکنیک به شمار می آید. دو گونه اصلی در دسته ی نانوحسگرهای پتانسیومتری قرار می گیرند:
1. ترانزیستورهای اثر میدان5 (FET)
2. الکترودهای انتخابی یون6 (ISE)


1-1 ترانزیستورهای اثر میدان (FET)

ترانزیستور اثر میدان، دسته ای از ترانزیستورها هستند که مبنای کار کنترل جریان در آن ها توسط یک میدان الکتریکی صورت می گیرد. FETs اغلب گردش جریان سراسر یک ترانزیستور را اندازه گیری می کنند که الکترودهای منبع و تخلیه7 را به هم متصل می کند.
FET از کانالهای نیمه هادی8 استفاده می کند که قابلیت هدایت توسط زمینه های خارجی تحت تاثیر قرار می گیرد که در این مورد مطابق با تغییر پتانسیل می باشد. به علت تغییر در پتانسیل در اثر میدان است که FETs به عنوان حسگرهای پتانسیومتری طبقه بندی می شوند. الحاق مواد نانو ساختار به طرح های  FET سبب غلبه بر معایبی مثل پاسخهای ناپایدار می شود.

مورد استفاده ترین مواد نانو ساختار9 برای ساخت، FETs نانو لوله های کربنی10 (CNTs) و نانو سیم11 های (NWs) نیمه هادی با توجه به قابلیت هایشان به تشکیل کانال برای اتصال منبع و تخلیه بدون مدفون شدن در زیر لایه ی دی الکتریک می باشد.
مزایای اصلی Nano-FETs شامل حد تشخیص های فوق العاده پایین، امکان عاملدار کردن مستقیم با مواد نانو ساختار و کوچک سازی آسان می باشد.

 2-1. الکترودهای انتخابی یون (ISE)

ISE معمولا به عنوان حسگرهای پتانسیومتری شناخته می شود که شامل یک غشای پلیمری انتخابی  است، که تداخلهای ماتریسی را کاهش می دهد و بر پیدایش اختلاف پتانسیل، بین دو محلول قرار گرفته در دو سوی غشاء استوار است، در حالی که هر دو محلول دارای یونی معین ولی با غلظتهای متفاوت می باشند.
کاربرد ISE معمولاً در تعیین فعالیت یونها و مولکولها به روش پتانسیومتری مستقیم است، ولی از آنها در تعیین عیارهای پتانسیومتری برای تشخیص نقطه ی پایان نیز استفاده می شود.
استفاده از ماده نانو ساختار به عنوان مبدل در ISEs توسعه انواع جدیدی از حسگرهای پتانسیومتری را فراهم می کند که در آن غشای پلیمری توسط گیرنده های به طور مستقیم متصل شده به مبدل نانو ساختار مثل (CNTs ،NWs، نانوذرات فلزی12 (MNPs) ، فولرن13 و گرافن) جایگزین می شود.
توسعه و کاربرد ISEs برای سنجش کاتیونهای فلزات سنگین یک تکنیک جالب تحقیق تجزیه ای به علّت دقت، پاسخ سریع، تجزیه غیر مخرب و قیمت پایین شان به شمار می رود.

2. آمپرومتری

اندازه گیری شدت جریان حاصل از یک واکنش الکتروشیمیایی را که در جریان پیشرفت یک واکنش عیار سنجی و با مشارکت گونه های شرکت کننده در آن به وقوع می پیوندد، آمپرومتری می گویند[2]
در روش ولتامتری یک پتانسیل به پیل اعمال می شود تا اکسایش (یا کاهش) ماده مورد سنجش اتفاق افتد و یک افزایش یا کاهش در جریان پیل ایجاد شود، این روش به آمپرومتری معروف است. انتخاب حسگر در کارهای ولتامتری از اهمیت بالایی برخوردار است، به طوریکه کارایی فرآیند ولتامتری شدیداً توسط جنس الکترود تحت تاثیر قرار می گیرد.

3. هدایت سنجی

هدایت الکتریکی یا رسانایی هر محلول را جا به جایی یونهای موجود در آن به وجود می آورد و برای آگاهی از این رسانایی، کافی است حجم کوچکی از محلول را بین دو الکترود شناور در آن قرار داده، عبور جریان ناشی از اختلاف پتانسیل بین دو الکترود را مورد بررسی قرار داد. بزرگی این رسانایی در اثر واکنش شیمیایی تغییر می یابد. اندازه ی هدایت محلولها، تابع تعداد ذرات باردار یا یونهای موجود در محلول است و مقدار آن از روی شدت جریان حاصل از اعمال اختلاف پتانسیل معین بین دو الکترود، قابل ارزیابی است. حدود مشارکت یونها در ایجاد هدایت الکتریکی نیز، تابع غلظت، بار و میزان تحرک آنها می باشد. هدایت محلول بستگی به ابعاد الکترودهایی دارد که جریان الکتریسیته از آن عبور می کند. هدایت محلول متناسب با معکوس فاصله بین دو الکترود (L) و هم چنین متناسب با مساحت سطح مقطع الکترود (A) می باشد[2].
این تکنیک اگر چه بر پایه ی اندازه گیری هدایت الکتریکی استوارند و مکانیسم پاسخ بر اساس واکنش الکتروشیمیایی نیست، اما جزو حسگرهای الکتروشیمیایی طبقه بندی می شوند.

4. الکتروشیمی لومینسانس (ECL)

در الکتروشیمی لومینسانس14، عامل تحریک انرژی واکنش الکتروشیمیایی است. گونه های تولید شده در فرایند اکسایش/کاهش روی سطح الکترود، خود واکنش پذیر بوده و یک واکنش پر انرژی انتقال الکترونی در محلول انجام می دهند. انرژی حاصل از این واکنش و سرعت تولید آن به قدری زیاد است که فرصت انتقال آن به محیط (اتلاف به صورت انرژی گرمایی) کم است. لذا انرژی آزاد شده از این واکنش، صرف برانگیختگی محصول واکنش می شود. بازگشت محصول به حالت الکترونی پایه نور تولید می کند. این فرآیند با واسطه مولکول های متعددی از جمله ترکیبات روتنیم، اسمیم، رنیم و یا دیگر عناصر شناخته شده رخ می دهد. فرآیند الکتروشیمی لومینسانس باعث تولید پیش سازهای پایدار در سطح الکترود می شود که محصول نهایی این واکنش تولید نور است. این تکنیک توجه زیادی را به علت همه کاره بودن، نصب ساده و حساسیت بالا به خود جلب کرده است.


1 Nano Electrochemistry
2 Nano sensor
3 Conducive

4 Detection limit
5 Field-effect transistor
6 Ion Selective Electrodes
7 Drain
8 Semiconducting channel

9 Nanostructure
10 Carbon nanotubes
11 Nanowire
12 Metallic Nanoparticles
13 Fullerene

14 Electrochemiluminescence


منابع مورد استفاده:

1) Gemma Aragay, Arben Merkoci, "Nanomaterials application in electrochemical detection of heavy metals", Electrochimica Acta 84 (2012) 49-61

2) گلابی، سید مهدی( 1389 )، مقدمه ای بر الکتروشیمی تجزیه: اصول و کاربردها، تبریز،
انتشارات ستوده.

  • chemist