تهیه و شناسایی نانوذرات اکسید فلزی(اکسید کبالت، روی و ایریدیوم) و بکارگیری آنها در ساخت حسگرها و زیست حسگرها طراحی و ساخت حسگر نیتریت بر پایه نانولوله های کربنی اصلاح شده با کمپلکس رودیوم(iii)

حسگرها و بیو حسگرهای الکتروشیمیایی به دلیل حساسیت زیاد، انتخاب گری بالا، زمان پاسخ دهی سریع، قیمت مناسب و قابل حمل بودن بسیار مورد توجه قرار دارند. از طرف دیگر حسگرهای الکتروشیمیایی دارای محدودیتهای نیز هستند، که از جمله آنها می توان به پایداری کم در مدت زمانهای طولانی، تداخلات با سایر گونه ها در نمونه های حقیقی و همچنین به مشکلات انتقال بار در سطح الکترود اشاره کرد. اخیرا بکار گیری نانوساختارها تاثیر قابل توجهی در توسعه حسگرهای شیمیایی و زیست جسگرها و افزایش کاربردهای محیط زیستی، کلینیکی و صنعتی شده است. از میان انواع نانوساختارها ، اکسیدهای فلزی و نانولوله های کربنی کاربردهای ویژه ای در الکتروشیمی و الکتروآنالیز گونه ها 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 نانو ذرات اکسیدهای فلزی، انباشت الکتروشیمیایی به دلیل سادگی روش، سازگار بودن با محیط و انجام پذیری در دمای پایین(کمتر ازc 200 ?) بیشتر مورد توجه هستند. به عنوان مقدمه ابتدا مکانیسم الکتروکریستالیزاسیون و اثر عوامل مختلف موثر بر آن و در نهایت تاثیر عوامل مختلف بر شکل ، اندازه، خواص فیزیکی ، شیمیایی و الکتریکی آنها مورد مطالعه قرار می گیرد. در فصل دوم ساخت سه نوع از نانوذرات اکسیدهای فلزی شامل اکسید کبالت، اکسید روی و اکسید ایریدیوم مورد مطالعه قرار گرفته است. ساخت نانوذرات اکسید فلزات فوق به روش انباشت الکتروشیمیایی و در سطح الکترود کربن شیشه ای انجام شده است. تهیه نانوذرات اکسیدهای ایریدیوم و کبالت به روش روبش پتانسیل و تهیه نانو ذرات اکسید روی به روش اعمال پتانسیل ثابت انجام شده است. تغییرات دامنه پتانسیل اعمال شده به عنوان متغییری موثر در تغییر شکل و ساختار نانو ذرات اکسید کبالت مورد موطالعه قرار گرفته است. نتایج بدست آمده نشان می دهد که با افزایش دامنه روبش پتانسیل شکل نانوذرات اکسید کبالت از کروی و با ابعاد حدود 30 نانومتر تا اشکال کرم مانند با نسبت طول به عرض زیاد و تا چند صد نانومتر تغییر می کند. ساختار ، شکل و ابعاد نانوذرات تولید شده به روشهای مختلفی مانند میکروسکوپ اکترونی، میکروسکوپ نیروی اتمی روبشی و همچنین تکنیکهای ولتامتری و اسپکتروسکوپی امپدانس مورد مطالعه و ارزیابی قرار گرفت. خواص الکتروکاتالیزوری انواع نانو ذرات تولید شده در فرایند اکسیداسیون الکتروشیمیایی آب اکسیژنه و ارسنیک محلول در آب مورد مطالعه و مقایسه قرار گرفته است. پتانسیل و با تغییر ماهیت اکسید های کبالت از اکسیدهای با ظرفیت کبالت پایین به اکسیدهای کبالت با اعداد اکسایش مشاهدات بدست آمده نشان داده است که با افزایش دامنه روبش بالاتر، خواص الکتروکاتالیزی این نانو ساختارها برای آب اکسیژنه افزایش و برای ارسنیک کاهش می یابد. همچنین در فصل سوم رفتار الکتروشیمیایی اکسید کبالت در سطح الکترود کربن شیشه در ph های مختلف و در سرعتهای روبش مختلف مورد مطالعه قرار گرفت. نتایج بدست آمده نشان داده است که انباشت الکتروشیمیایی نانوذرات اکسید کبالت در سطح کربن شیشه ای موجب استقرار یک زوج پایدار اکسید و احیای برگشت پذیر با ثابت سرعت انتقال الکترون زیاد و در محدوده ای وسیع از ph بر سطح الکترود شده است. این نتایج نشان می دهد که اکسید کبالت انباشته شده بر سطح الکترود می تواند به عنوان حد واسط انتقال الکترون در فرایند الکتروکاتالیز مورد استفاده قرار گیرد. این قابلیت با بررسی رفتار الکتروشیمیایی الکترود اصلاح شده با نانوذرات اکسید کبالت در غیاب و حضور گونه های مانند، آب اکسیژنه، انسولین، گوانین ویون ارسنیت مورد ارزیابی قرار گرفته است. با توجه به کارایی بالای الکترود اصلاح شده در فرایند الکترواکسیداسیون گونه های فوق، حسگرها و بیوحسگرهای برای آنالیز گونه های فوق طراحی و ساخته شد که هر کدام در نوع خود از ویژه گیهای جدیدی نسبت به موارد مشابه برخوردار هستند. علاوه بر این به دلیل خلل و فرج وسطح تماس زیاد الکترود اصلاح شده، وجود گروهای عاملی زیاد مانند هیدروکسید و نیز انطباق پذیری زیاد این نانو ذرات با بیومولکولها نانوذرات اکسید کبالت بستر مناسبی برای انباشت انواع آنزیمها و بیومولکولها هستند. در بخش دیگری از این پروژه تحقیقاتی بیومولکولهای مانند فالووین آدنین دی نوکلوئتید(fad)، هموگلوبین(hb) و آنزیم کلسترول اکسیداز(chox) با استفاده از اعمال سیکلهای پی درپی بر سطح نانوذرات اکسید کبالت مستقر در سطح الکترود کربن شیشه ای مستقر شده اند. الکترود های اصلاح شده با بیومولکولهای فوق به وسیله تکنیکهای مختلفی از جمله ولتامتری چرخه ای، اسپکتروسکوپی امپدانس و اسپکتروسکوپی uv-vis مورد ارزیابی قرار گرفته اند. کارایی الکترود های اصلاح شده با این دسته از بیومولکولها در اندازه گیری گونه های مختلف مورد آزمایش قرار گرفته است. ولتاموگرامهای ثبت شده از الکترودهای اصلاح شده ی gc/coox-nps/fad ، gc/coox-nps/hb و gc/coox-nps/chox به ترتیب در حضور و غیاب گونه های نیتریت، آب اکسیژنه و کلسترول ثبت شده است. شواهد نشان دهنده رفتار الکتروکاتالیزی بسیارخوبی برای الکترودهای فوق است. کارایی این الکترودهای اصلاح شده بوسیله ثبت ولتاموگرامهای چرخه ای در حضور غلظتهای مختلف از گونه های آنالیزی مورد ارزابی قرار گرفته است. برای بدست آوردن بهترین نتایج آنالیزی، روشهای هیدرودینامیک همانند روش مرسوم آمپرومتری و روش فلو اینجکشن مورد استفاده قرار گرفته است. قابلیت کاربرد نانوذرات اکسید روی و اکسید ایریدیوم در طراحی حسگرها و زیست حسگرها در فصل چهارم مورد بررسی قرار گرفته است. انباشت الکتروشیمیایی نانوذرات اکسید روی تحت شرایط اعمال پتانسیل ثابت انجام گرفته است. تصویر بر اداری با میکروسکوپ الکترونی نشان می دهد که سطح الکترود کربن شیشه ای بوسیله لایه یکنواختی از نانوذراتی به شکل کروی و با ابعادی در حدود 30 تا 50 نانومتر پوشیده شده است. به دلیل بر همکنش ویژه بسیاری از زیست مولکولها با اکسید روی، انباشت الکتروشیمیایی گوانین و محصولات اکسیداسیون آن در سطح نانوذرات اکسید روی بوسیله تکنیک ولتاموگرام چرخه ای و با اعمال ولتاموگرامهای پی در پی مورد مطالعه قرار گرفته است. ارزیابی تشخیصی نشان دهنده انباشت 8- اکسو-گوانین به عنوان یکی از محصولات اکسیداسیون گوانین در سطح الکترود کربن شیشه ای اصلاح شده با نانو ذرات اکسید روی است. الکتروشیمی زوج رودکس مستقر بر روی الکترود بوسیله تکنیک ولتامتری چرخه ای مورد مطالعه قرار گرفته است. همچنین زوج رودکس مستقر شده بر سطح الکترود به عنوان حد واسط انتقال الکترون مورد استفاده قرار گرفته آزمایشهای انجام شده در غیاب و در حضور غلظتهای متفاوتی از اسید آمینه ی ال- سیستئین، نشان دهنده افزایش قابل ملاحظه ای در سیگنال اکسیداسیون ال- سیستئین نسبت به الکترود اصلاح نشده است. شواهد بدست آمده از این مطالعات نشان دهنده رفتار الکتروکاتالیزی خوب این الکترود در الکترو اکسیداسیون ال- سیستئین است. برای دست یابی به کمیت های آنالیزی بهتر از روش آمپرومتری به عنوان یک روش کاراتر نسبت به روش ولتامتری چرخه ای استفاده شده است. در قسمت دیگری از این پروژه ازانباشت اکسید ایریدیوم به روش اعمال ولتاموگرامهای چرخه ای برای اصلاح سطح الکترود کربن شیشه ای استفاده شده است. تصویر برداری با استفاده از میکروسکوپ الکترونی و نیز میکروسکوپ روبش نیروی اتمی استقرار نانوذرات اکسید ایریدیوم را در سطح الکترود نشان می دهد. از آنجاییکه الکتروشیمی اکسید ایریدیوم شناخته شده است، رفتار الکتروشیمیایی الکترود اصلاح شده با نانوذرات اکسید ایریدیوم با استفاده از تکنیک ولتامتری چرخه ای مورد مطالعه قرار گرفته است. به منظور طراحی حسگری مناسب برای آنالیز اکسو آنیونهای یدات و پریدات که آنالیز آنها از اهمیت ویژه ای برخوردار است، رفتار الکتروشیمیایی الکترود اصلاح شده در حضور و غیاب این اکسو آنیونها مورد ارزیابی قرار گرفته و با رفتار الکترود اصلاح نشده در همان شرایط مقایسه شده است. نتایج بدست آمده کارایی فوق العاده ی الکترود اصلاح شده با نانوذرات اکسید ایریدیوم را در فرایند کاهش الکتروشیمیایی اکسو آنیونهای فوق را نشان میدهد. کاهش فوق العاده پتانسیل احیای (v 0.7 ) این دو گونه در سطح الکترود اصلاح شده با نانوذرات اکسید ایریدیوم و نیز افزایش شدید جریان ااحیاء ، نشان دهنده مکانسیم احیای الکتروکاتالیزی گونه های یدات و پریدات در سطح الکترود اصلاح شده است. برای کسب نتایج بهینه از حسگر طراحی شده از تکنیکهای حساس آمپرومتری مرسوم و فلواینجکشن استفاده شده است. نتایج بدست آمده کارایی بسیار بالای الکترود اصلاح شده را نشان میدهد. از طرف دیگر با توجه به کارایی پریدات در اکسیداسیون دی ال های مجاور، از الکترود اصلاح شده با نانوذرات اکسید ایریدیوم می توان در اندازه گیری دی ال های مجاور همانند اتان دی ال و نیز انواع قندها استفاده کرد. نتایج بدست آمده نشان می دهد که سیگنال مربوط به کاهش پریدات با افزایش حضور قندها و اتیلن گلیکول در محلول کاهش می یابد. روش آمپرومتری و فلواینجگشن برای رسیدن به نتایج آنالیزی بهینه مورد استفاده قرار گرفته است. در فصل پنجم این پروژه تحقیقاتی از کربن نانوتیوب و کمپلکسی از فلز رودیوم برای طراحی و ساخت حسگری حساس برای اندازه گیری یون نیتریت مورد استفاده قرار گرفته است. ابتدا الکترود اصلاح شده بوسیله کربن نانوتیوب اصلاح شده و سپس این الکترود در محلولی از کمپلکس رودیوم در حلال استونیتریل شناوزرسازی شده است. رفتار الکتروشیمیایی الکترود اصلاح شده با نانولوله کربنی و کمپلکس رودیوم به وسیله ثبت ولتاموگرامها در سرعتهای روبش و همچنین در ph های مختلف مورد مطالعه قرار گرفته است. ثابت سرعت مبادله الکترون بالا و استقرار زوج ردوکس کاملا پایداردر سطح الکترود نشان دهنده کارایی این سیستم به عنوان حد واسط انتقال الکترون است. رفتار الکتروکاتالیزی الکترود اصلاح شده با نانولوله کربن و کمپلکس رودیوم بوسیله ثبت ولتاموگرامها در حضور و غیاب نیتریت و با مقایسه آن با الکترود کربن شیشه ای و الکترود کربن شیشه ای اصلاح شده با کربن نانوتیوب مورد ارزیابی قرار گرفته است. نتایج بدست آمده نشان دهنده کارایی بسیار خوب سیستم فوق در احیا و اکسیداسیون الکتروشیمیایی یون نیتریت است. به این ترتیب الکترود اصلاح شده فوق قابلیت اندازه گیری یون نیتریت را بر اساس الکترو اکسیداسیون و احیاء الکتروشیمیایی دارد. به منظور بدست آوردن نتایج آنالیزی بهینه از روشهای آمپرومتری و نیز فلواینجکشن استفاده شده است نتایج بدست آمده نشان دهنده کارایی بسیار خوب الکترود اصلاح شده به عنوان حسگری مناسب، حتی در حضور انواع یونهای مزاحم است. همچنین کارایی این حسگر برای اندازه گیری یون نیتریت در نمونه کالباس به عنوان یک نمونه حقیقی مورد ارزیابی قرار گرفته است. نتایج بدست آمده نشان دهنده همخوانی بسیار خوب بین نتایج بدست آمده از این روش و روش های استاندارد اندازه گیری یون نیتریت است.