چکیده:

در بخش اول این کار پژوهشی، نانوتیوب كربن چند دیواره (MWCNT ) و مایع یونی(IL) روی سطح الكترود كربن سرامیكی كه بوسیله­ روش سل- ژل تهیه شده بود، نشانده شد. فرایند نشاندن بوسیله قطره­گذاری سوسپانسیونی از MWCNT/IL در دی متیل فرم آمید بر روی سطح الکترود ساخته شده صورت گرفت. در ادامه خواص الکتروکاتالیزی الکترود کربن سرامیک­ اصلاح شده با نانولوله­های کربنی چند­دیواره (CNT/CCE) و الکترود کربن­سرامیک اصلاح شده با نانولوله­های کربنی چند­دیواره و مایعات یونی (IL/CNT/CCE) با الکترود کربن سرامیک اصلاح نشده(CCE) مقایسه شده است.

در بخش دوم این کار، رفتار الکتروشیمیایی مورفین و فنیل­افرین روی CCE، MWCNT/CCE و IL/CNT/CNT بررسی شد؛ ولتاموگرام چرخه­ای این دو ترکیب نشان می­دهد که جریان پیک اکسیداسیون آنها روی MWCNT/CCE/IL از جریان مربوط به MWCNT/CCE وCCE برهنه بزرگتر است، که از خصوصیات کاتالیتیکی بهتر نانوكامپوزیت حاصل از ­استفاده­ی همزمان MWCNT و  IL ناشی می­ شود. نتایج حاصل از این مطالعات نشان می­دهد، که این الکترود می ­تواند به عنوان حسگری مناسب، برای اندازه گیری مورفین و فنیل­افرین به کار رود. اندازه ­گیری دو ترکیب ذکر شده به دو روش CV و پالس ولتامتری تفاضلی (DPV) انجام شد وحد تشخیص برای این دو گونه محاسبه شد.

در پایان، اندازه ­گیری همزمان مورفین و فنیل­افرین با بهره گرفتن از الکترود MWCNT/CCE/IL انجام شد و نشان داده شد که دو ترکیب مورد نظر بدون مزاحمت یکدیگر در ترکیبات مختلف قابل اندازه ­گیری­اند.

کلید واژه ­ها: الکترود کربن سرامیک، الکترود اصلاح شده، مایعات یونی، نانولوله­های کربنی چند دیواره، مورفین، فنیل­افرین.

  چكیده فارسی…………………………………………………………………………………………………………یک

فصل اول

پیش‌زمینه پژوهش

1-1- مقدمه……………………………………………………………………………………………………………….. 1

1-2- حسگرها­ی شیمیایی……………………………………………………………………………………………… 2

1-2-1- حسگرهای گرمایی……………………………………………………………………………………….. 3

1-2-2- حسگرهای جرمی………………………………………………………………………………………… 4

1-2-3- حسگرهای الکتروشیمیایی………………………………………………………………………………. 4

1-3- الکترودهای کربنی……………………………………………………………………………………………….. 6

1-4- الکترودهای کربن ­سرامیک…………………………………………………………………………………….. 6

1-4-1- فرایند سل-ژل…………………………………………………………………………………………….. 7

1-5- الکترودهای اصلاح شده­ی شیمیایی………………………………………………………………………….. 8

1-5-1- روش­های بر پایه تشکیل پیوند کووالانسی………………………………………………………….. 9

1-5-2- روش­های بر پایه جذب سطحی برگشت­ناپذیر………………………………………………….. 10

1-5-3- پوشش الکترود­ها با فیلم­های پلیمری………………………………………………………………. 11

1-5-4- تجمع­های سازمان یافته……………………………………………………………………………….. 11

1-5-5- اصلاح الکترود­ها با نانو­مواد………………………………………………………………………….. 12

1-6- نانولوله­های کربنی……………………………………………………………………………………………… 12

1-6-1- روش­های تولید نانو­لوله­های کربنی…………………………………………………………………. 16

1-6-2- ویژگی­ها و خصوصیات نانولوله­های کربنی………………………………………………………. 17

1-6-3- کاربرد نانولوله­های­ کربنی در شیمی تجزیه……………………………………………………….. 20

1-7- مایعات یونی……………………………………………………………………………………………………. 20

1-7-1- ساختار مایعات یونی…………………………………………………………………………………… 21

1-7-2- خواص فیزیکی و شیمیایی مایعات یونی………………………………………………………….. 22

1-7-3- سطوح اصلاح شده با مایعات یونی………………………………………………………………… 23

1-7-4- کاربرد مایعات یونی در الکتروشیمی……………………………………………………………….. 28

1-8- الکترودهای اصلاح شده با هیبرید نانو­لوله­های کربنی و مایعات یونی……………………………… 29

1-9- معرفی ترکیب مورد مطالعه………………………………………………………………………………….. 30

1-9-1- مورفین……………………………………………………………………………………………………. 30

1-9-2- اهمیت اندازه ­گیری مورفین……………………………………………………………………………. 33

1-9-3- فنیل­افرین و اهمیت اندازه ­گیری آن…………………………………………………………………. 33

1-10- اهداف پژوهشی کار حاضر……………………………………………………………………………….. 34

فصل دوم

مواد و روشها

2-1- مواد شیمیایی……………………………………………………………………………………………………. 36

2-2- وسایل و تجهیزات…………………………………………………………………………………………….. 36

2-3- الکترودها………………………………………………………………………………………………………… 37

2-4- روش تهیه الکترودهای کار………………………………………………………………………………….. 37

2-4-1- چگونگی تهیه CCE برهنه……………………………………………………………………………. 37

2-4-2- تولید الکترودهای کربن سرامیک اصلاح شده با MWCNT و IL…………………………… 38

2-5- الكترولیت‌ها…………………………………………………………………………………………………….. 38

فصل سوم

نتایج و بحث

3-1- بررسی خواص الکتروشیمیایی الکترود کربن سرامیک (CCE)……………………………………… 40

3-1-1- بررسی مورفولوژی سطحی الکترود کربن سرامیک……………………………………………… 41

3-1-2- بررسی خواص الکترود­های کربن سرامیک اصلاح شده……………………………………….. 42

3-1-2- الف- الکترود کربن سرامیک اصلاح شده با نانولوله­های کربنی چند دیواره……………….. 42

3-1-2- ب- الکترود کربن سرامیک اصلاح شده با نانولوله­های کربنی چند دیواره و مایع یونی .. 43

3-1-3- بررسی تاثیر الكترولیت حامل و pH بر روی رفتار الكتروشیمیایی الکترود        /MWCNT/CCE/IL       44

3-1-4- بررسی خواص الکتروشیمیایی الکترود کربن سرامیک اصلاح شده با نانوتیوب­ کربنی چند                   دیواره و مایع یونی (IL/MWCNT/CCE)……………………………………………………………………………………. 45

3-1-5- مطالعه رفتار الکتروشیمیاییCCE/IL/MWCNT توسط [K 3Fe(CN)6]……………………. 46

3-1-6- بررسی پایداری IL/MWCNTs/CCE در قبال چرخه پتانسیل و زمان……………………… 48

3-2- کاربرد الکترود اصلاح شده با IL/MWCNT……………………………………………………………. 49

3-2-1- الکتروکاتالیز مورفین…………………………………………………………………………………… 49

3-2-1-1- تاثیر pH  بر رفتار الکتروشیمیایی مورفین………………………………………………… 50

3-2-1-2- تاثیر سرعت روبش پتانسیل………………………………………………………………….. 53

3-2-1-3 – اندازه ­گیری مورفین…………………………………………………………………………….. 54

3-2-1-3- الف- ولتامتری چرخه­ای………………………………………………………………….. 55

3-2-1-3- ب- پالس ولتامتری تفاضلی………………………………………………………………. 56

3-3- ­­ اندازه گیری همزمان مورفین و فنیل­افرین……………………………………………………………….. 57

3-3-1- الکترواکسیداسیون فنیل افرین در سطح MWCNT/CCE/IL………………………………… 58

3-3-1-1- تاثیر pH بر رفتار الکتروشیمیایی فنیل­افرین…………………………………………………… 59

3-3-1-2- تاثیر سرعت روبش پتانسیل……………………………………………………………………… 60

3-3-1-3- اندازه ­گیری فنیل­افرین……………………………………………………………………………… 61

3-3-2- اکسایش ­الکتروشیمیایی مورفین و فنیل­افرین در روی الکترود IL/ MWCNT/CCE…… 62

3-3-3- اندازه ­گیری همزمان در حضور غلظت ثابتی از مورفین………………………………………….. 64

3-3-4- اندازه ­گیری همزمان در حضور غلظت ثابتی از فنیل­افرین………………………………………. 65

3-3-5- اندازه ­گیری همزمان مورفین و فنیل­افرین همراه با تغییر غلظت هر دو ترکیب…………….. 65

3-4- نتیجه ­گیری………………………………………………………………………………………………………. 67

3-5- پیشنهادات………………………………………………………………………………………………………. 68

منابع……………………………………………………………………………………………………………………….. 69

-مقدمه

شیوه ­های کلاسیک تجزیه­ی شیمیایی و بیولوژیکی دربرگیرنده­ی واکنش­هایی هستند که در محلول و با افزایش معرف­ها و نمونه­ها انجام می­گیرند. امروزه تلاش برآن است که بتوان تجزیه را در سیستم­ بدون معرف انجام داد، استفاده ازروش های دستگاهی که بیشتر از سیگنال حاصل از یک دستگاه برای رسیدن به چنین داده ­هایی استفاده می­ شود. مثلا در روش های الکتروشیمیایی، معرف یا واکنشگر روی بستر الکترودی و به صورت تثبیت شده قرار گرفته و در نتیجه نیازی به اضافه نمودن آن توسط کاربر نمی ­باشد. دو نوع اساسی از اندازه ­گیری­های الکتروشیمیایی تجزیه، شامل پتانسیومتری و پتانسیواستایی است. هر دو نوع حد­اقل احتیاج به دو الکترود (هادی) و یک نمونه در تماس با الکترودها (الکترولیت) دارند که پیل الکتروشیمیایی را تشکیل می­دهند. بنابراین سطح الکترود، محل ارتباط یک هادی یونی و یک هادی الکترونی می­باشد. یکی از این دو الکترود به ماده یا مواد مورد اندازه ­گیری جواب می­دهد و بنابراین به نام الکترود شناساگر یا کار نامیده می­ شود. الکترود دوم که الکترود شاهد نامیده می­ شود، دارای پتانسیل ثابت است (پتانسیل آن مستقل از خواص محلول می­باشد). امروزه در قلمرو الکتروشیمی یکی از بخش­هایی که مورد توجه قرار گرفته طراحی و ساخت الکترود­هایی است که در حالت ایده­آل بتوانند به یک گونه شیمیایی خاص به صورت کاملا گزینش­پذیر و با حساسیت بالا پاسخ دهند.

در سال­های اخیر استفاده از فناوری نانو، افق‌های جدیدی برای استفاده از نانوذرات و نانولوله‌های کربنی در شیمی تجزیه جهت تشخیص و اندازه ­گیری برخی از ترکیبات شیمیایی و بیولوژیکی باز کرده است. یکی از کاربردهای جذاب نانوذرات از جمله نانولوله‌های کربنی تسهیل واکنش‌های انتقال الکترون است. به همین دلیل به عنوان یک واسطه‌گر در ساخت حسگرها و زیست حسگرها استفاده می‌شوند که سینتیک واکنش‌های الکتروشیمیایی کند را تسریع کرده و راهی برای اندازه‌گیری الکتروشیمیایی آنها فراهم می کند

امروزه از مایعات یونی نیز به دلیل داشتن هدایت الکتریکی بالا در زمینه ­های مختلف الکتروشیمی استفاده می­ شود و کاربرد­های مختلفی از جمله به عنوان حلال بدون استفاده از الکترولیت زمینه، بهبود خواص الکتروکاتالیزی نانو­ذرات