30616

طراحي و ساخت حسگر آرايه اي رنگ سنجي جديد به عنوان برچسب هوشمند به منظور تشخيص سلامت ميوه ها

كارشناسي ارشد

شيمي- شيمي تجزيه

1400

1402/11/30

روح الله زارع دورابي

خيبر دشتيان

شيمي

حسگرها يا نشانگرهاي طراوت مي¬توانند كيفيت ميوه¬ها را از نظر ميزان تازگي، رسيده بودن يا سفتي آن¬ها حس كرده و از آن مطلع شوند. بنابراين، حسگرهاي تازگي ميوه، نشانگرهاي روي بسته هستند كه محيط داخل يا خارج بسته را كنترل مي¬كنند و به مصرف¬كنندگان اجازه مي¬دهند تا تصميمات آگاهانه¬اي در مورد كيفيت ميوه¬ها بگيرند. حسگرهاي تشخيص سريع نشانگرهاي آلي فرار ميوه ها داراي چالش¬هاي متعددي از نظر حساسيت، دقت و گزينش¬پذيري هستند. از اين رو، پژوهش حاضر بر ارزيابي اثربخش يك حسگر حالت جامد رنگ¬سنجي آرايه¬اي حساس و انتخاب¬پذير براي پايش سلامت ميوه¬هاي سيب، موز و گلابي با رديابي نشانگرهاي استالدهيد، پروپيونالدهيد و استون ارائه مي¬دهد. حسگرهاي مورد نظر از تلقيح رنگ¬هاي آلي پايدار شده با نانوذرات روي اكسيد ، درون هيدروژل مخلوط زانتان/كتيرا و تثبيت آن¬ها بر روي سطح پد كلسيم آلژينات تشكيل شده است. چندين متغير عملياتي مانند زمان پاسخ، نسبت مخلوط رنگ¬هاي آلي، نسبت مخلوط هيدروژل¬هاي زانتان و كتيرا، حجم نرم كننده و اتصال دهنده گلسيرول، حجم محلول نانوذره روي اكسيد و غلظت نمونه به طور كامل بررسي و براي دستيابي به عملكرد مطلوب بهينه شدند. در شرايط بهينه بدست آمده، حد تشخيص ppm 11/0 و حد تعيين ppm 36/0 براي استالدهيد در محدوده تشخيص ppm 92/3-117/0 ، حد تشخيص ppm 14/0 و حد تعيين ppm 46/0 براي پروپيونالدهيد در محدوده تشخيص ppm 202/5-153/0 و حد تشخيص ppm 07/0 و حد تعيين ppm23/0 براي استون در محدوده تشخيص ppm 032/5-088/0 به دست آمد. RSD حسگرهاي طراحي شده براي 5 اندازه¬گيري متفاوت در حضور غلظت ppm 96/1 زيست¬نشانگر استالدهيد، ppm 53/1 زيست¬نشانگر پروپيونالدهيد و ppm 48/1 زيست¬نشانگر استون بررسي و انحراف استاندارد نسبي در شرايط بهينه به ترتيب 7/6 %، 69/10 % و 98/7% محاسبه شد. از يك تلفن هوشمند، مجهز به نرم افزار تحليل رنگ براي تشخيص مقادير نسبي تغييرات رنگي استفاده شد و كاربرد عملي حسگر¬ها در نمونه¬هاي حقيقي موز، سيب و گلابي در دماهاي مختلف به طور موفقيت آميزي مورد بررسي قرار گرفتند. اين نوآوري فرصت‌هاي جديدي را براي حسگرهاي رنگ¬سنجي قابل خوانش با چشم با قابليت تجاري¬سازي، مقرون به صرفه، كاربرپسند، قابليت خودكارسازي، آرايه¬اي و زيست¬سازگار فراهم كرده است.

1402/12/14

Development and Implementation of an Innovative Colorimetric Array Sensor for Intelligent Fruit Health Diagnosis

2/18/2025 12:00:00 AM

Sensors, also known as freshness indicators, play a crucial role in assessing the quality of fruits, considering factors like freshness, ripeness, and firmness. The inclusion of freshness indicators on fruit packages allows for control over the package's internal and external environments, enabling consumers to make informed decisions about the fruit's quality. The rapid detection of volatile organic biomarkers poses numerous challenges, including sensitivity, accuracy, and selectivity. This research addresses these challenges by introducing a highly effective colorimetric solid-state sensor array designed for monitoring the health of apples, bananas, and pears. This is achieved by tracking key markers such as acetaldehyde, propionaldehyde, and acetone. The sensors are crafted by incorporating stabilized organic dyes with zinc oxide nanoparticles into a hydrogel mixture of xanthan and Tragacanth gum, which is then affixed to a calcium alginate pad. Various operational variables, including response time, ratios of mixed organic dyes, the combination of xanthan and Tragacanth hydrogels, glycerol volume, zinc oxide nanoparticle solution volume, and sample concentration, were thoroughly investigated and optimized to attain optimal performance. For acetaldehyde, the limit of detection was determined as 0.11 ppm, with a limit of quantification of 0.36 ppm within the detection range of 0.117-3.92 ppm. The repeatability of the sensor, assessed through five measurements at an acetaldehyde biomarker concentration of 1.96 ppm, yielded a relative standard deviation of 6.7% under optimal conditions. Under optimal conditions, the limit of detection for propionaldehyde was 0.14 ppm, with a limit of quantification of 0.46 ppm within the detection range of 0.153-5.202 ppm. The repeatability test, conducted with five measurements at a propionaldehyde biomarker concentration of 1.53 ppm, resulted in a relative standard deviation of 10.69%. For acetone, the limit of detection was established at 0.07 ppm, with a limit of quantification of 0.23 ppm within the detection range of 0.088-5.032 ppm. The repeatability analysis, based on five measurements at an acetone biomarker concentration of 1.48 ppm, demonstrated a relative standard deviation of 7.98%. Utilizing a smartphone equipped with a color analysis application, the research successfully detected relative color changes. Practical applications of the sensors in real samples of bananas, apples, and pears at various temperatures were explored, marking a significant advancement in commercializing cost-effective, user-friendly, automatable, array-able, and non-toxic eye-readable colorimetric sensors.

سلامت ميوه ها , رويكرد رنگ سنجي , حسگر تشخيص VOCs , برچسب هوشمند , كلسيم آلژينات , هيدروژل

Fruit health , Colorimetric approach , VOCs detection sensor , Smart label , Calcium Alginate , hydrogel

Kimiya Esmaeili

Dr. Roohollah Zare