20920

۲۰۹۲۰

طراحي و ساخت حسگرهاي فلورسانس بر پايه ي نقاط كوانتومي كربني و نقاط كوانتومي نقره سولفيد براي اندازه گيري تيامين، كافئين، اتيون و سريم

دكتري

شيمي - تجزيه

۱۳۹۸/۰۲/۱۰

دكتر روح ا... زارع دورابي - دكتر مرتضي حسيني

دكتر محمدرضا گنجعلي

شيمي

در رساله حاضر پنج كار تحقيقاتي گردآوري شده است. در نخستين كار پژوهشي، از حسگر فلورسانس بر پايه‌ي نقاط كوانتومي كربني براي اندازه‌گيري كافئين استفاده شد. شدت فلورسانس نقاط كوانتومي در حضور يون مس به دليل خاموشي ديناميك كاهش پيدا كرد. با افزوده شدن كافئين، به دليل تمايل بين كافئين و يون مس، فلورسانس نقاط كوانتومي احياء گرديد. ميزان بازيابي شدت فلورسانس جهت ارزيابي كمي غلظت كافئين استفاده شد. فاكتورهاي مؤثر بر پاسخ حسگر نوري به كافئين از جمله زمان، دما، pH و غلظت نقاط كوانتومي با استفاده از روش طراحي آزمايش و به كمك طرح مركب مركزي بهينه شدند. در شرايط بهينه، پاسخ حسگر نوري به كافئين در محدوده¬ي غلظتي 2/0 تا70 ميكرومولار خطي بود. حد تشخيص روش 05/0 ميكرو مولار محاسبه شد. اين حسگرنوري مزاياي زيادي از جمله بدون برچسب بودن، حساسيت بالا، آسان بودن ساخت و انتخاب¬پذيري قابل قبول دارد. در نهايت از اين حسگر نوري براي اندازه¬گيري كافئين در نمونه¬هاي حقيقي مواد غذايي استفاده شد. در دومين پژوهش، نقاط كوانتومي گرافني آلاييده شده با نيتروژن و گوگرد(N,S/GQDs ) براي اندازه¬گيري اتيون، توسط روش تك مرحله¬اي هيدروترمال سنتز شدند. با بهينه سازي شرايط سنتز، نقاط كوانتومي با بازده2/ 23% به دست آمد. فلورسانس نقاط كوانتومي گرافني به دليل برهم¬كنش الكترواستاتيك يون جيوه با سطح منفي آنها، خاموش گرديد. در حضور اتيون، شدت فلورسانس بازيابي شد. مكانيسم فرايند با بررسي رابطه استرن- ولمر در دماهاي مختلف و اندازه گيري پتانسيل زتا بررسي شد.گستره¬ي خطي براي اندازه¬گيري اتيون 2/961 – 2/19 ميكروگرم بر ليتر و حد تشخيص8 ميكروگرم بر ليتر به¬دست آمد. اثر يون¬هاي مزاحم و بررسي كارايي روش در نمونه هاي حقيقي مورد ارزيابي قرار گرفت. در سومين پژوهش، با استفاده از نقاط كوانتومي نقره سولفيد(Ag2S) وكربن نيتريد گرافيتي(g-C3N4) يك حسگر فلورسانس ساده و موثر مبتني بر روش نسبت سنجي براي اندازه-گيري سريم طراحي شد. محصولات سنتز شده با روش¬هاي مختلفي مانندFT-IR، XRD،TEM ، PL و EDS شناسايي شدند. اضافه كردن سريم به پروب، باعث خاموشي نشر فلورسانس g-C3N4 در 443 نانومتر مي¬گردد، در حالي¬كه به دليل مجتمع كردن Ag2S باعث افزايش فلورسانس آن¬ها در 540 نانومتر مي¬شود. با استفاده از تصاوير ميكروسكوپ الكتروني عبوري و اندازه¬گيري سايز هيدروديناميك، مكانيسم ارايه شده تاييد شد. عملكرد تجزيه¬اي پروب بررسي وگستره خطي براي سريم 32-5/0 ميكرو مولار با حد تشخيص 64 نانو مولار به دست آمد. در چهارمين پژوهش، نقاط كوانتومي كربني عاملدار شده با اسيدآمينه(Arg-GQDs) به طور موفقيت آميزي با اسيد سيتريك و آرژنين سنتز شد. Arg-GQDs سنتز شده هنگام تهييج در 350 نانومتر، بيشينه نشري در 448 نانومتر نشان دادند. نقاط كوانتومي كربني به‌عنوان حسگر فلورسانس (خاموش-روشن) براي تعيين تيامين با حساسيت و انتخاب پذيري بالا استفاده گرديد. تاثير پارامترهاي مختلف به وسيله طرح مركب مركزي با روش سطح پاسخ بهينه شد. تحت شرايط بهينه،حسگر فلورسانس به تيامين پاسخي در محدوده غلظتي 8-1/0 ميكرو مولار با حد تشخيص 53 نانو مولار نشان داد. حسگر براي تعيين تيامين در مواد غذايي استفاده شد. حسگر نوري پيشنهادي براي اندازه¬گيري تيامين در نمونه¬هاي غذايي مورد استفاده قرار گرفت. در پنجمين كار تحقيقاتي از گرافن اكسايد عامل دار شده با ليگنو سولفات پلي پيرول براي تهيه¬ي حسگر نوري به منظور اندازه¬گيري يونهاي سرب طراحي شد. جزئيات محاسبه خطي، حد تشخيص، حساسيت، گزينش¬پذيري و زمان پاسخ مورد بحث قرار گرفت. زمان پاسخ غشاء كمتر از 100 ثانيه بر حسب غلظت سرب بود. حسگر براي اندازه گيري يون سرب در نمونه¬هاي آبي استفاده شد.

1398/04/16

Design and fabrication of fluorescence sensors based on carbon quantum dots and silver sulfide quantum dots for determination of Thiamine, Caffeine, Ethion and Cerium

4/29/2020 12:00:00 AM

The present thesis is organized through five research project. In the first project, a fluorescence sensor based on carbon quantum dots (CDs) was used for caffeine determination. The fluorescence of CDs decreased in the presence of copper ion (Cu2+) due to dynamic quenching. Upon addition of caffeine, the fluorescence of CDs was recovered due to the strong affinity between Cu2+ and caffeine. The recovery of the fluorescence intensity was used as means for the quantitative evaluation of caffeine concentration. The effective parameters in sensing process, including time, temperature, pH and concentration of CDs, were optimized using central composite design. Under optimal conditions, the linear response range of this sensor for caffeine was from 0.2 μM to 70 μM. The limit of detection of caffeine was 0.05 μM. There were several advantages of this fluorescence sensor including high sensitivity, lable free, easy operation and acceptable selectivity.Finally, the carbon quantum dots -based fluorescent probe was successfully employed for the caffeine detection in food sample. In second project, a nitrogen and sulfur co-doped graphene quantum dot (N,S/GQDs) for the detection of ethion were synthesized by a one-pot hydrothermal method.By optimizing synthesis conditions, the N,S/GQDs with a high PL QY of 22.3% were achieved. The fluorescence of N,S/GQDs is quenched as a result of electrostatic interactions with the Hg2+ ions absorbed on the negatively charged N,S/GQD surface. In the presence of ethion, the fluorescence of the quenched N,S/GQDs is recovered. The mechanism was studied using the Stern–Volmer equation and zeta potential measurements. The linear range for the detection ethion was attained over the concentration range from 19.2 to 961.2 μg/L with a detection limit of 8 Μg/L. The interfering effects of some foreign ions and practical application of this method in real sample was investigated. In third project, using silver sulfide quantum dots (Ag2S QDs) and graphitic carbon nitride nanosheets (g-C3N4), an effective and facile ratiometric fluorescence sensor for the determination of Cerium was designed. The synthesized products were characterized using several methods such as FT-IR, TEM, XRD, PL and EDS. The addition of cerium ions to the probe solution quench the fluorescence of g-C3N4 at 443 nm, while they enhance the fluorescence of Ag2S QDs at 540 nm via aggregate formation of Ag2S QDs. Using TEM imeage and measuring the hydrodynamic size, the proposed mechanism was confirmed. The analytical potential of the probe was evaluated and obtained a good linear range for Cerium concentration of 0.5 μM to 32 μM with a detection limit of 64 nM. In fourth project, Arginine–functionalized graphene quantum dots (Arg-GQDs) were successfully synthesised from citric acid in the presence of Arginine. The Arg-GQDs exhibited a maximum emission at 448 nm with an excitation wavelength of 350 nm. The obtained Arg-GQDs were used as a novel “off-on” fluorescent probe for the determination of thiamine with high sensitivity and selectivity. The effect of different parameters were optimized by central composite design (CCD) combined with response surface methodology (RSM). Under optimal conditions, the fluorescence senor showed a sensitive response to thiamine in the concentration range of 0.1–8.0 M with a detection limit of 53 nM. The proposed optical sensor was applied in the detection of thiamine in food samples.In fifth project, a optical sensor based on immobilization of lignosulfonate−graphene oxide- polypyrrole on triacetylcellulose film was designed for the determination of Pb(II) ions in aqueous solution. A dynamic working range, detection limit, sensitivity, selectivity and the response time were discussed in detail. The response time of the sensor was within 100 s depending on the concentration of Pb(II) ions. The sensor was applied to determine the Pb(II) ions in water samples.