28389

طراحي و ساخت حسگرهاي نوري بر پايه نانومواد فلورسنت و نانوذرات طلاي اصلاح شده براي اندازه‌گيري جيوه(II)، آرسنيك(III)، سيانيد و سولفيد

دكتري تخصصي (PhD)

شيمي- شيمي تجزيه

1396

1401/11/25

منصور انبياء

دانشكده شيمي

امروزه كاربرد نانوحسگرها به دليل توانايي بالاي آن‌ها در اندازه‌گيرى يك يا چند آلاينده در غلظت‌هاى پايين به منظور پايش آلاينده‌هاي زيست‌محيطي بسيار مورد توجه قرار گرفته است. برهمين اساس، در اين پژوهش پنج نانوحسگر مختلف براي اندازه‌گيري برخي از آلاينده‌هاي زيست‌محيطي طراحي شدند. در بخش اول، يك حسگر فلورسانس بر پايه نقاط كوانتومي سرب سولفيد پوشش داده شده با متيونين براي اندازه‌گيري As(III) طراحي شد. حضور As(III)، منجر به تجمع و نهايتا خاموشي فلورسانس نقاط كوانتومي گرديد. تحت شرايط بهينه، گستره خطي روش 0/13 تا 2 ميكرومولار و حد تشخيص 0/046 ميكرومولار به دست آمد. در بخش دوم، يك حسگر فلورسانس خاموش-روشن بر پايه نقاط سيليكوني اصلاح شده با آسپاراژين (N-As SiDs) جهت اندازه‌گيري يون‌هاي Hg(II) و سيانيد طراحي شد. در حضور Hg(II)، نشر فلورسانس N-As SiDs كاهش يافت و در ادامه با افزودن سيانيد، نشر فلورسانس نقاط سيليكوني بازيابي شد. پاسخ حسگر براي Hg(II) در گستره غلظتي 0/2 تا 10 ميكرومولار و براي سيانيد در گستره غلظتي 0/5 تا 25 ميكرومولار خطي بود. به علاوه، حد تشخيص حسگر نيز براي يون‌هاي Hg(II) و سيانيد، به ترتيب 0/053 و 0/46 ميكرومولار به دست آمد. در بخش سوم، يك حسگر فلورسانس نسبت‌سنجي از طريق برهمكنش الكترواستاتيك بين نقاط سيليكوني و نقاط كوانتومي نقره سولفيد به منظور اندازه‌گيري يون‌هاي سيانيد طراحي شد. حضور سيانيد باعث ناپايداري نقاط كوانتومي نقره سولفيد و كاهش نشر فلورسانس آن گرديد. تحت شرايط بهينه، گستره خطي روش 0/2 تا 15 ميكرومولار و حد تشخيص 0/056 ميكرومولار به دست آمد. در بخش چهارم، يك حسگر فلورسانس نسبت‌سنجي بر پايه نقاط سيليكوني، سوبستراي اورتوفنيل دي آمين (OPD) و نانوصفحات MnO2 جهت اندازه‌گيري سولفيد طراحي شد. در اين سيستم تشخيصي، نانوصفحات MnO2 دو نقش متفاوت داشتند، از يك سو، خاموش كننده فلورسانس نقاط سيليكوني بودند. از سوي ديگر، OPD را به شكل اكسيدي آن (OPDox) كه داراي نشر فلورسانس قوي است، تبديل كردند. در حضور سولفيد، نشر فلورسانس OPDox خاموش و در مقابل نشر نقاط سيليكوني بازيابي شد. تحت شرايط بهينه، گستره خطي روش 2 تا 20 ميكرومولار و حد تشخيص 0/31 ميكرومولار به دست آمد. در بخش پنجم، يك حسگر رنگ‌سنجي مبتني بر تلفن هوشمند با استفاده از نانوذرات طلاي اصلاح شده با هيستيدين و آسپاراژين براي اندازه‌گيري يون‌هاي Hg(II) طراحي شد. تحت شرايط بهينه، يك رابطه خطي بين غلظت Hg(II) و پاسخ رنگ‌سنجي حسگر در گستره غلظتي 0/3 تا 20 ميكرومولار مشاهده شد و حد تشخيص 0/09 ميكرومولار به دست آمد.

1402/03/24

Fabrication of fluorescent nanomaterials and modified gold nanoparticles-based optical sensors for the detection of mercury(II), arsenic(III), cyanide and sulfide

2/14/2024 12:00:00 AM

Nowadays, the application of nanosensors for the detection of environmental pollutants has received much attention due to their high ability to detect one or more pollutants in low concentrations. Therefore, in this research, five different nanosensors were designed to detect some environmental pollutants. In the first part, a fluorescence sensor based on PbS quantum dots capped with L-methionine (Meth- PbS QDs) was designed for the recognition of As(III) ions. In the presence of As(III), the fluorescence emission of Meth- PbS QDs was effectively quenched. Under optimum conditions, the sensor displayed a linear range from 0.13-2 μM and limit of detection of 0.046 μM. In the second part, a novel “off-on” fluorescent sensor based on silicon dots modified with L-asparagine (N-AsSiDs) has been designed for the detection of Hg(II) and cyanide ions. The fluorescence emission was effectively quenched by Hg(II), while after the addition of cyanide ions, the fluorescence emission intensity of the quenched NR-SiQDs fully recovered. The linear response ranges were 0.2-10 μM for Hg(II) and 0.5-25 μM for cyanide. Moreover, the detection limits were found to be 0.053 µM and 0.46 μM for Hg(II) and cyanide, respectively. In the third part, a ratiometric fluorescent sensor was designed for the detection of cyanide ions by the electrostatic attraction between silicon dots and silver sulfide quantum. In the presence of cyanide, the fluorescence of Ag2S QDs was remarkably quenched. Under optimal conditions, the ratiometric fluorescence assay showed a linear response to cyanide in the range of the concentration 0.2-15 μM with a limit of detection of 0.056 µM. In the fourth section, a ratiometric fluorescence sensor was fabricated based on MnO2 nanosheets, silicon dots, and o-phenylenediamine (OPD) for sulfide detection. In this system, the MnO2 nanosheets play two different roles, i.e., fluorescence quencher of the silicon dots, and oxidizing of OPD to product a fluorescence substance 2, 3-diaminophenazine (OPDox). Upon the addition of sulfide, the fluorescence of OPDox was quenched, whereas the fluorescence of silicon dots was restored. Under optimal conditions, the linear response was obtained over the range 2-20 μM with the low detection limit of 0.31 μM. In the fifth section, a smartphone-based colorimetric sensor was designed using gold nanoparticles modified with histidine and asparagine to detect Hg(II) ions. Under optimal conditions, a linear relationship was noticed between the colorimetric response of the sensor and the Hg(II) concentration in the range of 0.3-20 μM with a detection limit of 0.09 µM.

نقاط كوانتومي نيمه‌رسانا , نانوذرات طلا , حسگر فلورسانس , حسگر رنگ‌سنجي مبتني بر تلفن هوشمند

Semiconductor quantum dots , gold nanoparticles , Fluorescent sensor , Smartphone-based colorimetric sensor

Fateme Rahimi

Dr. Mansoor Anbiya