تشخیص وجود فلزات سنگین با چشم غیرمسلح امکان پذیر شد

به گزارش گروه علمی فناوری برنا، پژوهشگران دانشگاه شهید بهشتی در طرحی که مورد تشویق ستاد توسعه فناوری نانو معاونت علمی و فناوری قرار گرفت، موفق به ساخت حسگری شده‌اند که تشخیص وجود فلزات سنگین در نمونه را با چشم غیرمسلح امکان‌پذیر می‌کند. در صورت کاربرد این حسگر تعیین مقادیر یون‌های فلزات در محل نمونه انجام شده و ملزومات دستگاهی گران‌بها و حجیم آزمایشگاهی و نیز مشکلات انتقال نمونه به آزمایشگاه برطرف خواهد شد. 

بنابراین گزارش؛  ضرورت تشخیص ساده، ارزان و حساس یون‌های فلزی سمی در طیف گسترده ای از کاربردها، مانند مدیریت فرایندهای صنعتی، کنترل کیفیت مواد غذایی، تشخیص تهدیدهای شیمیایی و نظارت بر محیط زیست غیرقابل انکار است. متأسفانه، این مواد عواملی هستند که همواره در محیط زیست وجود دارند.

در این کار، نانوکامپوزیت پلیمری حاوی نانوذرات دی اکسید تیتانیوم، به عنوان یک حسگر رنگی بسیار گزینشی و حساس طراحی شده است. این حسگر برای تشخیص سطوح فوق‌العاده ناچیز یون‌های جیوه و سرب در نمونه‌های محیطی به کار رفته است.

به گفته‌ی دکتر رؤیا صدقی، محقق این طرح، انواع مختلفی از روش‌های تحلیلی جهت اندازه‌گیری یون‌های فلزات سنگین وجود دارد که بسیار حساس بوده و دارای حد تشخیص پایینی نیز هستند. با این حال، به دلیل استفاده از دستگاه‌های حجیم و نیز هزینه‌ی بالا، کاربرد این روش‌ها محدودیت‌های خاصی دارد. بنابراین، نیاز به فناوری‌های جدید، که سریع، قابل حمل و مقرون به صرفه باشند، افزایش یافته است.

وی مزیت‌های حسگر طراحی شده را بدین شرح بیان کرد: استفاده از حسگر شیمیایی طراحی شده بر پایه‌ی تشخیص رنگی، بسیار ساده بوده و حساسیت بسیار بالایی در شناسایی یون‌های فلزی سنگین دارد. از طرفی به دلیل تشخیص و شناسایی چشمی یون‌ها، این روش نیازمند تجهیزات پرهزینه نیست. علاوه به راین، از مهم‌ترین مزایای آن کاهش حد تشخیص شناسایی یون‌های جیوه و سرب نسبت به ارقام گزارش شده در دیگر کارهای تحقیقاتی است.

این محقق در ادامه به دلیل استفاده از نانوکامپوزیت پلیمری اشاره کرد و افزود: با توجه به پایین بودن غلظت یون‌های فلزی سنگین، بهتر است قبل از شناسایی و اندازه‌گیری این یون‌ها، عمل پیش تغلیظ انجام بگیرد. بنابراین ابتدا با استفاده از نانوکامپوزیت پلیمری، عمل پیش تغلیظ به صورت گزینشی انجام گرفته و در مرحله‌ی بعدی شناسایی یون‌های فلزی جیوه و سرب با استفاده از تشکیل کمپلکس انجام شده است.

وی توضیح داد: جاذب پلیمری موجود در این حسگر، در صورت وجود یون جیوه از سفید به بنفش و در صورت وجود یون سرب از سفید به قرمز تغییر رنگ می‌دهد. حد تشخیص نانوحسگر سنتز شده در شناسایی یون جیوه 1 میکروگرم بر لیتر و برای یون سرب 10 میکروگرم بر لیتر است، که در شناسایی مقادیر بسیار ناچیز این عناصر سمی در نمونه‌های محیطی بسیار کاربردی است.

صدقی توضیح داد: این حسگر به طور همزمان می‌تواند در تشخیص و حذف کامل این یون‌های فلزی در محدوده‌ی غلظت گسترده به کار رود. همچنین ساخت آن ساده و سریع بوده و به دلیل تکرارپذیری و قابلیت اعتماد در نتایج برای تعیین این یون‌ها قابل استفاده خواهد بود.

به گفته‌ی وی، در روند ساخت این حسگر، ابتدا نانوذرات سفید دی اکسید تیتانیوم به دلیل عدم ایجاد تداخل رنگ انتخاب و سنتز شده است. در ادامه با اصلاح سطح نانوذرات، گروه‌های عاملی فعال، جهت پلیمریزاسیون مونومرهای وینیلی که دارای هترواتم مناسب باشند، بر روی بستر ایجاد شدند.

این محقق بیان کرد: ساختار جاذب سنتز شده با استفاده از روش‌های مختلف از جمله XRD، FT-IR، TGA، SEM و آزمون EDS مشخصه یابی و به اثبات رسید. نانوکامپوزیت پلیمری ذکر شده تحت شرایط بهینه، به عنوان جاذب مؤثر جهت جذب انتخابی یون‌های جیوه و سرب ازمحلول آبی، مورد استفاده قرار گرفت.

نتایج این تحقیقات در مجله‌ی Journal of Hazardous Materials (جلد 285، شماره 1، سال 2015، صفحات 109 تا 116) به چاپ رسیده و از همکاری دکتر رؤیا صدقی، عضو هیأت علمی دانشگاه شهید بهشتی، بهاره حیدری و محمد بهبهانی حاصل شده است.