دفاع پایان نامه خانم رعنا رحیمیان طا یفه دانشجوی دکترای بهداشت حرفه ای و ایمنی کار
خانم رعنا رحیمیان طایفه دانشجوی دکترای بهداشت حرفه ای و ایمنی کار درتاریخ 29 بهمن ماه 1404 از پایان نامه خود با عنوان طراحی و ساخت حسگرهای جدید مبتنی بر حلال های یوتکتیک عمیق جهت اندازه گیری دقیق یونهای فلزی سنگین به راهنمایی آقای دکتر ریسمانچیان دفاع نمود
چکیده
مقدمه: یونهای فلزات سنگین یکی از خطرناکترین آلایندههای محیطهای صنعتی و محیط زیست هستند که به دلیل کاربردهای صنعتی متعدد خود به طور گسترده در سراسر محیط زیست پراکنده شدهاند و نگرانیهای مربوط به خطرات سلامتی را تشدید میکنند .این فلزات به دلیل توزیع گسترده، ماندگاری، تجمع زیستی و سمیت بالا، حتی در مقادیر کم هم میتوانند مشکلات و مسائل جدی برای محیط زیست و سلامتی انسانها ایجاد کنند. بنابراین، تقاضا برای فناوری جدیدی که قابل حمل، مقرون به صرفه و قادر به تشخیص سریع باشد، افزایش یافته است. با توجه به این موضوع، توسعه روشهای سریع و دقیقی که بتواند مقادیر کم یونهای فلزات سنگین را در نمونههای محیطی، صنعتی و بیولوژژیکی شناسایی کند، ضروری است. این پژوهش به توسعه و ارزیابی یک سیستم حسگر شیمیایی - اپتیکی هیبریدی اختصاص دارد که از همافزایی نانوذرات نقره بهعنوان پروبهای پلاسمونیک و حلالهای یوتکتیک عمیق (DES) بهعنوان محیط واکنش بهره میبرد. هدف اصلی این مطالعه، طراحی یک روش آنالیز کارآمد، انتخابی و حساس بر اساس حسگرهای شیمیایی برای تشخیص و تعیین مقدار همزمان چندین یون فلز سنگین است. علیرغم گزارشهای متعدد در زمینه حسگرهای شیمیایی برای یونهای فلزی، این رساله اولین گزارش از کاربرد یک پلتفرم حسگر شیمیایی مبتنی بر DES برای اندازهگیری همزمان چندین یون فلزی محسوب میشود.
مواد و روشها: رویکرد تجربی در این مطالعه در دو بخش مجزا پیادهسازی شده است:
در بخش اول مطالعه، یک حسگر شیمیایی جدید مبتنی بر DES برای شناسایی یونهای فلزات سنگین طراحی و ساخته شد. این سیستم بر پایه نانوپریسمهای نقره (T-AgNPrs) عمل میکند که درون محیط DES تجمع یافتهاند. برای آمادهسازی این حسگر، T-AgNPrs به DES متشکل از کولین کلراید و اتیلن گلیکول افزوده شدند. تغییرات رنگی سیستم T-AgNPrs-DES در حضور یونهای فلزی مختلف (30 یون فلزی) بررسی گردید و تصاویر دیجیتال تهیه شده در بازههای زمانی گوناگون برای تحلیل پاسخ رنگسنجی مورد استفاده قرار گرفت. علاوه بر این، طیفسنجی جذبی فرابنفش- مرئی (UV-Vis) جهت کمیسازی و اعتبارسنجی نتایج به کار رفت.
در ادامه در بخش دوم مطالعه، یک پلتفرم حسگر رنگسنجی مبتنی بر کاغذ نوین، برای تشخیص در محل یونهای آهن(III)، وانادیوم (III)، کبالت (II) و پالادیوم (II) با استفاده از دستگاه آنالیز مبتنی بر کاغذ (PADs) تزئین شده با T-AgNPrs در حضور DES طراحی و ساخته شد. این بستر حسگر بهصورت میکروآرایه بر روی کاغذ فایبرگلاس با ابعاد کلی ۴۵ میلیمتر مربع اجرا گردید که هر ناحیه واکنش مجزا، دارای قطری معادل ۵ میلیمتر مربع بود. در این بستر ازT-AgNPrs بهعنوان پروب اپتیکی فعال استفاده شد. واکنش آنالیت با T-AgNPrs در حضور DES (DES/ion-T-AgNPrs) منجر به تولید کمپلکسهای رنگی بر روی PADs شد. سپس، از حسگر پیشنهادی DES-PCS برای تعیین مقدار یونهای آهن(III)، وانادیوم (III)، کبالت (II) و پالادیوم (II) با استفاده از مقادیر جذب مبتنی بر گوشی هوشمند استفاده شد.
یافته ها: حسگر شیمیایی طراحیشده در بخش اول مطالعه، رفتار خطی مطلوبی را در محدوده غلظتی ۰٫۰۱تا ۰٫۸ میکروگرم بر میلیلیتر برای یونهای فلزی هدف تنگستن(VI) ، پالادیوم(II) ،کروم (III) و سزیم (I) نشان داد. مقادیر حد تشخیص(LOD) برای یونهای تنگستن(VI) ، پالادیوم(II) ، کروم (III) و سزیم (I) به ترتیب ۰٫۰۲، ۰٫۰۰۵، ۰٫۰۰۳ و ۰٫۰۰۶ میکروگرم بر میلیلیتر تعیین گردید. در نهایت، عملکرد پلاسمونیک حسگر توسعهیافته، پتانسیل عملیاتی آن را برای تعیین غلظت یونهای کاندید در نمونههای زیستی پیچیده مانند ادرار انسان، بر اساس شاخصهای پذیرفتهشده ارزیابی تحلیلی، به اثبات رساند. این نتایج به وضوح نشان میدهد که سیستم حسگر توسعهیافته دارای کارایی تحلیلی مناسبی بوده و قابلیت بهکارگیری در تعیین یونهای هدف در کاربردهای مختلف را دارد.
حسگر DES-PCS طراحی شده در بخش دوم مطالعه، کارایی اثربخشی را در تجزیه نیمهکمی و کمی یونهای فلزی آهن(III) ، وانادیوم (III)، کبالت (II) و پالادیوم (II) به نمایش گذاشت. برای استخراج دادههای کمی ، از یک روش آنالیز جذب مبتنی بر مدل رنگی RGB استفاده گردید. نتایج تجزیه و تحلیل نشاندهنده سطح بالای خطی بودن ( 975/ 0 <R²) برای هر چهار آنالیت فلزی بود و حد پایین تعیین مقدار (LLOQ) در محدوده باریک 50 نانوگرم بر میلیلیتر تا ۱ میکروگرم بر میلیلیتر به دست آمد.
اعتبارسنجی روش توسعهیافته (DES-PCS) با کاربرد بر روی مایعات زیستی انسان نشان داد که تشخیص آهن(III) ، وانادیوم (III)، کبالت (II) و پالادیوم (II) به سادگی امکانپذیر است و نتایج حاصله همخوانی مطلوبی با دادههای بهدستآمده از محلولهای استاندارد مرجع دارند.
نتیجه گیری: این پژوهش با موفقیت دو دستاورد کلیدی و مکمل را در حوزه شیمی تجزیه سبز و فناوریهای قابل حمل محقق ساخت: توسعه یک حسگر شیمیایی نوین سبز بر پایه نانوذرات نقره در محیط حلالهای یوتکتیک عمیق (T-AgNPrs-DES) و طراحی و ارزیابی یک پلتفرم سنجش رنگسنجی میکرو آرایهای مبتنی بر بستر کاغذی (DES-PCS).
در نخستین بخش از این پژوهش، یک رویکرد ساده، کارآمد و سازگار با محیط زیست برای سنتز و توسعه حسگر شیمیایی اپتیکی T-AgNPrs-DES معرفی گردید که به دلیل ماهیت آن، بهعنوان یک کاندیدای قوی در حوزه شیمی سبز تحلیلی مطرح میشود. این حسگر هیبریدی نوین، با ترکیب نانوذرات نقره (T-AgNPrs) با حلال یوتکتیک عمی(DES)، گزینشپذیری و حساسیت مطلوبی را برای تشخیص چهار کاتیون فلزی منتخب تنگستن (VI)،پالادیوم (II)،کروم (III) و سزیم (I) از خود نشان داد. ویژگیهایی چون سادگی ساخت، پایداری بالا، سازگاری زیستمحیطی و هزینه پایین از جمله مزیتهای کلیدی این حسگر محسوب میشوند.
بخش دوم مطالعه به طراحی و ارزیابی یک پلتفرم سنجش رنگسنجی چند آرایهایمبتنی بر بستر کاغذی اختصاص دارد که برای تعیین همزمان یونهای فلزات سنگین به کار میرود. پژوهش حاضر بر بهبود عملکرد تحلیلی PADs از طریق استفاده همزمان از حلالهای یوتکتیک و نانوذرات برای تشخیص کارآمد فلزات سنگین متمرکز است.آنالیز رنگسنجی مبتنی بر گوشی هوشمند، قادر است نتایج کمی را در کمتر از یک دقیقه ارائه دهد و بهعنوان جایگزینی سریع و مقرونبهصرفه برای روشهای مرسوم آزمایشگاهی عمل کند. این دستاورد نشاندهنده یک پیشرفت قابل توجه در فناوری PCS است؛ زیرا محدودیتهای اساسی پلتفرمهای موجود را برطرف نموده و در عین حال، سادگی عملیاتی و هزینه پایین را حفظ میکند.
در مجموع، یافتههای این پژوهش نشان میدهد که همافزایی میان نانومواد پلاسمونیک و حلالهای اتکتیک عمیق میتواند مسیرهای نوینی را برای توسعه حسگرهای هیبریدی بهینه فراهم آورد. این ترکیب منجر به دستگاههایی با نسبت سیگنال به نویز بالاتر، پاسخ خطیتر و گزینشپذیری ارتقایافته میشود و چشماندازی روشن برای کاربردهای آتی در حسگرهای شیمیایی ارائه میدهد.
