دانشگاه رازی

  پایش مستمر گونه‌های شیمیایی در منابع آبی، به‌ویژه آمونیاک و نیترات، به دلیل پیامدهای بهداشتی و زیست‌محیطی ناشی از حضور آن‌ها، از اهمیت بالایی برخوردار است. روش‌های دستگاهی رایج اگرچه از دقت بالایی برخوردارند، اما نیازمند تجهیزات تخصصی و هزینه بالا هستند. در این پژوهش، دو سامانه حسگری ساده و کم‌هزینه بر پایه بسترهای سلولزی برای اندازه‌گیری آمونیاک و نیترات طراحی، ساخته و ارزیابی شد.در بخش نخست، حسگر کاغذی مبتنی بر پلی‌آنیلین برای اندازه‌گیری آمونیاک توسعه یافت. پلی‌آنیلین از طریق پلیمریزاسیون اکسایشی شیمیایی آنیلین در محیط اسیدی سنتز و بر روی بستر کاغذی اعمال شد. ساختار شیمیایی پلیمر با FTIR و مورفولوژی سطح با SEM بررسی شد. پاسخ مقاومتی حسگر در محیط NaOH با غلظت ???? مولار و زمان ??? ثانیه به‌عنوان شرایط بهینه انتخاب شد. با استفاده از روش سطح پاسخ، مقدار بهینه پلی‌آنیلین ???????? گرم و غلظت بهینه NaOH ???????? مولار تعیین شد. منحنی کالیبراسیون در دو محدوده خطی مجزا شامل ? تا ?? میکرومولار (معادله R = -??????C + ?????? با R² = ??????) و ??? تا ???? میکرومولار (معادله R = -?????C + ?????? با R² = ?????) به‌دست آمد. حد تشخیص و حد کمی‌سازی روش به‌ترتیب ???? و ???? میکرومولار محاسبه شد. تکرارپذیری پاسخ حسگر در محلول استاندارد با RSD = ????? و در نمونه‌های واقعی با میانگین RSD = ????? ارزیابی شد. همچنین، قابلیت استفاده از پاسخ سینتیکی این حسگر برای تفکیک نمونه‌های آب بسته‌بندی بررسی شد. هشت نمونه تجاری (کیمیا، میوا، سائو، ازمر، آکوافیا، دماوند، دسانی و بیشه) با پنج تکرار مستقل مورد آزمایش قرار گرفتند. تحلیل مولفه‌های اصلی (PCA) نشان داد که دو مولفه اول در مجموع ?????? از واریانس داده‌ها را توضیح می‌دهند و نمونه‌ها در فضای مولفه‌های اصلی از یکدیگر جدا می‌شوند. ماتریس درهم‌ریختگی، برای مجموعه داده ارزیابی‌شده، فاقد خطای طبقه‌بندی بود و شاخص‌های عملکرد برای کلاس‌های بررسی‌شده برابر با ???? به دست آمد. این نتیجه به همان هشت نمونه و شرایط آزمایش محدود است. در بخش دوم، روشی مبتنی بر نانوسلولز و تصویربرداری دیجیتال برای اندازه‌گیری نیترات ارائه شد. نانوسلولز از دستمال کاغذی به روش هیدرولیز اسیدی تهیه و به‌عنوان بستر واکنش رنگ‌سنجی استفاده شد. واکنش رنگ‌سنجی با استفاده از پودر روی، ?-نیتروآنیلین و ?-نفتیل‌آمین در محیط اسیدی انجام گرفت و مقادیر بهینه این اجزا به‌ترتیب ????، ????? و ????? گرم تعیین شد. منحنی کالیبراسیون RGB در محدوده ? تا ?? میلی‌گرم بر لیتر با معادله R = -??????C + ?????? و R² = ?????? به دست آمد. حد تشخیص و حد کمی‌سازی روش به‌ترتیب ?/??و ??/??   میکرومولار محاسبه شد. مقایسه نتایج روش RGB با روش اسپکتروفتومتری در نمونه‌های واقعی (آب چاه، آب کشاورزی، آب شیر، آب جاری، فاضلاب و هندوانه) نشان داد که خطای نسبی بین دو روش در محدوده ?/?? تا ????- درصد قرار دارد. نتایج این پژوهش نشان می‌دهد که بسترهای سلولزی می‌توانند به‌عنوان بسترهای مناسب برای ساخت حسگرهای ساده، کم‌هزینه و قابل حمل در پایش کیفیت آب مورد استفاده قرار گیرند. با این حال، نتایج به‌دست‌آمده به شرایط آزمایشگاهی و نمونه‌های بررسی‌شده محدود است و تعمیم آن‌ها به سایر شرایط و ماتریس‌های آبی باید با احتیاط انجام شود. واژگان کلیدی: پلی‌آنیلین، حسگر کاغذی، آمونیاک، نانوسلولز، تصویربرداری دیجیتال، نیترات، رنگ‌سنجی.