پایان نامه اندازه گیری فنازوپیریدین با استفاده از الکترود کربن شیشه ای اصلاح شده با فیلم لایه ی

توضیحات:

تحقیق،پروژه،پایان نامه کارشناسی ارشد اندازه گیری فنازوپیریدین با استفاده از الکترود کربن شیشه ای اصلاح شده با فیلم لایه ی دوگانه هیدروکسی  کلسیم-آهن / نانوذرات پلاتین در 87 صفحه در قالب word و قابل ویرایش همراه با جزئیات کامل

چکیده:

یک حسگر جدید برای اندازه گیری فنازوپیریدین با استفاده از ترسیب الکتروشیمیایی نانوذرات پلاتین روی الکترود کربن شیشه ای اصلاح شده با فیلم لایه دوگانه هیدروکسی کلسیم- آهن (Ca-Fe) ابداع شده است. پس از بهینه کردن پارامترهای شیمیایی و دستگاهی، منحنی های تنظیم و محدوده خطی تعیین شدند. گونه های مزاحم برای این روش پیشنهادی مشخص شد وصحت ودقت روش با نمونه حقیقی کنترل گردید. برای مشخص کردن ابعاد ذرات تشکیل شده روی سطح الکترود اصلاح شده با LDH و اصلاح شده با LDH و نانو ذرات پلاتین از روش میکروسکوپ الکترونی پویشی (SEM) استفاده شد. تصاویر حاصل از میکروسکوپ الکترونی پویشی نشان داد که نانو ذرات پلاتین روی الکترود اصلاح شده با LDH ابعاد کوچکتری نسبت به الکترود کربن شیشه ای دارند که نشان می دهد LDH سطح بیشتری را برای ترسیب نانو ذرات پلاتین ایجاد می کند. در شرایط بهینه حد تشخیص و گستره خطی به ترتیب  3/6 نانومولار و  4-10×9/6 تا 8-10×5 مولار به دست آمد. ضریب نفوذ فنازو پیریدین با استفاده از روش کرونوآمپرومتری 5-10 × 68/7 سانتی مترمربع بر ثانیه محاسبه گردید.

کلمات کلیدی: فنازوپیریدین، ولتامتری پالس تفاضلی، حسگر الکتروشیمیایی، لایه دوگانه هیدروکسی (Ca-Fe -LDHs)، نانوذرات پلاتین.

مقدمه

شیمی تجزیه، دانش ابداع و اصلاح روش های شناسایی و اندازه گیری مواد با بهره گیری ازاصول و قوانین شیمیایی و فیزیکی است والکتروشیمی تجزیه ای، شاخصه ای ازاین مجموعه ی وسیع است. فنون الکتروشیمیایی تجزیه، تاثیر متقابل شیمی والکتریسیته، یعنی اندازه گیری کمیت های الکتریکی، مانند جریان، پتانسیل، بار و ارتباط آن ها با پارامترهای شیمیایی را شامل می شود ] ١[. چنین استفاده ای از اندازه گیری های الکتریکی برای اهداف تجزیه ای، گستره وسیعی از کاربردها را به وجود می آورد که بررسی زیست محیطی، کنترل کیفیت صنعتی و تجزیه های زیست پزشکی را در بر می گیرد. روش های الکتروشیمیایی دارای کاربردهای وسیعی در تجزیه نمونه های مختلف و نیز در سنتزهای معدنی و آلی می باشند ]2و3[. علاوه بر این روش ها برای به دست آوردن داده های ترمودینامیکی واکنش ها، تولید حد واسط های نیمه پایدار مثل یون های رادیکالی و مطالعه  سرعت فروپاشی آن ها به کار می روند. در این  زمینه مجموعه ای از روش های الکتروشیمیایی به کار می رود که کاربرد این روش ها مبتنی بر درک اصول بنیادی واکنش های الکترودی و خواص الکتریکی  سطح مشترک محلول  الکترود است ]4[. گزینش پذیری، حساسیت بالا، سهولت اجرا، سرعت عمل و کم هزینه بودن روش های الکتروشیمیایی و همچنین صحت و دقت بالا که با آن می توان پارامترهای مرتبط با این واکنش ها را اندازه گرفت، روش های الکتروشیمیایی تجزیه ای را در ردیف حساس ترین و انتخابی ترین روش های تجزیه ای برای اندازه گیری های کمی و کیفی قرار می دهد ] ١و٥[.

 1-2- انواع روش های تجزیه الکتروشیمیایی

انواع زیادی از روش های الکتروآنالیتیکی پیشنهاد شده است. روش هایی که به نسبت کاربرد عمومی دارند که در شکل 1-1 نشان داده شده است. این روش ها به دو دسته، روش های در سطح مشترک و روش های توده ای تقسیم می شوند که کاربرد روش های اولی بسیار گسترده تر است [5]. روش های در سطح مشترک مبتنی بر پدیده هایی هستند که در سطح مشترک بین سطوح الکترود و لایه ی نازک محلول مجاور این سطوح تحقق می یابند، در مقابل، روش های توده ای مبتنی بر پدیده هایی هستند که در توده  محلول تحقق می یابند ]5[. روش های سطح مشترک را بر مبنای اینکه سلول الکتروشیمیایی در غیاب یا در حضور جریان عمل کند، می توان به دو گروه عمده ی ایستا (جریان عبوری صفر) و پویا (جریان عبوری مخالف صفر) تقسیم کرد [3].

فهرست مطالب:

چکیده 1

فصل اول: مقدمه ای بر الکتروشیمی 2

مقدمه 3

1-1-انواع روش های تجزیه الکتروشیمیایی 3

1-2-مروری بر روش های الکتروشیمیایی 5

1-3-1- کرونو آمپرومتری 5

1-3-2- ولتامتری 7

1-3-2-1- ولتامتری با روبش خطی پتانسیل 8

1-3-2-2- ولتامتری چرخه ای (CV 10

1-3-2-3- ولتامتری پالس تفاضلی (DPV 13

1-3-2-4- ولتامتری موج مربعی (SWV 14

1-3-2-5- ولتامتری برهنه سازی 16

1-3-2-6- ولتامتری با برهنه سازی جذب سطحی 18

1-3-      کاتالیست الکتروشیمیایواکنش های اکسیداسیون و احیاء کند 19

نمودارهای تافل 21

الکترودهای کار به کار گرفته شده در ولتامتری 22

1-6-1- مقدمه 22

1-6-2- الکترودهای جیوه 22

1-6-3- الکترودهای جامد 23

1-6-4- الکترودهای کربن شیشه ای (GC 24

1-4-الکترودهای اصلاح شده شیمیایی 24

1-7-1- روش های اصلاح الکترود 25

1-7-2- فعال سازی سطح الکترود و انواع آن 25

1-7-3- سایئدن سطح الکترود 25

1-7-4- فعال سازی حرارتی 25

1-7-5- فعال سازی لیزری 26

1-7-6- فعال سازی با امواج صوتی-رادیویی 26

1-7-7- فعال سازی با حلال 26

1-5-انواع روش های شیمیایی اصلاح سطح الکترودها 26

1-9- طیف نگاری امپدانس الکتروشیمیایی 27

1-9-1- مقدمه 27

1-9-2- نظریه AC 27

1-9-3- کاربرد تحلیل امپدانس 28

1-9-3-1- امپدانس یک واکنش انتقال الکترون ساده 28

1-9-3-2- منحنی نایکوئیست 35

1-10-    لایه دوگانه هیدروکسید (LDH) و کاربرد آن ها 35

1-10-1- ترکیب آنیون های بین دو لایه 38

1-10-2- کاربردهای صنعتی و محیطی LDH ها 38

1-11-    نانوذرات  39

1-11-1- کاربرد نانو ذرات در اصلاح الکترود 40

1-11-2-  نانو کاتالیست و نانو ذرات کاتالیستی 41

1-11-3-  نانو کامپوزیت ها 41

1-11-4- بررسی واکنش های کاتالیزوری   42

فصل دوم: اهمیت و کاربردها 43

2-1- مقدمه 44

2-2- فنازوپیریدین (PAP 44

2-3- کاربرد و خواص لایه دوگانه هیدروکسید 45

2-4- روش های سنتز LDH 46

2-5- مروری بر کارهای انجام شده در زمینه اندازه گیری فنازوپیریدین 46

فصل سوم: بخش تجربی 48

3-1- مقدمه 49

3-2- دستگاه های مورد استفاده 49

3-3- محلول های مورد نیاز 50

3-4- نرم افزارهای مورد استفاده 51

3-5- سنتز لایه دوگانه هیدروکسی CaFe 51

3-6- استفاده از الکترود کربن شیشه ای به عنوان بستر 51

3-6-1-تهیه الکترود کربن شیشه ای اصلاح شده بالایه دوگانه هیدروکسید کلسیم-آهن 52

3-6-2- روش های فعال سازی و تشکیل نانو ذرات پلاتین بر سطح الکترود کربن شیشه ای 52

3-6-3- چگونگی توزیع اصلاحگرها 53

3-6-4- اکسایش الکترو کاتالیستی فنازوپیریدین در سطح الکترود کربن شیشه ای اصلاح شده 55

3-6-5- وابستگی رفتار الکتروشیمیایی الکترود کربن شیشه ای اصلاح شده به pH محیط 56

3-6-6- اثر سرعت روبش پتانسیل بر رفتار گونه الکتروشیمیایی 58

3-6-7- منحنی تنظیم 60

3-6-8- دقت و حد تشخیص 61

3-6-9- برررسی اثر مزاحمت ها 62

3-6-10- آنالیز نمونه های حقیقی 64

3-6-11- تعیین ضریب انتقال در مرحله تعیین کننده سرعت 66

3-6-12- تعیین ضریب نفوذ فنازوپیریدین   67

3-6-13- مطالعات اسپکتروسکوپی امپدانس شیمیایی (EIS 68

3-7- بحث و نتیجه گیری 70

منابع 72

فهرست شکل ها

شکل 1-1: تقسیم بندی عمومی روش های تجزیه ای الکتروشیمیایی 4

شکل 1-2: الف) نمودار تغییرات پتانسیل ـ زمان، ب): تغییرات برشهای غلظتی با زمان، ج): پاسخ شدت جریان ـ زمان به وجود آمده 7

شکل 1-3: نمایشی از تحول تدریجی لایه انتشار در جریان روش L.S.V و ولتاگرام به دست آمده برای محلول 4-10 مولار Cd2+ در پتاسیم نیترات 1/0 مولار، سرعت روبش پتانسیل: mv s-1 100 ]6[ و روبش خطی پتانسیل که از E1 شروع شده است 11

شکل 1-4: برنامۀ پتانسیل در ولتامتری چرخه ای، ب) ولتاگرام چرخه ای محلولی از پتاسیم فروسیانور ، ج) هیدروکینون، اسکوربیک اسید. الکترولیت حامل:  اسید سولفوریک 05/0 مولار، الکترود کار:  الکترود مسطح کربن شیشه ای، سرعت روبش پتانسیل mv s-1100 11

شکل 1-5: علامت تحریک پتانسیل-زمان در آزمایش ولتامتری چرخه ای 12

شکل 1-6: نمونه ای از ولتاموگرام چرخه ای برای یک فرآیند ردوکس برگشت پذیر 12

شکل 1-7: ویدادها برای الکترود کربن شیشه ای در یک آزمایش پالسی تفاضلی 14

شکل 1-8: پروفیل پتانسیل زمان به روش ولتامتری مربعی 15

شکل 1-9: پروفیل پتانسیل غلظت به روش ولتامتری مرج مربعی 16

شکل 1-10: رویدادها برای الکترود کربن شیشه ای در یک آزمایش پالسی تفاضلی 19

شکل 1-11: نمایش کاتالیست الکتروشیمیایی به کمک منحنی i-E 20

شکل 1-12: نمودارهای تافل برای شاخه آندی و کاتدی نمودار جریان-پتانسیل مازاد برای   با

 5/0 =  ، K298=T و A/cm-2102 = Jo 21

شکل 1-13: نمودار صفحه مختلط (ارگان) برای مدار سری RC 32

شکل 1-14: نمودار امپدانس صفحه مختلط برای مدار RC موازی. این ساده ترین نمودار مشابه ممکن برای یک واکنش فارادی در الکترودی با خازنی به ظرفیت   در سطح مشترک است 32

شکل 1-15: نمودار صفحه مختلط مانند شکل 1-8، به اضافه مقاومت جبران نشده محلول   33

شکل 1-16: مدار معادل برای یک واکنش الکترودی با خازن لایۀ دوگانه   و مقاومت جبران نشده محلول   مقاومت محلول به مقاومت انتقال بار   و امپدانس واربرگ تفکیک شده است 34

شکل 1-17: نمودار امپدانس صفحه مختلط برای مدار شکل 1-10  34

شکل 1-18: ساختار LDH ها 37

شکل 1-19: روش های سنتز نانو ذرات 39

شکل 2-1: ساختار فنازوپیریدین 45

شکل 3-1: شمای یک ظرف آزمایش )سل( برای اندازه گیری های ولتامتری،= W.E   الکترود  کار، .R.E الکترود مرجع، .C.Eالکترود کمکی پلاتین. الکترودها در سوراخ های درپوش ظرف قرار گرفته اند 50

شکل 3-2: تصویر میکروسکوپ الکترونی پویشی از سطح الکترود کربن شیشه ای، ب) اصلاح شده با لایه دوگانه هیدروکسی، پ) اصلاح شده با لایه دوگانه هیدروکسی و نانو ذرات پلاتین و ج) طیف سنجی پراش انرژی اشعه ایکس از سطح الکترود اصلاح شده با لایه دوگانه هیدروکسی و نانو ذرات پلاتین 54

شکل 3-3: اثر اصلاح الکترود در شدت پیک ها برای محلول شاهد و محلول نمونه شامل غلظت یکسانی از فنازوپیریدین (200 میکرولیتر)، (a,e) در سطح الکترود اصلاح شده با لایه دوگانه هیدروکسی، (b,f)، در سطح الکترود برهنه، (c,g)، در سطح الکترود اصلاح شده با نانوذرات پلاتین و (d,h) در سطح الکترود اصلاح شده با لایه دوگانه هیدروکسی و نانو ذرات پلاتین 56

شکل 3-4: اثر pHمحلول در جا به جایی پتانسیل و شدت پیک ها برای غلظت یکسانی از فنازوپیریدین ( 1میکرو مولار) در سطح الکترود اصلاح شده با لایه دو گانه هیدروکسی  و نانو ذرات پلاتین 57

شکل 3-5: مکانسیم فنازو پیریدین 58

شکل 3-6: اثر سرعت روبش پتانسیل بر رفتار فنازوپیریدین در 3PH= بر روی الکترود اصلاح شده با لایه دو گانه هیدروکسید و نانو ذرات پلاتین به روش ولتامتری چرخه ای 59

شکل 3-7: منحنی تنظیم میزان فنازوپیریدین در غلظت های متفاوت ( از ت نانومولار) بر روی الکترود اصلاح شده با لایه دوگانه هیدروکسی و نانوذرات پلاتین 61

شکل 3-8: نمودار کرنوآمپرومتری در شرایط بهینه  غلظتی و پله پتانسیل 500 میلی ولت نسبت به الکترود مرجع Ag/AgCl، برای غلظت های 1 تا 8 میلی مولار فنازوپیریدین. ب) نتایج حاصل از بررسی کرنوآمپرومتری در شرایط بهینه  غلظتی و پله پتانسیل 500 میلی ولت نسبت به الکترود مرجع Ag/AgCl، برای غلظت های 1 تا 8 میلی مولار فنازوپیریدین از پایین به بالا 68

شکل 3-9: نمودار امپدانس الکترود کربن شیشه ای در محدوده فرکانس مورد بررسی از HZ1- HZ10 در محلول 5/0 میلی مولار [Fe(CN)6]3-/4- شامل 1/0 میلی مول KNO3. a) اصلاح شده با لایه دوگانه هیدروکسی. b) برهنه. C) اصلاح شده با نانوذرات پلاتین. d) اصلاح شده با لایه دوگانه هیدروکسی و نانوذرات پلاتین 69

فهرست جدول ها

جدول 3-1: شرایط بهینه نانو پلاتین شدن سطح الکترود شیشه ای 53

جدول 3-2: اثر سرعت روبش بر روی میزان جریان گونه ی الکتروفعال بر سطح الکترود اصلاح شده با لایه دوگانه هیدروکسی  و نانو ذرات پلاتین 60

جدول 3-3: بررسی مزاحمت گونه های خارجی برای اندازه گیری فنازوپیریدین  بر روی الکترود اصلاح شده با لایه دو گانه هیدروکسی  و نانو ذرات پلاتین 63

جدول 3-4: نتایج حاصل از آنالیز نمونه های حقیقی با الکترود اصلاح شده با لایه دو گانه هیدروکسی و نانو ذرات پلاتین 65

جدول 3-5: مقادیر ضریب انتقال (α) برای فنازوپیریدین از روی منحنی تافل آن 66