SUPERVISOR
Ali asghar Ensafi,Behzad Rezaei
علی اصغر انصافی (استاد راهنما) بهزاد رضائی (استاد مشاور)
STUDENT
Fatemeh Rezaloo
فاطمه رضالو
FACULTY - DEPARTMENT
دانشکده شیمی
DEGREE
Doctor of Philosophy (PhD)
YEAR
1391
TITLE
Construction of Electrochemical Sensors Based on Porous Silicone, Graphene, Polyzincon and Graphitical Carbon Nitride for Determination of Hydrogen Peroxide, Methotrexate, Fenitrothion, Promethazine and Hydrazine
In this thesis we constructed five electrochemical sensors for determination of hydrogen peroxide, methotrexate, fenitrothion, promethazine and hydrazine. In the first study, porous silicon/silver nanocomposite was prepared and used as a modifier in the carbon paste electrode, as an electrochemical sensor for the determination of hydrogen peroxide (H2O2). Silver nanoparticles were decorated on the porous silicon by using a simple and fast galvanic replacement reaction. After characterization of the nanocomposite, carbon paste electrode modified with this nanocomposite and used for determination of H2O2 in 0.1 mol L-1 phosphate buffer solution (pH 7.0). The sensor has a linear response in the rangeing of 1.65 ?mol L-1 to 0.5 mmol L-1 with a detection limit of 0.45?mol L-1 of H2O2 .The applicability of the sensor was checked using antioxidant hair color. In the second study, an electrochemical sensor based on CoFe2O4/reduced graphene oxide (rGO) and ionic liquid modified-GCE is fabricated. The results of our study showed that CoFe2O4/IL-RGO nanocomposite has synergetic effect on the oxidation of methotrexate, by decreasing the oxidation overpotential and increasing the oxidation peak current. After optimization of the experimental and instrumental conditions, using the proposed electrochemical sensor, methotrexate can be measured in the range of 0.05 to 7.5 nmol mL–1 with a limit of detection of 0.01 nmol mL–1. Relative standard deviation for five replicates measurements of 2.0 nmol mL–1 methotrexate. In the third study, GCE was modified with polyzincon. To fabricate the electrochemical sensor, GCE was immersed in 0.10 mmol L?1 zincon solutions at pH 7.0 and then successively scanned between ?1.00 to 2.20 V (vs. Ag/AgCl) at a scan rate of 70 mV s?1 for six cycles. A comparison of the electrochemical behavior of fenitrothion on the unmodified and polyzincon modified-GCE showed that in the modified electrode not only the oxidation peak current increased, but also the overpotential shifted to lower one. The DPV responses of the fenitrothion at potential about -0.60 V was used for the determination of fenitrothion. The peak current increased with increasing the concentration of fenitrothion in the range of 5 to 8600 nmol L?1 with a detection limit of 1.5 nmol L?1. Finally, the electrochemical sensor was used for the analysis of fenitrothion in water and fruit samples. In the fourth study, graphitic carbon nitride (g-C3N4) was synthesized using thermal condensation of urea at 550 °C and characterized with some techniques, suspension of multiwall carbon nanotubes (MWCNTs) and g-C3N4 was used for modification of GCE to determination of promethazine. Results show that the oxidation peak current of promethazine is significantly increased at the modified electrode. Under optimum conditions, a calibration curve of promethazine in the concentration of 0.01 to 10 µmolL-1 with a detection limit of 0.005 µmolL-1was obtained using DPV in 0.1 mol L-1 phosphate buffer solution at pH 4.0. Proposed method was used for determination of promethazine in urine and plasma samples. In the fifth study, hydrazine was determined with Cu/g-C3N4/GCE. After the synthesis of g-C3N4 it was doped with Cu. Results showed that Cu was located as ion in the g-C3N4 structure. In the presence of hydrazine, a number of copper ions are reduced by hydrazine. With sweeping the potential toward the positive potentials, these atoms were oxidized and peak current is proportional to the hydrazine concentration. After the optimizing of the experimental conditions, calibration curve of in the hydrazine concentration ranging of 0.25 to 100 µmolL-1 with a detection limit of 0.1 µmolL-1was obtained with DPV technique in the phosphate solution (pH= 8.0). The applicability of the proposed method was examined in the water samples.
در این رساله پنج حسگر الکتروشیمیایی برای اندازه گیری گونه های هیدروژنپراکسید، داروی ضد سرطان متوتریکسات، حشره کش ارگانوفسفره ی فنیتروتیون، داروی پرومتازین و هیدرازین طراحی و ساخته شد. در اولین کار پژوهشی نانو کامپوزیت سیلیکون متخلخل/نقره سنتز شد و بهعنوان اصلاح کننده ی الکترود خمیر کربن برای اندازه گیری هیدروژنپراکسید مورداستفاده قرار گرفت. توسط روش ساده و سریع جابجایی گالوانی، نانو ذرات نقره بر روی سیلیکون متخلخل قرار گرفتند. بعد از مشخصه یابی نانو کامپوزیت با تکنیک های مختلف، الکترود اصلاحشده با این نانو کامپوزیت برای مطالعه ی کاهش هیدروژنپراکسید مورداستفاده قرار گرفت. تکنیک کرونوآمپرومتری در پتانسیل 45/0- ولت و در بافر فسفات با 0/7 pH= برای اندازه گیری هیدروژنپراکسید مورداستفاده قرار گرفت. محدوده خطی 65/ 1 تا 500 میکرومولار با حد تشخیص 45/0 میکرومولار به دست آمد. از روش پیشنهادی برای اندازه گیری هیدروژنپراکسید در اکسیدان رنگ مو استفاده شد. در کار پژوهشی دوم بهمنظور اندازه گیری متوتریکسات از الکترود کربن شیشه ی (GCE) اصلاح شده با کبالت فریت/گرافن کاهش یافته و مایع یونی استفاده شد. تکنیک ولتامتری چرخهای و پالس تفاضلی (DPV) برای مطالعه ی رفتار الکتروشیمیایی متوتریکسات در سطح الکترود اصلاح شده استفاده شد. نتایج نشان داد که نانو کامپوزیت با افزایش جریان اکسایشی و کاهش اضافه ولتاژ اثر همافزایی بر روی اکسایش متوتریکسات دارد. محدوده ی خطی و حد تشخیص برای حسگر پیشنهادی به ترتیب 05/0 تا 5/7 میکرومولار و 01/0 میکرومولار تعیین شد. از حسگر پیشنهادی برای اندازه گیری متوتریکسات در قرص های تجاری استفاده شد. در کار پژوهشی سوم سطح الکترود با پلی زینکون اصلاح شد. این الکترود بهعنوان حسگر الکتروشیمی ساده، ارزان و حساس برای اندازه گیری فنیتروتیون استفاده گردید. برای ساخت حسگر، GCE در محلول 10/0 میلی مولار زینکون در 0/7= pH قرار داده شد و در محدوده پتانسیل 00/1- تا 20/2 ولت با سرعت روبش 70 میلی ولت بر ثانیه ششچرخه زده شد. مقایسه ی رفتار الکتروشیمیایی فنیتروتیون در الکترود اصلاح شده نشان داد که بر روی این الکترود، نهتنها جریان اکسایش-کاهش فنیتروتیون افزایشیافته بلکه اضافه ولتاژها نیز به سمت مقادیر کم تر جابجا شده است. بعد از بهینه سازی شرایط آزمایش، پاسخ های DPV الکترود اصلاح شده در پتانسیل 60/0- ولت دارای یک رابطه ی خطی در محدوده ی غلظتی 5 تا 8600 نانومولار و حد تشخیص 5/1 نانومولار برای اندازه گیری فنیتروتیون بود. از حسگر پیشنهادی برای اندازه گیری فنیتروتیون در نمونه های آب و میوه هایی مثل سیب و خیار استفاده شد. در کار پژوهش چهارم کربن نیترید گرافیتی ( (g-C 3 N 4 با استفاده از روش تراکم حرارتی در دمای 550 درجه ی سانتی گراد سنتز و با تکنیک های مختلف مشخصه یابی شد. تعلیق g-C 3 N 4 و نانولولههای کربنی ((MWCNTs برای اصلاح GCE بهمنظور اندازهگیری پرومتازین استفاده شد. ولتامتری چرخهای برای بهینه سازی شرایط آزمایش مورداستفاده قرار گرفت. تحت شرایط بهینه، منحنی کالیبراسیون پرومتازین با تکنیک DPV در محدوده غلظت 01/0 تا 10 میکرومولار و با حد تشخیص 005/0 میکرومولار در محلول فسفات با 0/4 pH= رسم گردید. از حسگر پیشنهادی برای اندازه گیری پرومتازین در نمونه های ادرار و سرم خون انسان استفاده شد. در کار پژوهشی پنجم یک حسگر الکتروشیمیایی بر پایه ی کامپوزیت Cu/g-C 3 N 4 برای اندازه گیری هیدرازین پیشنهاد شد. ابتدا بستر g-C 3 N 4 سنتز و سپس گونهی مس بر روی g-C 3 N 4 قرار دادهشده. بعد از مشخصه یابی کامپوزیت حاصل، از آن برای اصلاح GCE بهمنظور اندازه گیری هیدرازین استفاده شد. نتایج نشان داد که مس بهصورت یونی و با برقراری پیوند داتیو با واحد های تری آذین در ساختار g-C 3 N 4 قرارگرفته است. در حضور هیدرازین تعدادی از یون های مس احیا می شوند که با روبش به سمت پتانسیل های مثبت اکسید می شوند. جریان اکسایشی حاصل ارتباط مستقیم با غلظت هیدرازین دارد. بعد از بهینهسازی شرایط آزمایش، محدوده خطی 25/0 تا 100 میکرومولار و حد تشخیص 10/0 میکرومولار در محلول فسفات با 0/8pH= و با تکنیک DPV برای هیدرازین به دست آمد و درنهایت کارایی روش پیشنهادی در نمونه های آبی ارزیابی شد.