ساخت نانوحسگر گاز آمونیاک با بهره‌گیری از پلی پیرول
بسپار می نویسد، پژوهشگران دانشگاه تربیت مدرس از فیلم نانوساختاریِ پلی پیرول دوپه شده با رنگ به عنوان یک نانوحسگر نوری حساس به گاز آمونیاک بهره گرفتند.
پژوهشگران دانشگاه تربیت مدرس از فیلم نانوساختاریِ پلی پیرول دوپه شده با رنگ به عنوان یک نانوحسگر نوری حساس به گاز آمونیاک بهره گرفتند. انتخابگری بالا برای گاز آمونیاک به روشی ساده، ارزان، حساس و زمان پاسخ مناسب از ویژگی‌های این نانوحسگر بوده که این امکان را فراهم می‌سازد تا در کیت‌های تجاری-پزشکی برای آشکارسازی میزان گازآمونیاک در نمونه‌های مختلف به کار گرفته شود.
آمونیاک به طور گسترده در تهیه کودهای شیمیایی، صنایع داروسازی و رنگ کننده‌ها کاربرد دارد و سالانه بیش از صد میلیون تن در جهان تولید می‌شود. در عین حال آمونیاک به عنوان یکی از محرک‌های اولیه برای بشر شناخته شده است. در معرض قرار‌گیری با آمونیاک سبب تحریکات سیستم تنفسی، پوست و چشم شده و با آسیب رساندن به ریه‌ها در اثر مواجهه با غلظت زیاد این گاز می‌تواند سبب مرگ شود. در صورت تماس با آمونیاک مایع، سوختگی شدید در محل تماس ایجاد می‌گردد. بنابراین نیاز به یک روش سریع، حساس و قابل اعتماد برای تشخیص دقیق گاز آمونیاک در هوا وجود دارد.
این کار تحقیقاتی به دست فرناز طاولی دانشجوی دکترای شیمی تجزیه و هدایت دکتر نادر علیزاده مطلق از دانشگاه تربیت مدرس انجام پذیرفته است و در آن فیلم پلی پیرول دوپه شده با یک رنگ به روش پلیمریزاسیون شیمیایی بر روی پلی استایرن پوشش داده شده است. پارامترهای مختلف مؤثر در خصوص یکنواختی، پایداری و تغییر رفتار نوری فیلم پوشش داده شده بر روی بستر بهینه شده و تغییرات خواص نوری فیلم تهیه شده در حضور آمونیاک برای طراحی حسگر نوری بررسی شده است.
خانم طاولی در رابطه با فرآیند ساخت این نانوحسگر توضیح داد: «در این کار ابتدا به سنتز یک لایه نازک از پلی پیرول بر روی یک بستر شفاف به روش پلیمریزاسیون شیمیایی پرداخته شد که در طی سنتز از یک رنگ آنیونی به عنوان دوپانت استفاده شده بود. در مرحله بعدی از بسترهای متفاوت برای بررسی و مقایسه چسبندگی و یکنواختی پلیمر سنتز شده بر روی آنها استفاده و شرایط بهینه سنتز برای به‌دست آوردن فیلم شفاف، یکنواخت، پایدار و نانو ساختار از پلی پیرول مشخص شد. سپس با مطالعه خواص نوری و حسگری فیلم سنتز شده به روش اسپکتروسکوپی جذبی ارقام شایستگی حسگر برای گاز آمونیاک نیز مشخص شد. در انتهای این کار تحقیقاتی در یک نمونه واقعی غلظت آمونیاک در فضای فوقانی دو نمونه از آب چاه اندازه‌گیری شد.»
رنگ به کار برده شده در این نانوحسگر به عنوان دوپانت بوده و دارای گروه‌های اسیدی است که می‌تواند با آمونیاک که دارای خاصیت بازی است، برهمکنش داده و سبب تغییر رنگ لایه نازک در طول موج جذبی رنگ شود. همچنین به گفته طاولی نانو ساختار بودن پلیمر سبب پایین بودن زمان پاسخ حسگر شده است. با توجه به اینکه در حالت نانو ساختار سطح به حجم افزایش می‌یابد سرعت نفوذ گاز آمونیاک به داخل پلیمر و سرعت برهمکنش با مولکول‌های رنگ افزایش یافته و در نتیجه زمان پاسخ کاهش می‌یابد.
نتایج این تحقیقات حاکی از آن است که حسگر تهیه شده انتخابگری و حساسیت بسیار مناسبی نسبت به گاز آمونیاک در مقابل بخار دیگر آمین‌ها نظیر متیل آمین، اتیل آمین پروپیل آمین، بوتیل آمین و همچنین متانول، اتانول، استونیتریل، استون، هگزان، پیریدین، و آب از خود نشان می‌دهد. طاولی در تکمیل نتایج تحقیقات افزود: « نتایج عکسبرداری SEM از سطح فیلم پلی پیرول دوپه شده با رنگ به روش پلیمریزاسیون شیمیایی، مورفولوژی نانوساختار را تأیید کرد. رفتار حسگری پلی پیرول دوپه شده با رنگ نسبت به مقادیر بسیار کم گاز آمونیاک به‌وسیله‌ی تکنیک اسپکتروسکوپی جذبی در شرایط بهینه به دو روش فضای فوقانی محلول و تزریق مستقیم گاز به درون سل نشان داد که حسگر در گستره 260-150 میکروگرم بر لیتر دارای پاسخ خطی است.»
با توجه به حد تشخیص پایین و سرعت پاسخ بالا، این حسگر می‌تواند در صنایع پزشکی و تشخیص طبی نیز به‌کار گرفته شود. همچنین با توجه به حجم و سادگی حسگر طراحی شده می‌توان از آن در اندازه‌گیری‌های پرتابل استفاده نمود.
نتایج این تحقیقات در مجله Sensors and Actuators B: Chemical (جلد 176) منتشر شده است. علاقمندان می‌توانند متن این مقاله را در صفحات 761 الی 767 همین شماره مشاهده نمایند.
