علوم شیمی

کاربرد نانو ذرات در شیمی تجزیه

05 سپتامبر

اهمیت و گاربرد نانو ذرات

امروزه علم و فن آوری در بسیاری از زمینه ها تقریباً به مرز نهایی خود نزدیک می شود و شاید دیگر جوابگوی توقعات روزافزون بشر نباشد. اینجاست که نانو تکنولوژی قابلیت های نهفته ی خود را یکی پس از دیگری به بشر عرضه نموده و به یکی از مهمترین و جذابترین زمینه های تحقیقاتی بشر در سال های اخیر تبدیل شده است. شاید به این جهت که می توان با آن به بسیاری از رویاهای دیرین بشر دست یافت.

نانو فناوری یک رشته نیست بلکه رویکرد جدیدی در تمام رشته هاست. یکی از ویژگی های مهم نانو فن آوری جنبه چند رشته ای آن است. یکی از این علوم، علم شیمی می باشد. استفاده از این فن آوری در کلیه علوم باعث شده است که تحقیقات در زمینه نانو به عنوان چالش اصلی علمی و صنعتی پیش روی جهانیان باشد [1].

نانو ذرات، مخصوصا نانو ذرات مغناطيسي اين روزها هم از لحاظ علمي و هم از لحاظ تكنولوژيكي از اهميت اساسي برخوردار هستند. كاربرد اين نانوذرات در جاهايي مثل ذخيره سازي اطلاعات، سنسورها، كاتاليست ها و مخصوصا در بيوپزشكي محركي قوي براي تحقيقات بر روي سنتز نانوذرات مگنتيت با خواص مناسب مي باشد[3،2].

 

طراحی و علم نانو ذرات چند عنصری

طراحی و علم نانوذرات چند عنصری و کارکرد نانو ذرات

 

ساختار و تقسیم بندی نانو ذرات

مواد در مقیاس نانو به دسته های زیر قابل تقسیم می باشند[1]:

  • نانو لایه ها (nanolayers)
  • نانو پوشش ها (nanocoating)
  • نانو خوشه ها (nanocluster)
  • نانو سیم ها (nanowire)
  • نانو لوله ها (nanotube)
  • نانو حفره ها (nanohole)
  • نانوذرات (nanoparticle)

 

خواص و کاربرد نانو ذرات در شیمی تجزیه

خواص منحصر بفرد مواد در مقیاس نانو، چشم انداز عالی در طراحی افزارها و روش های جدید برای تجزیه شیمیایی و در گزارش کار آزمایشگاه تجزیه دو ارائه می کند. نانو پارتیکل‌ها با افزایش قابل توجه نسبت سطح به حجم و مسیر انتشار کوتاه منجر به ظرفیت و کارایی استخراج بالاتر و استخراج سریعتر می گردند[4،1].

علاوه بر این در جاذب های پخش شده از مشکلاتی مانند مسدود کردن و رسوب در ستون ها و غشاهای پرشده جلوگیری می کند. بطور مثال توزیع همگن نانوذرات مغناطیسی پخش شده در محلول موجب انتقال جرم مطلوب به سطوح آنها شده و جمع کردن مغناطیسی مواد ته نشین شده را فراهم می سازد [5].

اخیرا نانو ذرات مغناطیسی آهن با توجه به خواص فیزیکی و شیمیایی خود کاربردهای زیادی در استخراج و جداسازی مواد پیدا کرده اند. از جمله این خواص عبارتند از:

  • سنتز سریع و آسان آنها.
  • سهولت اصلاح سطح آنها به علت وجود گروه های هیدروکسیل در سطح ، بطوری که به آسانی با گروه های عاملی اصلاح می شوند.
  • سهولت عمل یا همان تاثیر پذیری در حضور میدان مغناطیسی به علت خواص پارا مغناطیس، ذرات تولید شده به آسانی با یک میدان مغناطیسی خارجی بدون نیاز به سانتریفیوژ و فیلتراسیون قابل جداسازی می باشند.
  • توانایی بازیابی خوب چون نانو ذرات مغناطیسی معمولا پس از شست و شوی مناسب قابل استفاده مجدد می باشند.
  • توانایی پراکندگی عالی در محلول های آبی، نانو ذرات مغناطیسی آهن پراکندگی مناسبی دارند و به سرعت می توانند به تعادل استخراج برسند [8،7،6،4].

به دلایل فوق نانوذرات مغناطیسی اکسید آهن کاربرد زیادی در علم شیمی بخصوص شیمی تجزیه برای استخراج و اندازه گیری ترکیبات آلی و معدنی و نیز حذف آلاینده ها از نمونه های مختلف زیست محیطی پیدا کرده اند که این کاربردها بترتیب در جداول (1-1)، (1-2) و (1-3) نشان داده شده است.

جدول 1- 1: کاربرد های نانو ذرات برای استخراج و اندازه گیری مواد آلی

آنالیت نمونه نانوذرات روش توضیحات منابع
ایباندرونیت ادرار CE-ECL حد تشخیص ایباندرونیت در اوره 06/0 میکرو مولار است. [9]
ترکیبات ارگانوفسفر فاضلاب CapLC-DAD   [10]
بنزیمیدازول بافتهای حیوانی poly CZE ( ) حدود 9920/0. حد تشخیص ها به ترتیب برای BZDs 42/10 – 05/1 نانو گرم بر گرم در ماهیچه خوک و 61/12 -06/1 نانوگرم بر گرم  درجگر خوک. کمترین مقدار (RSDs) روش 6/13 % می باشد. [11]
کلرپرومازین مایعات بیولوژیکی HPLC-UV حد تشخیص ها برای روش پیشنهادی به ترتیب برای آب، اوره و پلاسما برابر 1/0، 0/5 و 10 نانو گرم در میلی لیتر می باشد. [12]
یون مس آب و غذا FAAS حد تشخیص برابر 5/2 میکرو گرم بر لیتر. [13]
سیکلو اکسیژناز محصولات طبیعی Mass Spectrometry   [14]
سفتریاکسون مایعات بیولوژیکی Ag-MNPs HPLC حد تشخیص برابر 02/0 میلی گرم بر میلی لیتر و رنج خطی از 06/0 تا 0/40 میکرو گرم بر میلی لیتر می باشد. [15]
فلوکستین نمونه های آبی و ادرار spectrofluorimetry دوباره چاپ شده از: استخراج فلوکستین با استفاده از نانو ذرات اکسید آهن پوشش داده شده با سورفکتانت SDS و اندازه گیری اسپکتروفلوریمتری آنها در نمونه های آبی و پساب. [16]
فرمالدئید آب- غذا و نمونه های بیولوژیکی Spectrophotometry فرمالدئید می تواند در رنج05/0 تا 75/38 میکرو گرم بر لیتر اندازه گیری شود. [17]
گلیفوسیت و فوسفونيك اسيد آب و عصاره گیاهان capillary electrophoresis and ECL حد تشخیص 01/0 میکرو گرم بر کرم [18]
ترکیبات فعال زیستی گیاهی نمونه های بیولوژیکی (HPLC/FLD) حد تشخیص ها برای Rhein و Emodine به ترتیب 2/0 و 5/0 نانو گرم بر میلی لیتر در نمونه های ادرار و 7 و 10 نانو گرم در میلی لیتر در نمونه های سرم می باشد. باز یابی ها رضایت بخش بودند و به ترتیب برای Rhein و Emodine برابر %90/109-76/92 و % 72/107-53/97 بودند، و ( ) > 0.9995 برای همه کالیبراسیون ها بدست آمده. [19]

 

جدول 1- 2:  کاربرد های نانو ذرات برای استخراج و اندازه گیری مواد معدنی

آنالیت نمونه نانوذرات روش توضیحات منابع
یون فلزی آرسنیک آب معدن طلای زرشوران ICP-AES منحنی کالیبراسیون خطی بود در محدوده 2-1000 میکرو گرم در لیتر، حد تشخیص 2/0 نانو گرم بر میلی لیتر. [20]
برلیوم نمونه آب نانو سیلیکا عامل دار شده ICP-OES حد تشخیص برابر 3/0 نانو گرم بر لیتر بود [21]
کادمیونم نمونه آب FAAS حد تشخیص در این روش برای کادمیوم برابر 5/1 میکرو گرم بر لیتر بود. [22]
آهن نمونه آبهای محیطی (دربا) -NPs infra-red spectroscopy منحنی کالیبراسیون خطی و محدوده از 1-400 میکرو گرم بر لیتر برای 6 نمونه و حد بازیابی برابر (92-107%) بود. [23]
فوشین نمونه آب Spectrophotometry حد تشخیص برابر 0073/0 میکرو کرم بر لیتر. [24]
یونهای فلزی نمونه های آبی (ICP-OES) منحنی کالیبراسیون خطی و محدوده از 1-400 میکرو گرم بر لیتر برای 6 نمونه و حد بازیابی برابر (92-107%) بود. [4]
جیوه محلولهای آبی SPE انحراف استاندارد نسبی برابر 2/2% بود. [25]

 

جدول 1- 3: کاربرد های نانو ذرات برای حذف آلاینده ها از نمونه های مختلف

آنالیت نمونه نانوذرات روش توضیحات منابع
آنیونهای دی کرمات نمونه آب Spectrophotometry UV-Vis با واکنش آمینولایزز [26]
سیتالوپرام فاضلاب UV-Spectrophotometry محدوده غلظتی از 2-100 میکرو گرم بر لیتر [27]
فلوراید محلول های آبی Polypyrrole / Fe3O4 ATR-FTIR   [28]
فلوراید نمونه آب -SCN spectrophotometry حد تشخیص برابر 015/0 میکرو گرم بر میلی لبتر برای 20 نمونه و محدوده غلظتی برابر 040/0-250/1 میکرو گرم بر میلی لیتر. [29]
یونهای فلزات سنگین محلول های آبی flame atomic and (IR) spectra   [30]
یونهای فلزات سنگین آب و فاضلاب – NMnOs- – – ZnO- MgO-     [31]
جیوه آب silica-coated magnetite nanoparticles   غلظت ها بین 40 و 1000 میلی گرم در لیتر [32]

 

سمینارهای مرتبط:

سمینار کاربرد نانو ذرات در دارو رسانی drug delivery

سمینار سنتز نانو ذرات توسط شیمی سبز

سمینار انتقال حرارت در نانو سیالات

drug delivery نانو ذرات و کاربرد آنها در انتقال دارو و خواص اپتیکی نانو ذرات

برای مطالعه بر روی لینگ ها کلیک کنید.

 

منابع:

  1. مسعود صلواتی نیاسری، زینب فرشته. (1388). نانو شیمی روشهای ساخت، بررسی خواص و کاربردها. علم و دانش. 26-36.

  2.  D. Sellmyer, R. Skomski, (2005). Advanced Magnetic Nanostructures, Springer.

     P. Tartaj, M. P. Morales, (2006). Synthesis, Properties and Biomedical Applications of anoparticles. Handbook of Magnetic Materials. 16, 403-482.

  3.  M. Faraji, Y. Yamini, A. Saleh, M. Rezaee, M. Ghambarian, R. Hassani. (2010). A nanoparticle-based solid-phase extraction procedure followed by flow injection inductively coupled plasma-optical emission spectrometry to determine some heavy metal ions in water samples. Analytica Chimica Acta. 659, 172–177.

  4.  Y. Song, Sh. Zhao, P. Tchounwou, Y. M. Liu. (2007). A nanoparticle-based solid-phase extraction method for liquid chromatography–electrospray ionization-tandem mass spectrometric analysis. Journal of Chromatography A, 1166, 79–84.

  5.  T. K. Indira, P. K. Lakshmi, (2010). Magnetic Nanoparticles- A Review. International Journal of Pharmaceutical Sciences and Nanotechnology. 3, 1035-1042.

  6.  L. Sun, L. Chen, X. Sun, and at al., (2009). Analysis of sulfonamides in environmental water samples based on magnetic mixedhemimicelles solid-phase extraction coupled with HPLC–UV detection, Chemosphere 77, 1306–1312.

  7.  S. Sadeghi, H. Azhdari, H. Arabi, A. Z. Moghaddam, (2012). Surface modified magnetic Fe3O4 nanoparticles as a selective sorbent for solid phase extraction of uranyl ions from water samples, J. Hazard. Mater. 215–216, 208-216.

  8.  Y. Shan Huang, Sh. Niang Chen, Ch. Wen Whang. (2011). Capillary electrophoresis– electrochemiluminescence detection method for the analysis of ibandronate in drug formulations and human urine. Electrophoresis, 32, 2155–2160.

  9.  Y. M. Martinez, Y. Vitta, H. P. Garcia, and at al. (2014). Silica supported Fe3O4 magnetic nanoparticales for magnetic solid-phase extraction and magnetic in-tube solid phase microextraction: application to organophosphorous compounds. Anal Bioanal Chem, 406, 2211-2215.

  10. X. Z. Hu, M. L. Chen, Q. GAO, and at al. (2012). Determination of benzimidazole residues in animal tissue samples by combination of magnetic solid-phase extraction with capillary zone electrophoresis. Talent, 89, 335– 341.

  11.  Y. Yaminia, M. Faraji, (2014). Extraction and determination of trace amounts of chlorpromazine in biological fluids using magnetic solid phase extraction followed by HPLC. Journal of Pharmaceutical Analysis. 4, 279-285.

  12.  J. L. Manzoori, M. Amjadi, M. Darvishnejad, (2011). Separation and preconcentration of trace quantities of copper ion using modified alumina nanoparticles, and its determination by flame atomic absorption spectrometry. Microchim Acta, 176(3-4).

  13.  Y. Zhang, Sh. Shi, X. Chena, M. Peng, (2014). Functionalized magnetic nanoparticles coupled with mass spectrometry for screening and identification of cyclooxygenase-1inhibitors from natural products. Journal of Chromatography B, 960, 126–132.

  14.  L. E. Ahangar, K. Movassaghi, F. Bahrami, M. Enayati, A. Chianese, (2014). Determination of Drugs in Biological Sample by Using Modified Magnetic Nanoparticles and HPLC. Chemical Engineering Transactions, vol. 38.

  15.  H. Bagheri, O. Zandi, A. Aghakhani. (2012). Reprint of: Extraction of fluoxetine from aquatic and urine samples using sodium dodecyl sulfate-coated iron oxide magnetic nanoparticles followed by spectrofluorimetric determination. Analytica Chimica Acta 716, 61– 65.

  16.  A. Afkhami, H. Bagheri. (2012). Preconcentration of trace amounts of formaldehyde from water, biological and food samples using an efficient nanosized solid phase, and its determination by a novel kinetic method. Microchim Acta. 176, 217-227.

  17.  Ch. Ch. Hsu, Ch. W. Whang. (2009). Microscale solid phase extraction of glyphosate and aminomethylphosphonic acid in water and guava fruit extract using alumina-coated iron oxide nanoparticles followed by capillary electrophoresis and electrochemiluminescence detection. Journal of Chromatography A, 1216, 8575–8580.

  18.  L. Zhu, D. Pan, L. Ding, F. Tang, Q. Zhang, Q. Liu, Sh. Yao. (2010). Mixed hemimicelles SPE based on CTAB-coated Fe3O4/SiO2 NPs for the determination of herbal bioactive constituents from biological samples. Talanta 80, 1873–1880.

  19.  M. Moradian, M. Moradian, Z. Boroumand. (2013). A New and Efficient Method for the Adsorption and Separation of Arsenic Metal Ion from Mining Waste Waters of Zarshouran Gold Mine by Magnetic Solid-Phase Extraction with Modified Magnetic Nanoparticles. Int. J. Nanosci. Nanotechnol. 9, 121-126.

  20.  S. R. Yousefi, F. Shemirani, M. R. Jamali, M. Salavati. (2010). Extraction and preconcentration of ultra trace amounts of beryllium from aqueous samples by nanometer mesoporous silica functionalized by 2, 4-dihydroxybenzaldehyde prior to ICP OES determination. Microchimica Acta, 169, 241.

  21.  H. Tavallali, (2011). Alumina-coated magnetite nanoparticles for solid phase extraction of Cd in water samples. 3, 1647-1651.

  22.  R. Q. Christophe, E. Vassileva, I. Petrov, K. Chakarova, I. H. Konstantin, (2010). First results on Fe solid-phase extraction from coastal seawater using anatase TiO2 nano-particles. Anal Bioanal Chem. 396, 2349–236.

  23.  B. Zargar, H. Parham, A. Hatamie, (2009). Modified iron oxide nanoparticles as solid phase extractor for spectrophotometeric determination and separation of basic fuchsin. Talanta. 77, 1328–1331.

  24.  Y. Zhai, Sh. Duan, Q. He, X. Yang, Q. Han. (2010). Solid phase extraction and preconcentration of trace mercury (II) from aqueous solution using magnetic nanoparticles doped with 1, 5-diphenylcarbazide. Microchim Acta. 169, 353–360.

  25.  F. Ozcan, M. Ersoz, M. Yilmaz. (2009). Preparation and application of calix [4] arene-grafted magnetite nanoparticles for removal of dichromate anions. Materials Science and Engineering. 29, 2378–2383.

  26. M. Sh. Khoeini, M. T. Saber, A. Mehdinia, P. A. Abroomand, S. W. Husain. (2013). Fast Removal of Citalopram Drug from Waste Water Using Magnetic Nanoparticles Modified with Sodium Dodecyl Sulfate Followed by UV-Spectrometry. Journal of Chemical Health Risks. 3(4), 35-41.

  27. M. Bhaumik, T. Y. Leswifi, A. Maity, V.V. Srinivasu, M. S. Onyango. (2011). Removal of fluoride from aqueous solution by polypyrrole/Fe3O4 magnetic nanocomposite. Journal of Hazardous Materials. 186, 150–159.

  28.  H. Parham, N. Rahbar. (2009). Solid phase extraction–spectrophotometric determination of fluoride in water samples using magnetic iron oxide nanoparticles. Talanta. 80, 664–669.

  29.  F. Ge, M. M. Li, H. Ye, B. X. Zhao. (2012). Effective removal of heavy metal ions Cd2+, Zn2+, Pb2+, Cu2+ from aqueous solution by polymer-modified magnetic nanoparticles. Journal of Hazardous Materials. 211– 212, 366– 372.

  30.  M. Hua, Sh. Zhang, B. Pan, W. Zhang, L. Lv, Q. Zhang. (2012). Heavy metal removal from water/wastewater by nanosized metal oxides: A review. Journal of Hazardous Materials 211– 212, 317– 331.

  31.  O. Hakami, Y. Zhang, Ch. J. Banks. (2012). Thiol-functionalised mesoporous silica-coated magnetite nanoparticles for high efficiency removal and recovery of Hg from water. 46, 3913–3922.

دیدگاهتان را بنویسید