چهارشنبه ۱۷ آذر ۱۳۹۵
اخبار اصفهان
سرتیتر اخبار
چاپ خبر
۰۶:۴۶ - ۱۳۹۴/۰۵/۱۱
سنسور3
ترجمه اختصاصی
 سنسور پارازیت سنج مبتنی بر لایه نازک زئولیت +دانلود مقاله   

بیوسنسور یا حسگر زیستی از دو کلمه بیو (bio)‌ به معنی زیست و سنسور (sensor)‌ به معنی حسگر تشکیل شده است. به گونه‌ای طراحی شده‌اند تا بتوانند تنها با یک مادهٔ خاص واکنش نشان دهند. نتیجهٔ این واکنش به صورت پیام‌هایی در می‌آید که یک ریزپردازنده می‌تواند آن‌ها را تحلیل کند...

ندای اصفهان- مترجم: جواد جلوانی/

عنوان اصلی مقاله:

Nanoporous Zeolite Thin Film-Based Fiber IntrinsicFabry-Perot Interferometric Sensor for Detection of DissolvedOrganics in Water

Author: Ning Liu, Juan Hui, Cunqiang Sun, Junhang Dong, Luzheng Zhang and Hai Xiao

سنسور پارازیت‌سنج Fabry-Perot اصلی-رشته مبتنی بر لایه نازک زئولیت (سنگ جوشان) غیر متخلخل برای یافت مواد آلی حل شده در آب

دریافت فایل اصلی مقاله به زبان انگلیسی: دانلود

توضیح مترجم:

زئولیت ها (Zeolites) از سیلیکات های آبدار نوع داربستی شمرده می شوند. پیوند آبدار در آنها بسیار سست است، بطوری که در دمای پایین، آب خود را از دست می دهند. قابلیت تعویض یونی آنها زیاد است. زئولیت ها هم به روش طبیعی و هم به روش مصنوعی تشکیل می گردند. زئولیت ها به روش طبیعی در دریاچه های قلیایی (نمکی) واقع در مناطق گرم و خشک، آلتراسیون توفها، سیستم باز آبهای زیرزمینی، خاک های محیط قلیایی و رسوبات عمیق دریا تشکیل می شوند. موارد مصرف زئولیت ها فراوان است:

۱ـ فیلتر ملکولی: موادی که ابعاد ملکول آنها کمتر از قطر فضای زئولیت باشد جذب شده و آنهایی که بزرگتر هستند جذب نخواهند شد. ۲ـ کنترل آلودگی: به علت داشتن خاصیت جانشینی یونی ، می تواند ایزوتوپ های سزیم و استرانسیم را که دارای خاصیت رادیواکتیویته هستند، به خود جذب نماید. ۳ـ تولید اکسیژن: بعضی از زئولیت ها نیتروژن را بطور انتخابی جذب می نمایند. ۴ـ تصفیه گاز: برای جداسازی دی اکسید کربن و کاهش میزان رطوبت گازهای طبیعی از زئولیت ها می توان استفاده کرد. ۵ـ جذب انرژی خورشیدی: زئولیت های نامبرده در طول روز، آب خود را از دست می دهند و در فاصله شب و به هنگام جذب رطوبت می توانند انرژی ذخیره شده در طول روز را آزاد نمایند. ۶ـ کشاورزی: زئولیت ها را در کشاورزی برای بهبود کیفیت خاک، تهیه خوراک حیوانات و همچنین در تهیه حشره کش ها به کار می برند. ۷ـ مصارف دیگر: پیش از این زئولیت ها به دلیل وزن مخصوص پایین آنها به عنوان مصالح سبک وزن استفاده می شده است. اینک زئولیت ها را به عنوان ماده پرکننده در کاغذ استفاده می کنند. مزایای زئولیت نسبت به کائولین درصد اوپاکی بیشتر، سهولت برش و کاهش وزن آن است. در خمیر دندان از زئولیت به دلیل قابلیت پویش بهتر نسبت به CaHPO۴ و باقی ماندن فلورید به صورت یونی استفاده می شود.

زئولیت

یک نمونه ترکیب زئولیتی

چکیده:

یک سنسور شیمیایی پارازیت‌سنج Fabry-Perot اصلی اپتیک رشته‌ای (IFPI) بوسیله صیقل دادن ظریف یک لایه نازک زئولیت MFI غیر متخلخل پلی کریستالین بوجود آمد که در سطح شکاف برداشته یک رشته حالت تکی سنتز شده بود. این سنسور با نظارت کردن بر تغییرات ضخامت اپتیکی لایه نازک زئولیت عمل می‌کرد که به وسیله جذب مولکول‌های آلی به داخل کانال‌های زئولیت ایجاد می‌شد. ضخامت اپتیکی لایه نازک زئولیت بوسیله یک پارازیت‌سنج نوری سفید اندازه‌گیری شد. با استفاده از متانول ۲-پروپانول و تولوئن به عنوان مواد شیمیایی مدل، نشان داده شد که سنسور IPFI زئولیت می‌تواند مواد آلی حل شده در آب را با حساسیت بالا بیابد.

کلمات کلیدی

سنسور شیمیایی رشته، زئولیت، پارازیت‌سنج نور سفید، مواد آلی حل شده

۱- مقدمه

اطلاعات زمان واقعی (Real-Time) ترکیب و غلظت مواد آلی حل شده (DOMs) در آب به حد زیادی در بسیاری از جنبه‌های کلیدی مورد نیاز است؛ مثل مدیریت محیطی، بهداشت عمومی و کنترل فرایند صنعتی. اکثر روش‌های موجود برای یافت DOM بر اساس تجزیه و تحلیل‌های آزمایشگاهی نمونه‌های مجزا می‌باشد.

تجزیه و تحلیل‌های شیمیایی DOM در سطح مولکولی نوعا شامل تجزیه است (برای مثال هیدرولیز‌های اسیدی یا قلیایی، اکسیداسیون یا تغییر شیمیایی در اثر حرارت) برای آزاد شدن ترکیبات در سطح مونومی که می‌تواند بوسیله کالری‌متری تعیین شود یا بعد از جداسازی کروماتوگرافیک تعیین مقدار گردد. کروماتوگرافی مایع عملکرد بالا (HPLC) و کروماتوگرافی حذف اندازه در میان روش‌هایی هستند که بیشتر از روش‌های دیگر استفاده می‌شوند تا مواد آلی تجزیه شده کمپلکس را جدا نماید. تعیین مقدار DOMs عمولا بوسیله روش‌های مختلف اسپکترومتری انجام می‌شود مثل اسپکترومتری توده، اسپکترومتری انتشار اتمی پلاسما و اسپکترومتری توده ابداع غشاء. اگرچه روش‌های کروماتوگرافی و اسپکترومتری مخصوص هستند و به طور کلی حساسیت اندازه‌گیری در سطح قسمت بر میلیارد (ppb) ارائه می‌کند اما برای نظارت زمان واقعی و در موقعیت واقعی مناسب نیستند چون این ابزارهای گران و پیچیده فقط به جمع آوری وقتگیر نمونه و پرهزینه، انتقال، آماده‌سازی عملیات آزمایشگاهی پیچیده نیاز دارند.

سنسورهای شیمیایی هزینه پایین که قادر به نظارت پیوسته و موقعیتی DOM‌ها در آب هستند، علاقه زیادی را در سال‌های اخیر به خود جلب کرده است. اگرچه آنها حساسیت و مخصوص بودن به زیادی اکثر ابزار تحلیلی را ندارد اما توانایی آنها برای تأمین اطلاعات به موقع به حد زیادی برای اهداف پیش آگاهی دادن و کنترل‌های فرایند زمان واقعی مطلوب است. سنسورهای الکتریکی و اپتیکی، دو طبقه‌بندی مهم سنسورهای شیمیایی را نشان می‌دهند که پتانسیل امیدبخشی را برای یافت موقعیتی DOM‌ها دارند. در مقایسه با سنسورهای الکتریکی، سنسورهای اپتیکی معمولا مزایای مصونیت برای پارازیت الکترومغناطیسی (EMI) ، پهنای موج وسیع، حالت انفعالی و ایمنی ذاتی ارائه می‌دهند.

چند شرح موفق از سنسورهای الکتریکی برای یافتن DOM‌ها در آب، گزارش شده است. مثل میکروسنسور مبتنی بر شیمی رزیستور جذب پلیمر، سنسور موج اکوستیک سطح (SAW) و سنسور ولتامتریک الکترود کربن پوشیده از پلی فنول. اکثر سنسورهای الکتریکی گزارش شده سطوح معینی از خصوصیت را با به کارگیری پلیمرهای طراحی شده به صورت مخصوص برای به طور انتخابی تماس با آنالیت‌های هدف نشان داده اند. به هر حال بعضی از پلیمرها با مولکول‌های آب و یون‌های حل شده واکنش می‌کند که پایداری نامعین را برای عملیات درازمدت ارائه می‌دهد.

فلورسنس القاء شده به صورت اپتیکی یک ابزار خوب شناخته شده برای تجزیه و تحلیل DOMs، آلودگی روغن و فیتوپلانکتون در آب دریا می‌باشد. معلوم شده که روش فلورسنس القاء شده حساس و بسیار انتخابگر می‌باشد. با بررسی کردن آثار طیفی فلورسنس تهییج شده، ترکیبات مختلف آلی در آب به میزان ppm تعیین شدند. به هر حال سیستم‌های بسیار پیچیده برای تهییج فلورسنس و همچنین جهت پردازش اطلاعات و داده‌ها استفاده شدند. علاوه بر این مواد مخصوص در آب می‌توانند اثر فلورسنس القاء شده را آلوده کنند.

پیشرفت‌های اخیر درمواد نانو و فن آوری‌های لایه نازک، فرصت‌های جدیدی به وجود آورده اند تا سنسورهای شیمیایی قوی و مینیاتوری شده با افزایش حساسیت و انتخاب پذیری به وجود آورند. زئولیت‌های کریستالی غیر متخلخل از مواد نانو با ترکیب منحصر به فردِ خواص اپتیکال و شیمیایی مناسب برای توسعه سنسور شیمیایی اپتیکی هستند که زیرنانومتر یکنواخت یا منافذ مقیاس نانومتر و نسبت‌های سطح به جرم خیلی بزرگ دارند. زئولیت‌ها می‌توانند به صورت انتخابی مولکول‌های آلی حل شده در آب را جذب کنند که منجر به تغییرات خواص اپتیکی شده که می‌تواند به وسیله روش‌های اپتیکی مختلف شناسایی شود.

اخیرا ما به صورت موفقیت‌آمیز لایه‌های نازک زئولیت MFI کیفیت بالا را در حالت تکی استاندارد و رشته‌های اپتیکی ارتباط راه دور با استفاده از روش کریستالیزاسیون هیدرونرمال سنتز کردیم. با نظارت کردن بر تغییر بازتاب از نوک رشته پوشیده از زئولیت به عنوان تابعی از غلظت آنالیت، ما نشان دادیم که رشته پوشیده از زئولیت را می‌توان برای بافت حساس مواد شیمیایی استفاده کرد. ما همچنین به صورت آزمایشی تغییر شاخص بازتاب ایجاد شده توسط جذب را از بخار ۲-پروپانول مطالعه کردیم که بوسیله گاز N2 انتقال داده شده است. معلوم شد که ضریب بازتاب- وابستگی غلظت به ایزوترم جذب شبیه بود. در این مقاله ما یک سنسور پارازیت‌سنج Fabry-Perot ذاتی اپتیکی رشته ای (IFPI) را شرح می‌دهیم که توسط صیقل دادن ظریف یک لایه نازک زئولیت ایجاد شده بود که روی سطح رشته سنتز می‌گردید. ما نظر خود را بر بررسی‌های آزمایشی با استفاده از اینگونه سنسور برای یافت DOMs در آب معطوف می‌کنیم.

۲- ساخت سنسور

۱-۲- سنتز لایه‌های زئولیت روی نوک‌های رشته

یک رشته اپتیکی حالت تکی (corning SMF28) در یک زاویه راست نسبت به محورش شکاف برداشت و با ایزوپروپانول در یک حمام اولتراسونیک تمیز گردید (Cole Parmer 8890). با مخلوط کردن ۳۰ میلی لیتر آب دی یونیزه شده، ml 5.65 محلول TPAOH (تتراپروپیل آمونیوم هیدروکسید، IM) و ml10.2 از TEOS (تترا اتیل اروتوسیلیکات، ۹۸درصد، Acros) تهیه گردید. این مخلوط به شدت در دمای ۵۰ درجه سانتی گراد برای مدت ۳ ساعت همزده شده تا یک محلول کاملا شفاف حاصل شود.

محلول سنتز نهایی”ml 5″ به داخل راکتور سنتز منتقل شد. راکتور استنلس استیل یک حجم محفظه به میزان حدودا cm10 مکعب و یک قطر داخلی به میزان ۱۸میلی متر داشت. همانگونه که در شکل ۱ نشان داده شده، سطح رشته شکاف برداشته به سمت پایین نصب شد و ۱۲ تا ۱۵ میلیمتر زیر سطح مایع قرار گرفت. سپس راکتور سنتز به داخل یک اجاق پیشگرم شده در دمای ۱۸۰ درجه سانتیگراد انتقال یافت. سپس سنتز هیدرونرمال در دمای ۱۸۰ درجه سانتیگراد برای مدت ۴ ساعت انجام شد. بعد از سنتز، رشته پوشیده از زئولیت با آب DI شستشو شد یعنی در یک حمام اولتراسونیک برای مدت ۵ دقیقه.

سنسور1

فرایند سنتز فوق برای یکبار تکرار شد تا ضخامت لایه زئولیت را افزایش دهد. رشته پوشیده از زئولیت پس از آنکه در دمای ۸۰ سانتیگراد به مدت ۱۰ ساعت در یک اجاق خشک شد بوسیله آتش گرفتن در دمای ۵۰۰ درجه سانتیگراد در هوا برای مدت ۳ ساعت با میزان‌های گرم کردن ۲C/min فعال شد. هدف از این فعالیت برطرف کردن مولکول نمونه آلی است که ساختار زئولیت را در خلال فرایند کریستالیزاسیون هیدرونرمال هدایت می‌کرد.

سنسور2برای بررسی کیفیت لایه نازک زئولیت، نوک رشته پوشیده از زئولیت بوسیله صیقل دادن همانگونه که در شکل a-2 نشان داده شده برطرف می‌گردید. تصویر میکروسکوپ الکترون (SEM) سطح مقطع رشته پوشیده از زئولیت، نشان می‌دهد که یک لایه متراکم زئولیت روی رشته رشد کرده است.

۲-۲- صیقل دادن ظریف لایه نازک زئولیت

همانگونه که در شکل b-2 نشان داده شده، تصویر SEM لایه نازک زئولیت سنتز شده یک سطح خارجی صاف داشت که عمدتا به علت ماهیت پلی کریستالی لایه زئولیت است که وجود دارد. پوشش زئولیت سرعت یک پارازیت‌سنج Fabry-Perot را تشکیل می‌دهد که در آن دو بازتاب از سطح مشترک رشته- زئولیت و زئولیت- محیط، یک سگنال پارازیت به عنوان تابعی از ضخامت اپتیکال لایه به وجود می‌آورد. به هر حال کیفیت سیگنال تداخل یا پارازیت می‌تواند خیلی ضعیف باشد البته اگر لایه نازک زئولیت سنتز شده مستقیما استفاده گردد. علاوه بر بازتاب کوچک، سطح خارجی صاف سنتز شده همچنین منجر به مرحله غیر یکنواخت موج بازتاب شده می‌گردد که به تدریج کیفیت سیگنال تداخل را همانگونه که در شکل b-2 نشان داده شده پایین می‌آورد.

برای بهبود سیگنال پارازیت، سطح خارجی پوشش زئولیت به صورت ظریفی صیقل داده شد تا بی‌نظمی‌های سطح صیقل داده شود. صیقل دادن با یک دستگاه صیقل رشته مخصوص انجام گرفت. (Ultra Tec Manufacturing Inc. Ultrapol 1200) سطح خارجی پوشش زئولیت به وسیله یک میکروسکوپ اپتیکی بررسی شد و ضخامت لایه‌های نازک زئولیت به وسیله یک سیستم پارازیت‌سنج نوری سفید در زمان واقعی مانیتور شد؛ یعنی در خلال فرایند صیقل دادن. همانگونه که در شکل ۲(c) نشان داده شده است بی‌نظمی‌های سطح زئولیت برطرف شد و کیفیت سیگنال پارازیت بعد از صیقل دادن به حد زیادی بهبود یافت. این سیگنال پارازیت کیفیت عالی همچنین نشان داد که یک لایه نازک زئولیت روی سطح رشته رشد کرده بود.

۳- آزمایشات

۱-۳- انجام آزمایش

شکل ۳ به صورت شماتیک تشکیلات سیستم برای سنسور و تست کردن را نشان می‌دهد. طیف‌های انتشار همزمان تقویت شده موجL و موجC ضرب شد تا یک منبع وسیع به وجود آورد که دامنه طیفی از ۱۵۲۶-۱۶۰۶ را پوشش می‌داد. سیگنال پارازیت اپتیکی ایجاد شده به وسیله دوبازتاب از سطح رشته- زئولیت(R1) و زئولیت محیط به وسیله یک آنالیز طیف اپتیکی (OSA)یافت و ثبت شد. سپس پارازیت‌سنج به وسیله یک کامپیوتر تجزیه وتحلیل شد تا ضخامت اپتیکی لایه زئولیت را محاسبه نماید. OSAطوری ترتیب داده شده تا تفکیک طیفی ۵۰۱٫۱nm نقطه نمونه و ۱۰ برابر میانگین برای همه آزمایشات داشته باشد.

سنسور3۲-۳- پردازش پارازیت‌سنج

به علت بازتاب پایین سطوح مشترک رشته-زئولیت و زئولیت محیط، بازتاب‌های فراوان مساعدت‌های ناچیز به پارازیت اپتیکی دارند. لایه نازک زئولیت که با سطح رشته شکاف برداشته پوشیده شده بود بنابراین راه می‌توان به عنوان یک نرمی یا ریزی پایین IFPIمدلسازی کرد. جاییکه مدل پارازیت اپتیکی دو پرتویی استفاده می‌شود. سیگنال پارازیت توسط فرمول زیر داده شده است.

فرمول

در اینجا I1و I2شدت‌های نور هستند که به ترتیب از سطح مشترک رشته-زئولیت و زئولیت-محیط بازتاب شده‌اند، Q0 مرحله اولیه پارازیت‌سنج است، L0 ضخامت اپتیکی لایه زئولیت می‌باشد که محصول ضخامت فیزیکی و شاخص شکست لایه می‌باشد، Y طول موج اپتیکی خلأ و قابلیت رؤیت حاشیه‌ای سیگنال پارازیت می‌باشد.

طیف پارازیت که به وسیله معادله ۱ داده شده به طیف منبع بستگی دارد. وابستگی این طیف منبع می‌تواند سیگنال پارازیت را تحریف کند و باعث خطاهایی شود. برای حذف مدولاسیون طیف، پارازیت‌سنج با استفاده از طیف بازتاب از یک سطح رشته شکاف برداشته که قبل از آنکه سنسور به سیستم اضافه شود گرفته شده و استاندارد شد. شکل ۴ طیف منبع، پارازیت‌سنج نوعی و پارازیت‌سنج نرمال و استاندارد شده را نشان می‌دهد.

سنسور4

سپس پارازیت‌سنج نرمال شده تجزیه وتحلیل گردید تا ضخامت اپتیکی لایه زئولیت با استفاده از روش شرح داده شده در ۲-۲، یافت شود. سپس ترتیب پارازیت بر اساس جدایی طیفی دو حداقل و حداکثر پارازیت مجاور محاسبه شد به طوریکه تغییر فاز بیشتر از ۲M حل گردید. یکی از ترتیبات پارازیت تعیین گردید، تغییر طیفی حداقل و حداکثر مربوطه برای محاسبه تغییر فاز در ۲M استفاده شد. نتایج حاصله از این دو محاسبه ترکیب شدند تا ضخامت اپتیکی لایه نازک زئولیت تعیین گردد. مطالعات قبلی نشان داده اند که الگوریتم بدست آمده به تفکیک بالا دست می‌یافت و از مسئله ابهام فاز اجتناب می‌کرد.

برای بهبود بیشتر دقت پردازش پارازیت‌سنج، سیگنال پارازیت به عنوان تابعی از فرکانس اپتیکی با استفاده از ۴ معادله چند جمله‌ای در مجاورت حداکثرها و حداقل‌ها از نظر مجذور متناسب شد. فرکانس‌های اوج و فرود مورد استفاده در محاسبه نهایی به عنوان مرکز منحنی‌های متناسب شده استفاده گردید.

۳-۳- تست‌های سنسور

ترتیب آزمایشی تست سنسور در شکل ۳ نیز نشان داده شده است. میله سنسور رشته- زئولیت در آب DI فرو برده شد که در یک فلاسک موجود بود. سه نوع ماده آلی با اندازه‌های مولکولی مختلف، دانسیته، قطبیت و حلالیت در آب برای تست سنسور استفاده می‌شد. اینها شامل متانول (۹۹٫۹ درصد)، پروپانول (۹۹٫۹ درصد) و تولوتن (بیش از ۹۹٫۹ درصد) بود.

زئولیت فعال شده یک نسبت خیلی بزرگ سطح به جرم دارد و مولکول‌ها را از محیط مجاور جذب می‌نماید. مطلوب است که این مولکول‌های ناشناخته قبل از بکار بردن سنسور برای یافت شیمیایی برطرف شوند. مولکول‌های پیش اشغال کننده را می‌توان با گرم کردن زئولیت در هوا با یک دمای نسبتا بالا (بیش از C350) برطرف نمود به طوریکه مولکول‌های جذب شده انرژی کافی به دست آورند تا از منافذ زئولیت خارج گردند. به این فرایند تجدید حیات سنسور می‌گویند.

تجدید حیات یا احیای سنسور در آزمایشات ما توسط گرم کردن سنسور با استفاده از یک کوره لوله ای انجام گرفت. سنسور در یک لوله استنلس استیل با جریان گاز N2/O2 در خلال احیاء تأمین می‌شد. نسبت مولی N2/O2 انتخاب شد تا ۴:۱ باشد تا ترکیب هوا را تحریک کند. میله سنسور تا دمای ۴۰۰ درجه سانتی گراد با سرعت ۵ بر دقیقه گرم شد که بعد از ۱ ساعت به ۴۰۰ درجه رسید و سپس سرد شد تا به دمای اتاق برسد. فرایند احیای کند عمدتا به وسیله سرعت‌های گرم کردن و سرد کردن سطح بزگ لوله که در آزمایشگاه‌ها استفاده می‌شد محدود بود. چون سنسور را می‌توان به طور کامل در هوا احیا کرد، در کاربردهای صحرایی، می‌توان یک هیتر مقاومتی کوچک را برای احیاء سنسور در محل طراحی کرد. احیاء صحرایی می‌تواند خیلی سریعتر از احیا در آزمایشگاه باشد چون هیتر مقاومتی کوچک را می‌توان خیلی سریعتر از کوره لوله‌ای گرم کرد.

بعد از احیا، سنسور فورا در آب DIفرو برده شد و بعد از حدود ۱ ساعت تثبیت گردید. سپس پارازیت‌سنج سنسور در آب DI اسکن شد و ضخامت اپپتیکی به عنوان نقطه شروع محاسبه گردید. غلظت آنالیت آلی در آب با تزریق یک محلول آلی با غلظت شناخته شده با همزدن پیوسته تغیییر داده می‌شد. فلاسک آب‌بندی می‌شد تا تبخیر محلول در خلال آزمایش جلوگیری شود. همه آزمایشات در دمای اتاق انجام می‌شد (۲۱ درجه سانتی‌گراد) و تحت فشار جوی محلی ( bar0.87) بعد از تزریق OSA طیف پارازیت را در هر دقیقه اسکن می‌کرد و تفاوت بین دو پارازیت پیاپی را محاسبه می‌نمود. بعد از آنکه تفاوت در حدود dB0.01 بود حالت تعادل در نظر گرفته شده حاصل گردیده است. همانگونه که در تحقیق قبلی ما گزارش گردید هرچه اندازه مولکولی کوچکتر باشد، جواب سنسور سریعتر است. زمان تعادل بافت‌های متانول و ۲-پروپانول حدود چند ثانیه بود و این مورد برای تولوئن حدود ۳۰ دقیقه بود.

۴- نتایج و بحث

متانول: غلظت متانول در آب DIاز ppm1 تا ۱۳٫۱ درصد حجمی متغیر بود. پارازیت‌سنج‌ها در رابطه با غلظت‌های متانول در شکل a-5 نشان داده شده است که در آن فقط یک تعداد پارازیت‌سنج در سطوح غلظت انتخاب شده برای قابلیت رؤیت بهتر نشان داده شده‌اند.

ضخامت اپتیکی محاسبه شده لایه نازک زئولیت در شکل b-5 به عنوان تابع غلظت متانول نشان داده شده است. جایی که این غلظت در یک مقیاس لگاریتمی داده شده است جواب سنسور به سطوح پایین غلظت در شکل b-5 در یک مقیاس خطی نشان داده شده است. ابتدا ضخامت اپتیکی لایه زئولیت کمی با افزایش غلظت متانول کاهش یافت. بعد از آن که غلظت به حدود ppm 1000 رسید، ضخامت اپتیکی با افزایش غلظت متانول افزایش یافت. پدیده عجیب منقبض شدن ضخامت اپتیکی در سطح غلظت پایین کاملا درک نشده است و در حال حاضر با مطالعه کردن رفتار جذب بررسی می‌گردد. براساس نتایج آزمایش، ما نتیجه‌گیری کردیم که سنسور یک حد یافت حدودppm 1000 برای متانول در آب دارد.

سنسور5

سنسور6

۲-پروپانول: غلظت ۲-پروپانول در آب DIبه صورت پلکانی ازppm1 تا ppm25600 افزایش می‌یافت. چند پارازیت‌سنج نماینده در رابطه با غلظت‌های ۲-پروپانول در شکل a-6 نشان داده شده است. پارازیت‌ها ابتدا به سوی طول موج طولانی‌تر با افزایش غلظت ۲-پروپانول تغییر کردند که نشان می‌داد ضخامت اپتیکی همانطور که مولکول‌های ۲-پروپانول بیشتر در زئولیت جذب می‌شد افزایش می‌یافت. این رفتار توسط رابطه غلظت-ضخامت اپتیکی تأیید شد که در شکل b-6 نشان داده شده است جایی که در مقیاس لگاریتمی ترسیم شده تا دامنه بزرگی را پوشش دهد. همانگونه که در شکل b-6 نشان داده شده است سنسور به ۲-پروپانول در غلظت خیلی کمتر در مقایسه با متانول جواب می‌دهد. بالاتر از حدود ppm 5، ضخامت اپتیکی به صورت یکنواخت به عنوان تابع غلظت افزایش می‌یافت. سنسور همچنین یک رفتار آستانه از طریق آستانه (حدود ppm5) را نشان می‌داد که خیلی کمتر از رفتار متانول می‌باشد. این مورد یک دریافت برای ۲-پروپانول در آب را نشان می‌داد که حدود ppm5 بود.

سنسور7

سنسور8

تولوئن: غلظت تولوئن در آب DIاز ppm1 تا ppm5 به صورت یکنواخت تغییر می‌کرد. شکل a7 چندین پارازیت نماینده در غلظت‌های مختلف را نشان می‌دهد. شکل b-7 ضخامت اپتیکی را به عنوان تابع غلظت تولوئن ترسیم می‌کند. ضخامت اپتیکی با افزایش تولوئن در محلول افزایش می‌یافت. یک رفتار آستانه مشابه در واکنش سنسور مشاهده شد که یک حد یافت حدود ppm 2 را برای تولوئن در آب نشان می‌دهد. برای یک مقایسه بهتر، جواب‌های سنسور به هر سه ماده شیمیایی در شکل b-7 ارائه شده است.

سنسور9

سنسور10

سنسور یک واکنش و جواب بسیار قوی به تولوئن داشت، یک واکنش متوسط به ۲-پروپانول با استفاده از یک سنسور پس از احیا تکرار شد. در مقایسه با اولویت تست ضخامت اپتیکی پوشش زئولیت در غلظت یکسان ۲-پروپانول حدود مثبت و منفیnm 0.2 بود. علاوه بر این هیچگونه تفاوت قابل توجه در زمان واکنش سنسور مشاهده نشد. همچنین لازم به ذکر است که فرایندهای احیا بعد از تست کردن هر ماده شیمیایی به وسیله سنسور به یک نقطه شروع آورده شد (در nm0.1) این بدین معنی است که سنسور می‌تواند به طور کامل برای استفاده مکرر احیا شود. همه این موارد نشان می‌دهد که سنسور رشته زئولیت یک قابلیت احیای بسیار خوبی دارد.

۵- نتیجه‌گیری‌ها

در این مقاله ما یک سنسور اپتیک رشته مبتنی بر لایه نازک زئولیت را گزارش کردیم؛ یعنی برای یافت مواد آلی حل شده در آب، سیگنال‌های پارازیت تداخل بالا بوسیله صیقل دادن سطح خارجی لایه نازک زئولیت پلی کریستالین بدست آمد که روی سطح رشته اپتیکی رشد کرده بود. با اندازه‌گیری ضخامت اپتیکی القاء شده جذب با استفاده از پارازیت‌سنج نور سفید، سنسور برای یافت مواد آلی حل شده در آبDI بکار رفت. سنسور رشته- زئولیت را می‌توان به طور کامل برای استفاده مکرر در نظر گرفت. معلوم شد که این سنسور جواب‌های متفاوتی (هم در وسعت زمان و هم دامنه) به سوی مولکول‌های آلی مختلف داشت: با یک حد یافت تخمین زده شده ppm2 برای تولوئن ppm5 برای ۲-پروپانول و ppm 1000 برای متانول. این سند عملی بودن استفاده از سنسورهای اپتیکی مبتنی بر زئولیت را برای یافت مواد آلی در آب نشان می‌داد. بهبود بیشتر برای حساسیت سنسور را می‌توان به وسیله دو روش کلی به دست آورد که شامل ۱) اصلاح شیمی سطح زئولیت و ساختار آن برای بدست آوردن قرابت آن با مولکول‌های معین می‌باشد. ۲) استفاده از روش‌های پراش‌سنجی (برای مثال رزنانس پلاسمون سطح) برای اندازه‌گیری تغییرات ضریب شکست اپتیکی القا شده بوسیله جذب لایه نازک زئولیت.

برچسب‌ها: , , , , , ,

FacebookTwitterGoogle+TelegramWhatsAppLineYahoo MessengerLinkedInPinterestTumblr

مطالب مرتبط

نظر شما
نام :

ایمیل :

از درج کامنت های توهین آمیز معذوریم
متن کامنت :
 


میدان نیوز
میدان نیوز
حوزه و روحانیت
حوزه و روحانیت
جوان انقلابی
جوان انقلابی
انقلابی شدن
انقلابی شدن
اصفهان شرق
اصفهان شرق
تبلیغات
تبلیغات
گفتمان نیوز
گفتمان نیوز
وعده صادق
وعده صادق