بررسی فاکتورهای مؤثر بر فعالیت الکتروکاتالیستی در حسگر نیکوتین

نوع مقاله: مقاله کامل پژوهشی

نویسندگان

1 دانشگاه فردوسی مشهد، دانشکده فنی، گروه مهندسی شیمی

2 دانشگاه شهید بهشتی، دانشکده شیمی

3 دانشگاه تهران، دانشکده علوم و فنون نوین، گروه نانوبیوتکنولوژی

4 دانشگاه تربیت مدرس، دانشکده مهندسی شیمی، گروه بیوتکنولوژی

10.22041/ijbme.2013.13087

چکیده

الکترود کربن شیشه ای اصلاح شده با نانولوله کربنی عامل دار شده و نانوذرات مس می تواند نیکوتین را به طریق الکتروشیمیایی اندازه گیری کند. اکسایش الکتروشیمیایی نیکوتین در سطح الکترودهای معمولی بسیار کند است، از این رو نمی توان آنها را در سطح الکترودهای معمولی به روش الکتروشیمیایی تعیین و اندازه گیری نمود. بنابراین برای تسریع فرایند الکترودی آنها، از واسط هگرهای مختلف استفاده و الکترودهای اصلاح شده شیمیایی ساخته می شود، به این منظور، ساخت الکترود کربن شیشه ای اصلاح شده با نانولوله کربنی عامل دار شده و نانوذرات مس برای اندازه گیری الکتروشیمیایی نیکوتین مد نظر قرار گرفت. در این مسیر، ابتدا الکترود کربن شیشه ای اصلاح شده با نانولوله های کربنی تک دیواره از طریق قطره گذاری سوسپانسیونی از نانولوله کربنی چند دیواره در حلال دی متیل فرمامید بر سطح الکترود کربن شیش های تهیه میشود و سپس با ترسیب الکتروشیمیایی لای های از نانوذرات مس بر سطح آن، الکترود کربن شیشه ای اصلاح شده با نانولوله های کربنی چند دیواره و نانو ذرات مس ساخته میشود. بعد از بهینه کردن عوامل مؤثر بر شرایط انجام فرایند الکترودی و تهیه الکترودهای اصلاح شده، از رو شهای ولتامتری برای اندازه گیری نیکوتین در سطح الکترود اصلاح شده استفاده شد. در ادامهی این تحقیق به بهینهسازی فاکتورهای مؤثر بر ته‌نشینی نانوذرات مس از جمله تعداد سیکل، غلظت نمک مس و سرعت اسکن پرداختیم که به ترتیب مقادیر 20، 75/1 μM، و 100 s/mv برای پارامترهای مذکور به دست آمد.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله [English]

Evaluation of parameters affecting electrocatalytic activity in nicotine sensor

نویسندگان [English]

  • Zohre Goodarzi 1
  • Bahman Ebrahimi Hosein zadeh 1
  • Morteza Maghrebi 1
  • Alireza Fakhari Zavareh 2
  • Mohammad Barshan 3
  • Hosein Shaki 4
1 Department of Chemical Engineering, Faculty of Engineering, Ferdowsi University of Mashad
2 Department of Chemistry, Faculty of Science, Shahid Beheshti University
3 Department of Life Science Engineering, Faculty of New Science and Technology, University of Tehran
4 Department of Biotechnology, Faculty of Chemical Engineering, Tarbiat Modares University
چکیده [English]

Nicotine can be measured electrochemically using Cu nanoparticles and CNT-modified glassy carbon electrode. The slow electrochemical oxidation makes it difficult to measure the concentration of nicotine electrochemically using normal electrodes.To improve the oxidation rate, different mediators and chemically modified electrodes have been used. In this experiment, concentration of nicotine in aqueous solution was determined using MWCNT-modified glassy carbon electrode in presence of copper nanoparticles (Cu NPs) as mediator. For this purpose, the glassy carbon electrode (GCE) was modified with suspended MWCNT in dimethylformamaide and Cu NPs was electrochemically deposited on MWCNT-GCE subsequently. Also, experimental parameters affecting the deposition of Cu NPs on MWCNT-GCE such as cycles, copper salt concentration and scan rate were found to be optimum at 20 cycles, 1.75 μmol L-1 and 100 mVs-1 respectively. Finally, the modified electrode was characterized by cyclic voltammetry and successfully used to measure the concentration of nicotine in aqueous solution.

کلیدواژه‌ها [English]

  • multi wall carbon nanotube
  • Copper nanoparticles
  • Nicotine
  • Cyclic voltammetry
  • nanobiosensor
[1]           Pikna S.Š.a.L.u.; Optimization of Conditions for Preparation of Carbon Origin Solid Electrodes Modified with Carbon Nanotube;. Particulate Science and Technology 2011; 29: p. 311–319.

[2]           Weilin Xu, H.S., Yoon Ji Kim, Xiaochun Zhou, Guokun Liu, Jiwoong Park, and Peng Chen; Single-Molecule Electrocatalysis by Single-Walled Carbon Nanotubes; NANO LETTERS 2009; 9: 3968-3973.

[3]           Hao-Xu Zhang, C.F., Yong-Chao Zhai, Kai-Li Jiang, Qun-Qing Li, and Shou-Shan Fan; Cross-Stacked Carbon Nanotube Sheets Uniformly Loaded with SnO2 Nanoparticles: A Novel Binder-Free and High-Capacity Anode Material for Lithium-Ion Batteries; ADVANCED MATERIALS 2009; 21: 2299–2304.

[4]           Jian-Ding Qiu a, b., Wen-Mei Zhou a, Jin Guo a, Rui Wang a, Ru-Ping Liang; Amperometric sensor based on ferrocene-modified multiwalled carbon nanotube nanocomposites as electron mediator for the determination of glucos;. Analytical Biochemistry 2009; 385: 264–269.

[5]           Ying Wang, W.W., Jinxiang Zeng, Xiaoying Liu, Xiandong Zeng; Fabrication of a copper nanoparticle=chitosan=carbon nanotube-modified glassy carbon electrode for electrochemical sensing of hydrogen peroxide and glucos;. Microchim Acta 2008; 160: 253–260.

[6]           Hu, M.G.a.Y.J.Y.a.S.H.a.M.G.b.M.G.c.S.; The Voltammetric Determination of Phenolphthalein on Multi-walled Carbon Nanotube-DHP Composite Film-modified Glassy Carbon Electrode. Fullerenes; Nanotubes and Carbon Nanostructures 2009; 17: 285–297.

[7]           Jie Yan, H.Z., Ping Yu, Lei Su, and Lanqun Mao; Rational Functionalization of Carbon Nanotubes Leading to Electrochemical Devices with Striking Applications; ADVANCED MATERIALS 2008; 20: 2899–2906.

[8]           Zhang, Y.Z.C.Y.W.P.J.; Carbon nanotube-based DNA biosensor for monitoring phenolic pollutants; Microchim Acta 2009; 166: 21-26.

[9]           Sun, W., Zhai, Z., Li, X., Qu, L., Zhan, T., Jiao, K.; Direct Electrochemistry of Hemoglobin in Chitosan/Multiwalled Carbon Nanotubes/Ionic Liquid-Modified Carbon-Paste Electrode; Analytical Letters 2009; 42: 2460–2473.

[10]         Suffredini, HB, Santos, MC, De Souza, D., Codognoto, L., Homem-de-Mello, P., Honório, KM, da Silva, ABF, Machado, SAS, Avaca, L.A.; Electrochemical Behavior of Nicotine Studied by Voltammetric Techniques at Boron-Doped Diamond Electrodes; Analytical Letters 2005; 38: 1587–1599.

[11]         Sun, Y., Fei, J., Hou, J., Zhang, Q., Liu, Y., Hu, B.; Simultaneous determination of dopamine and serotonin using a carbon nanotubes-ionic liquid gel modified glassy carbon electrode; Microchim Acta 2009; 165:  373-379.

[12]         Ying-Ling Liu, W.-H.C., Yu-Hsun Chang; Preparation and properties of chitosan/carbon nanotube nanocomposites using poly(styrene sulfonic acid)-modified CNTs; Carbohydrate Polymers 2009; 76: 232–238.

[13]         Shu-Kun Cui a, D.-J.G.; Highly dispersed Pt nanoparticles immobilized on 1,4-benzenediamine-modified multi-walled carbon nanotube for methanol oxidation; Journal of Colloid and Interface Science 2009; 333: 300–303.

[14]         Ruifang Gao, J.Z.; Amine-terminated ionic liquid functionalized carbon nanotube-gold nanoparticles for investigating the direct electron transfer of glucose oxidase; Electrochemistry Communications 2009; 11: 608–611.

[15]         Xinyu Pang, D.H., Shenglian Luo, Qingyun Cai; An amperometric glucose biosensor fabricated with Pt nanoparticle-decorated carbon nanotubes/TiO2 nanotube arrays composite; Sensors and Actuators 2009; 137: 134–138.

[16]         Ying Wang, W.W., Xiaoying Liu, Xiandong Zeng; Carbon nanotube/chitosan/gold nanoparticles-based glucose biosensor prepared by a layer-by-layer technique; Materials Science and Engineering 2009; 29: 50-54.

[17]         Liao-Chuan Jiang, W.-D.Z.; Electrodeposition of TiO2 Nanoparticles on Multiwalled Carbon Nanotube Arrays for Hydrogen Peroxide Sensing; Electroanalysis 2009; 21: 988 – 993.

[18]         Liang Su, W.J., Lichun Zhang, Cynthia Beacham, Heng Zhang, and Yu Lei; Facile Synthesis of a Platinum Nanoflower Monolayer on a Single-Walled Carbon Nanotube Membrane and Its Application in Glucose Detection; Phys. Chem. 2010; 114: 18121–18125.

[19]         AI-Tamrah, S.A.; Spectrophotometric determination of nicotine; ANALYTICA CHIMICA Acta 1999; 379: 75-80.

[20]         Levert, S.; In The fact about nicotine, Marshall cavendish; 2006: 41-42.