نشریه شیمی و مهندسی شیمی ایران

نشریه شیمی و مهندسی شیمی ایران

ساخت حسگر الکتروشیمیایی اندازه گیری رودامین B با استفاده از الکترود خمیر کربن اصلاح شده با نانولوله های کربنی عامل دارشده و نانوذره های تیتانیوم دی اکسید

نوع مقاله : علمی-پژوهشی

نویسندگان
مینا وفاخواه
مصطفی رحیم نژاد
رزان زختاره
مرکز تحقیقات سوخت‌های زیستی و انرژی‌های تجدید‌پذیر، گروه بیوتکنولوژی، دانشکده‌ی مهندسی شیمی، دانشگاه صنعتی نوشیروانی بابل، بابل، ایران
چکیده
کاربرد غیر مجاز رنگ­ های سنتزی در فرآورده­ های غذایی، اثرات نامطلوبی بر سلامت انسان دارد و تهدیدی جدی برای نسل­های آینده ی بشر محسوب می ­شود. بنابراین، پژوهش حاضر با هدف ارایه ­ی یک حسگر الکتروشیمیایی کارآمد برای شناسایی رنگ رودامین B (RhB) در نمونه ­های غذایی انجام شد. برای این منظور، از یک الکترود خمیر کربن (CPE) اصلاح­ شده با نانولوله ­های کربنی چندجداره­ ی عامل ­دار شده (F-MWCNTs) و نانوذره­ های تیتانیوم دی اکسید (NPs2TiO) استفاده شد. فرایند عامل ­دار کردن نانولوله ­های کربنی (CNTs) و ریخت شناسی سطح حسگر طراحی­ شده به­ ترتیب با استفاده از طیف ­سنجی تبدیل فوریه­ ی­ فروسرخ (FT-IR) و میکروسکوپ الکترونی روبشی گسیل میدانی (FESEM) مورد ارزیابی قرار گرفتند. برای بررسی ویژگی­ های الکتروشیمیایی NPs/CPE2F-MWCNTs/TiO از روش­ های ولتامتری چرخه ­ای (CV) و طیف ­سنجی امپدانس الکتروشیمیایی (EIS) استفاده شد. همچنین، برای دست­یابی به بهترین عملکرد حسگر، رفتار الکتروشیمیایی RhB در سطح NPs/CPE2F-MWCNTs/TiO به ­دقت مورد مطالعه قرار گرفت و متغیرهای گوناگون بهینه شدند. با به­ کار گرفتن روش ولتامتری پالس تفاضلی (DPV) مشخص شد که در شرایط بهینه، پاسخ حسگر به RhB در دو محدوده­ی غلظت nM 102×0/1 – 101×0/1 و nM 103×0/6 – 102×0/1 خطی است و حد تشخیص (LOD)، حد مقدارسنجی (LOQ) و حساسیت حسگر در محدوده­ ی خطی اول به­ ترتیب برابر با nM 46/1، nM 87/4 و 2cm Mµ/Aµ 02/1092 محاسبه شدند. حسگر پیشنهادی همچنین پایداری، تکرارپذیری و گزینش­ پذیری خود را در اندازه ­گیری RhB به­ نمایش گذاشت.
کلیدواژه‌ها
الکترود خمیر کربن
حسگر الکتروشیمیایی
رودامین B
نانولوله های کربنی
نانوذره های تیتانیوم دی اکسید

موضوعات

[1] Affat S.S., Classifications, Advantages, Disadvantages, Toxicity Effects of Natural and Synthetic Dyes: A Review. UTJsci. 8(1): 130-135 (2021).
[2] Imam S.S., Babamale H.F., A Short Review on the Removal of Rhodamine B Dye Using Agricultural Waste-Based Adsorbents. Asian J. Chem. Sci. 7(1): 25-37 (2020).
[3] Namlı H., Bişgin A.T., Simultaneous Deep Eutectic Solvent Based Microextraction for Monitoring Brilliant Blue and Rhodamine B in Foodstuff and Industrial Samples. J. Food Compos. Anal. 127: 105980 (2024).
[4] Li K., Xiao Y., Zhao Y., Xia Y., Ding J., He Q., Ling J., Li G., A Metal-Free Voltammetric Sensor for Sensitive Determination of Rhodamine B Using Carboxyl-Functionalized Ccarbon Nanomaterials. Inorg. Chem. Commun. 145: 110025 (2022).
[5] Deng P., Xiao J., Chen J., Feng J., Wei Y., Zuo J., Liu J., Li J., He Q., Polyethylenimine-Carbon Nanotubes Composite as an Electrochemical Sensing Platform for Sensitive and Selective Detection of Toxic Rhodamine B in Soft Drinks and Chilli-Containing Products. J. Food Compos. Anal. 107: 104386 (2022).
[6] بیت الهی، هادی؛ تاجیک، سمیه؛ ساخت حسگر الکتروشیمیایی با استفاده از الکترود صفحه چاپی اصلاح شده با نانومیله‌های 2MnO برای اندازه­گیری دوپامین، نشریه شیمی و مهندسی شیمی ایران، (1)39: 119 تا 127 (1399).
[7] Liu W., Wei X., Wang Z., Chu G., Wang X., Rapid Determination of Rhodamine B in Chilli Powder by Electrochemical Sensor Based on Graphene Oxide Quantum Dots. Int. J. Electrochem. Sci.17(12): 221217 (2022).
[8] قاسمی میر، شهرام؛ حسینی زوار محله، سید رضا؛ حسن پور، فائزه؛ نبی پور، شیما؛ حسگر آمپرومتری بیس فنول A بر پایه نانوورقه­های گرافنی دارای نانوذره‌های دو فلزی پلاتین- پالادیوم، نشریه شیمی و مهندسی شیمی ایران، (2)39: 119 تا 132(1399).
[9] Feng S., Ding W., Zhang Y., Wu J., Zou Z., Wu T., Tang Q., A Nanoscale Nd-Based Metal-Organic Framework Electrochemical Sensor for Rapid Detection of Rhodamine B. J. Solid State Chem. 303: 122508 (2021).
[10] Golestaneh M., Ghoreishi S.M., Sensitive Determination of Rhodamine B in Real Samples at the Surface of a Multi-Walled Carbon Nanotubes Paste Electrode. Anal. Bioanal. Electrochem. 12: 81-92 (2020).
[11] Kartika A.E., Setiyanto H., Manurung R.V., Jenie S.N.A., saraswaty V., Silver Nanoparticles Coupled with Graphene Nanoplatelets Modified Screen-Printed Carbon Electrodes for Rhodamine B Detection in Food Products. ACS omega. 6(47): 31477-3.1484 (2021).
[12] Golestaneh M., Applicability of a Graphene Oxide Nanocomposite for Fabrication of an Electrochemical Sensor for Simultaneous Detection of Sunset Yellow and Rhodamine B in Food Samples. Analytical Methods. 15(41): 5500-5509 (2023).
[13] Ngo H.T., Nguyen V.T., Manh T.D., Toan T.T.T., Triet N.T.M., Binh N.T., Hoan N.T.V., Thien T.V., Khieu D.Q., Voltammetric Determination of Rhodamine B Using a ZIF‐67/Reduced Graphene Oxide Modified Electrode. J. Nanomater. 2020(1): 4679061 (2020).
[14] Tajika S., Beitollahi H., Garkani Nejad F., Safaei M., Zhang K., Van Le Q., Varma R.S., Jang H.W., Shokouhimehr M., Developments and Applications of Nanomaterial-Based Carbon Paste Electrodes. RSC Adv. 10(36): 21561-21581 (2020).
[15] Zokhtareh R., Rahimnejad M., Najafpour-Darzi G., Karimi-Maleh H., A New Approach to Electrochemical Sensing of a Wildly Used Antibiotic; Ciprofloxacin. Measurement. 215: 112872 (2023).
[16] Ramezani M.A., Najafi M., Karimi-Harandi M.H., Highly Sensitive Determination of Trace Arsenic (III) onto Carbon Paste Electrode Modified with Graphitic Carbon Nitride Decorated Fe-MOF. Food Chem. 458: 140296 (2024).
[17] Nourbakhsh-Amiri S.Z., Najafpour-Darzi G., Novel Electrochemical Sensing Platform for Accurate Detection of Benzylpenicillin Based on a Graphene Oxide-Manganese Ferrite Modified Carbon Paste Electrode. J. Ind. Eng. Chem. (2024).
[18] State R.G., Staden J.K.F.V., State R.N., Papa F., Rapid and Sensitive Electrochemical Determination of Tartrazine in Commercial Food Samples Using IL/AuTiO2/GO Composite Modified Carbon Paste Electrode. Food Chem. 385: 132616 (2022).
[19] Taouri L., Bourouina M., Bourouina-Bacha S., Hauchard D., Fullerene-MWCNT Nanostructured-Based Eelectrochemical Sensor for the Detection of Vanillin as Food Additive. J. Food Compos. Anal. 100: 103811 (2021).
[20] Prabhu K., Malode S.J., Shetti N.P., Highly Sensitive Electrochemical Sensor for the Detection and Quantification of Linuron Based on Silica Gel Modified Carbon Paste Electrode. Environ. Sci. Technol. 23: 101687 (2021).
[21] Shamsuddin S.A., Derman M.N., Hashim U., Kashif M., Adam T., Abdul Halim N.H., Tahir M.F.M., Nitric Acid Treated Multi-Walled Carbon Nanotubes Optimized by Taguchi Method. in AIP Conference Proceedings. AIP Publishing. (2016).
[22] Mavrič T.,  Benčina M., Imani R., Junkar I., Valant M., Kralj-Iglič V., Iglič A., Electrochemical Biosensor Based on TiO2 Nanomaterials for Cancer Diagnostics, in Advances in Biomembranes and Lipid Self-Assembly. Elsevier. 63-105 (2018).
[23] Patel B.R., Imran S., Ye W., Weng H., Noroozifar M., Kerman K., Simultaneous Voltammetric Detection of Six Biomolecules Using a Nanocomposite of Titanium Dioxide Nanorods with Multi-Walled Carbon Nanotubes. Electrochim.Acta. 362: 137094 (2020).
[24] Zhao Z., Yang Z., Hu Y., Li J., Fan X., Multiple Functionalization of Multi-Walled Carbon Nanotubes with Carboxyl and Amino Groups. Appl. Surf. Sci. 276: 476-481 (2013.)
[25] Stegarescu A., Cabrera H., Budasheva H., Soran M.L., Lung I., Limosani F., Korte D., Amati M., Borodi G., Kacso I., Opris O., Dan M., Bellucci S., Synthesis and Characterization of MWCNT-COOH/Fe3O4 and CNT-COOH/Fe3O4/NiO Nanocomposites: Assessment of Adsorption and Photocatalytic Performance. Nanomater. 12(17): 3008 (2022).
[26] Arrechea S., Gutierrez E.M.A., Velasquez L., Cardona J., Posadas R., Callejas K., Torres S., Diaz R., Barrientos C., Garcia E., Effect of Additions of Multiwall Carbon Nanotubes (MWCNT, MWCNT-COOH and MWCNT-Thiazol) in Mechanical Compression Properties of a Cement-Based Material. Scr.Mater. 11: 100739 (2020).
[27] Zhao B., Zhao Y., Liu P., Men Y.L., Pan Y.X., Boosting the Adsorption and Removal of Dye From Water by COOH-Functionalized Carbon Nanotubes. GreenChE. 4(1): 98-88 (2023).
[28] Razali M.H., Fauzi M.A.F.M., Azam B.M., Yusoff M., g-C3N4/TiO2 Nanocomposite Photocatalyst for Methylene Blue Photodegradation Under Visible Light. Appl.Nanosci. 12(11): 3197-3206 (2022).
[29] Javidparvar A.A., Naderi R., Ramezanzadeh B., Bahlakeh G., Graphene Oxide as a pH-Sensitive Carrier for Targeted Delivery of Eco-Friendly Corrosion Inhibitors in Chloride Solution: Experimental and Theroretical Investigations. J. Ind. Eng. Chem. 72: 196-213 (2019).
[30] Tonelli D., Scavetta E.,  Gualandi I.,  Electrochemical Deposition of Nanomaterials for Electrochemical Sensing. Sensors. 19(5): 1186 (2019).
[31] Lu X., Yim W.L., Suryanto B.H.R., Zhao C., Electrocatalytic Oxygen Evolution at Surface-Oxidized Multiwall Carbon Nanotubes. J. Am. Chem. Soc. 137(8): 2901-2907 (2015).
[32] He Q., Liu J., Xia Y., Deng P., Tian Y., Wu Y., Li G., Chen D., Rapid and Sensitive Voltammetric Detection of Rhodamine B in Chili-Containing Foodstuffs Using MnO2 Nanorods/Electro-Reduced Graphene Oxide Composite. J. Electrochem. Soc. 166(10): B805 (2019).
[33] He Q., Liu J., Tian Y., Wu Y., Magesa F., Deng P., Li G., Facile Preparation of Cu2O Nanoparticles and Reduced Graphene Oxide Nanocomposite for Electrochemical Sensing of Rhodamine B. Nanomater. 9(7): 958 (2019).
[34] Rajendrachari S., Vinaykumar R., Katti R., Koujalagi B.G., Jayaprakash G.K., Ramkumar R., Cyclic Voltammetric Determination of Rhodamine B Dye Using a Gas-Atomized Duplex Stainless Steel Powder-Modified Carbon Paste Electrode. Top. Catal. 1-12 (2024).