Мембраналы сенсорлар мен биосенсорлар

РЕФЕРАТ

Таырыбы: Тзды суларды тщыту процестеріндегі мембраналы технологиялар

 

 

Орындаан: Сейтжапар Нржігіт ЯФ-41

абылдаан: Химия ылымдарыны кандиданты, доцент Сатаева Г.Е.

 

 

Астана 2016

Жоспары:

1. Кіріспе

2. а) Тщы суды алу дістері

б)Сырты ортаны мембранаа сері

3.ортынды

4.олданылан дебиеттер тізімі

 

 

Барлы олданылатын тндыру дістерін шартты екіге блуге болады:

электрохимиялы жне химиялы.

Темплатты уысын толтыруа керекті затты газ, сйы (ерітінді немесе балытпа) немесе атты фазада енгізугеболады. Дегенмен газ фазасын тдыру дісінде жне атты фазада матрицаны толтыру уыстарды толы толтыруа ммкіндік бермейді, сондытан біратар шектеулерге ие.

Сйы фазадан толтыру е ке таралан діс болып табылады. Бл діс уысты балытпаларды осылыстарымен немесе материалдармен сііруден кейін матрица клеміне химиялы немесе физикалы трлендірулер енгізілген осылыстармен негізделген. Осындай дістерді атарына сйы фаза прекурсорларын олдана отырып матрица уыстарына тікелей заттарды синтездеу золь-гель дісін, жоары ысымды жне баса дістерді жатызуа болады. Осы тсіл уысты матрицаа керекті материалды айтарлытай бір алыпты енгізуге ммкіндік береді, дегенмен толтыру дрежесі 50%-дан сирек жадайда ктеріледі.

Жоарыда крсетілген кемшіліктерден электрохимиялы тндыру дісі арастырылан. Матрицаны уыстарын металдармен толтыруда электрокристаллизацияны негізгі ндылытары тменде крсетілген:

-енгізілген затты санын кулонометрлік баылау ммкіндігі;

-тндыру режимдері мен уыстарды формаларын згерту арылы геометриялы анизотропия факторы баыланатын нанорылымдар ру ммкіндігі;

-енгізілетін материалдармен уысты барлы клемін толтыру;

-синтезді блме температурасында жргізу ммкіндігі.

Электрохимиялы дісті кемшіліктеріне мыналарды жатызуа болады:

-электр тйіспесіні жне негіздемеде белсенді орталытарды болуы ажеттілігі;

-тек металл немесе жартылай ткізгіштік типті ткізгіш материалдарын алу ммкіндігі (алы абаттарды алу кезінде);

-электролитті ерітіндісімен матрицаны йлесімділігін амтасыз ету ажеттілігі;

- матрицаны йлесімділігін амтамасыз ету ажеттілігі;

-матрицаны бзылуына немесе ТМ шаблоныны уыстарын ошаулауа, сонымен атар санды анализ жасау иындыына келетін бсекелес реакцияларды туі (мысалы, сутекті блінуі).

Электролит рамы мен электрлік тндыру режимдерін згерте отырып, айнымалы рі траты рамды нанорылымдар режимдерін згерте отырып, айнымалы рі траты рамды нанорылымдаралуа болады.

Химиялы тндыру дісі рамында алпына келтіргіш бар су ерітінділерінен тндырылатын металды иондарын алпына келтіруге негізделген. Ерітіндіде пленка бетінде ерітілген алпына келтіргіш пен металл иондарыны ректтесу реакциясы жреді. Бл ретте алпына келтіргішті тотыуы мен металл иондарыны алпына келуі автокаталтиткалы асиеттерге ие беттерде крінетін жылдамдыпен аады. Олар: металл (никел, кобальт, темір, мыс, кміс, алтын, паладий, родий, платина, алайы, орасын индий) ерітіндідей химиялы алпына келтіру нтижелерінде пайда болып, кейін алпына келтіргішті тотыу реакциясына катализденеді. Бл шарт химиялы синтезді негізгі талабы болып табылады, себебі егер тндырылатын металл автокаталитикалы асиетке ие болмаса металл иондарыны алпына келуі ТМ бетінде емес ерітіндіні барлы клемінде жріп металл нтатарыны пайда болуына келіп соады.

Соы он жылдыта нанолем обьектілеріні ерекше асиеттеріне байланысты р трлі металдардарды наноблшектерін зерттеуге деген ызыушылы айтарлытай сті. Бл техника мен ылымны р трлі салаларында олданып жатан сапалы жаа материалдарды алу шін олданылатын жаа ммкіндіктерді пайда болуына алып келді. Осылай, наноматериалдар соы кезде тиімді жне іріктеуші катализаторлар алуда, микроэлектронды жне оптикалы рылыларды элементтерін жасауда, сирек кездесетін асиеттері бар материалдар синтезінде олданылады.

Осы тектес материалдарды жасау оларды рылу дерісі барысындаы реакцияларды механизмдері мен задылытарын, рылатын блшектерді табиатын анытауа баытталан іргелі зерттеулер жргізусіз ммкін емес. деби деректерде металды нанлшемді рылымдарды синтезіні дістемелеріні келесі трлері келтірілген: су ерітінділерінде, зольдерде сйы полимерлерде, р трлі химиялы жаратылыстаы субстраттарда. Біра осы материалдарды олдануды мынадай елеулі кемшіліктері бар: лшемі калибрленген репликалар алуды иындыы, металл наноблшектері конглометраттарыны лшемі мен формасын баылау зекті сра болып алды.

Нанорылымдарды жасау шін полимерлі тректі мембраналарды (ТМ) олдану азіргі наноматериалтануда перспективті баыт болып табылады. Шаблонды материал ретінде ТМ-ды олдануды келесідей даусыз артышылытары бар:

-Полимерді химиялы инерттілігі;

- Нанорылымдарды формалары мен лшемдерін баылау;

-уыстарды калибрленген лшемі;

-Полимерлі пленканы оптикалы тссіздігі;

-Репликаны жазы беті наноблшектерді са дисперсиялы абатын алуа ммкіндік береді.

Нанорылымдарды ретке келтірілген массивін алу шін темплейттік синтез дісін олдануды перспективасы композитті материалдарды химиялы рамы мен рылысдарын бірегей згерту ммкіндіктерімен, сонымен атар материалдарды рлендіруге ымбат баалы литографиялы дістемелер орнына физика-химиялы тсілдерін олданандаы экономикалы серімен шартталан.

Материалдардыалыптастыруды темплейттік дісіні негізгі кезедері:

- уысты матрица ру, рылым керекті лшемді жне формалы уыстарды амтиды;

- Матрицаны уыстарын керекті металдармен толтыру.

Индикаторлы электродты катодты поляризациясы бгде ток кзі арылы рі ерігіш анод кмегімен де жзеге асады. Индикаторлы электродты траты потенциалында шекті диффузиялы ток апаратты параметр болып табылады. Мндай электрохимиялы сенсорлар O₂ парциалды ысымны электр сигналынан сызыты туелді боландытан апаратты параметрі - тепе-те электродты потенциал газ рамынан логарифмді туелді потенциометрлік электрохимиялы сенсорлармен салыстыранда алде айда жоары длдікті анытамалыты амтасыз етеді.

Электрохимиялы сенсорлар сйы жне газ трізді орталарында ешандай дайындысыз талдау жргізуге ммкіндік береді. Мысала, суспензияларда рамын O₂,O₃, H₂, Cl₂, H₂S, N, C, S оксидтеріне тексеру. Электрохимиялы сенсорларды негізгі пайдалану сипаттамалары: концентрациялар диапазоны, сезгіштік, іріктемелік, тез рекеттік жмыс ресурсы, сигнал шу атынасы. O₂ мен H₂, концентрацияларыны диапазоны клемі бойынша 0-ден 100% -а дейін, тезрекеттік 1-ден 30секунда дейін боланда Cl₂, H₂S, SO₂, CO -0,2 –ден 200 мг/м³ – дейін. Биологиялы ортаны талдауа шін блек электрохимиялы сенсорларды ерекшелейді. Биосенсорларды индикаторлы электродтарына ферментпениммобилизацияланан целлофаннан жасалан мембрана бекітіледі. Ферментативті реакцияларды жылдамдыын згертетін заттар субстраттар, ингибиторлар жне сол ферменттер арылы аныталады. Биосенсорлар рамында глюкозаны, холестиринні, несепді, несеп ышылыны, амин ышылдарыны жне баса заттарды рамы 0,05 мкг/мл-ден 1 мг/мл-ге дейін згертетін кп компонентті жйелерге автоматты трде жоары тадаулы талдау жргізуге ммкіндік береді. андаы глюкоза рамын анытауа арналан электрохимиялы сенсорларды нерксіптік шыарылуы алыпа келтірілген.

Электрохимиялы сигнал антиген-антиде серінен згеретін иммуноэлектрохимиялы сенсорларды деудегі перспектива.

Электрохимиялы сенсорларды топтап ндіру шін микроэлектронды технологияларды олдана отырып сезгіш элементті электрод тйінін жасау перспективалы болып саналады. Жоарыдаы суретте (2 сурет) Фотолитография дісі бойынша жасалан жасалан электрохимиялы сенсорды слбасы крсетілген. Кремнийден жасалан тілімшеде зындыы 3 мм, ені 0,8 мм жне алыдыы 0, 38 мм ш электрдты электрохимиялы жйе орналастырылан: Pt-дан жасалаан индикаторлы электрод (1) Pt-дан жасалан кмекші электрод (2) жне салыстырмалы хлоркмісті электрод (3).

 

Мембраналы сенсорлар мен биосенсорлар

Электрохимиялы сенсорлар мен биосенсорлар – бл электрохимиялы дерісті туі аналитикалы сигналды амтамасыз ететін рылылар. Сйы жне газ трізді орталарда химиялыосылыстарды санды жне сапалы анализі шін арналан. Кдімгі аналитикалы ралдармен салыстыранда зіні ышамдылыымен, рылымыны оайлыымен, салыстырмалы тмен баасымен ерекшеленеді. Электрохимиялы сенсорлар аналитикиалы сигнал талдау жргізілетін ортада химиялы рекеттесулермен шартталан рылылар ортасында е делген жне ке пайдаланылатын тобын райды. Электрохимиялы сенсорлар потонциомтрлік болып блінеді. Аналитикалы сигналдар: индикаторлы электродты потенциалы; электродты потенциалды берілген мнінде яшы арылы аып тетін ток; электролит ерітіндісіні электр ткізгіштігі; электр тізбегіндегі кедергілер мен сыйымдылытарды белгілі тіркестеріні электрлік эквивалентін крсететін жйені электрохимиялы импедансы.

Электрохимиялы сенсорларды негізінен аналитикалы сигналдарды ндіретін, ышам электрохимиялы яшытарыны индикаторлы электродына тотыатын немесе электрохимиялы алпына келетін абілетін, заттарды реакцияа абілеттілігін (электр белсенді) анытау шін олданылады. Индикаторлы электродтар ретінде инертті электродтар (Pt, Pd, Au, Ag) химиялы белсенді (Cu, In, Sn) немесе модификацияланан кешенді осылыстар, сонымен атар ионселективті электродтар олданылады.Электролиттер сйы (KCl, H₂SO₄ ерітінділері, буферлік ерітінділері), атты (ZrO₂, Al₂O₃, Sb₂O₅*nH₂O) облатылан болуы ммкін; сонымен атар полиэлектролиттер де олданылады.

Заманауи электрохимиялы сенсорларда сезгіш элемент ретінде (трансдьюсер) Л. Кларкпен (1953) сынылаан гальваникалы элемент олданылады. Мнда екі электрод пен электролит ерітіндісі жартылай ткізгіш мембрананы талдау ортасынан блініп алынан.

Мысалы, оттегі ампрометрлік сенсорда (сурет 1) цилиндрлік корпусты ішінде 1 платинадан жасалан индикаторлы электрод 2 жне 3 кміс хлоридінен жасалан анод орналасан (салыстырмалы электрод). Электролит (КCl су ерітіндісі) резервуара 4 йылып алыдыы шамамен 10мм пленка рады. 5. Полимерлі мембрана 6 (полиэтилен, полипропилен, фторопласт, целлофан жне т.б.) электролитті талдау жргізілетін ортадан (су, газ) бліеді. Оттегі мембрана арылы элементті ішіне тіп катод-полярлананиндикаторлы электродына алпына келетін (реакция O₂+4e^- +4H⁺ = 2H₂O). алпына келу тогы мембрана арылы O₂+ диффузиясыны жылдамдыымен аныталады. Жылдамды мембрананы тімділігі мен алыдыына байланысты.

Мембраналарды ру прнципі –полимер ерітіндісін уысты негізге йып кептіру, немесе ионогенді гидрофильдік мономерді (акрил ышылы) гидрофобты жне тгуші агенттермен сополимерлеу, лде кп валентті металдарды (мысалы Al³⁺) иондарымен полиакрил ышылын тігу. Барлы жадайда мембраналар жасы німділікте жоары тадаулыа ие. Са²⁺ жне Ма²⁺ иондарымен лсіз осылыстарды тзілуі рамында карбоксильді топтар бар мембаналарды басты кемшілігі.

рамында сульфатроптары бар полимерлерді ішінде е жиі олданылатын сульфидтелген полисульфан. Бдан жоары німділікке ие ассиметриялы пленкалар немесе уысты талшытар дайындауа болады.

 

 

олданылан дебиеттер тізімі:

1) А.Г.Камкин, И.С.Киселева «Физиология и молекулярная биология мембран клеток»

2) Д.О.Левицкий «Биохимия мембран»

3) И.Корыта «Ионы электроды мембраны»

4) http://www.studfiles.ru/preview/5354056/page:2/

5) http://ifreestore.net/1890/19/