گونه‌شناسي آرسنيك به كمك يادگيري ماشين براساس ضدتجمع نانوذرات طلا در نمونه‌هاي آبي

اصفهان : دانشگاه صنعتي اصفهان

شيمي

كارشناسي ارشد

افزايش سريع جمعيت جهاني منجر به تشديد آلودگي آب شده و اين مسئله به يكي از چالش‌هاي مهم زيست‌محيطي تبديل شده است. يون‌هاي فلزات سنگين به دليل سميت بالا و قابليت تجمع زيستي در زنجيره غذايي، از خطرناك‌ترين آلاينده‌ها به شمار مي‌روند و اندازه‌گيري دقيق آن‌ها ضروري است. در اين ميان، گونه‌شناسي آرسنيك به‌طور ويژه اهميت دارد، زيرا سميت و تأثيرات زيست‌محيطي آرسنيك به شكل شيميايي آن وابسته است. آرسنيت (As(III)) به‌مراتب سمي‌تر از آرسنات (As(V)) است و تمايز دقيق اين گونه‌ها براي ارزيابي خطرات بهداشتي و طراحي راهبردهاي مؤثر تصفيه آب بسيار مهم است. علاوه بر اين، گونه‌شناسي دقيق آرسنيك به رعايت استانداردهاي نظارتي كمك كرده و ايمني آب آشاميدني را به‌ويژه در مناطقي كه در معرض آلودگي آرسنيك هستند، تضمين مي‌كند. اين مطالعه بر طراحي حسگر آرايه‌اي رنگ‌سنجي براي گونه‌شناسي آرسنيك در نمونه‌هاي آب با استفاده از نانوذرات طلا (AuNPs) متمركز است. مكانيسم تشخيص بر اساس توانايي منحصر‌به‌فرد گونه‌هاي آرسنيك در برهم‌كنش با آمينواسيدهاي حاوي گروه تيول طراحي شده است. گلوتاتيون (GSH) و سيستئين (Cys) به دليل توانايي آن‌ها در القاي تجمع وابسته به pH نانوذرات طلا از طريق گروه‌هاي تيول انتخاب شدند. اين برهم‌كنش‌ها رفتارهاي ضد تجمع منحصربفردي را در حضور گونه‌هاي آرسنيك نشان داده كه به تغييرات قابل اندازه‌گيري در خواص نوري نانوذرات منجر شد. دو عنصر حسگر SE1 (نانوذرات طلا و سيستئين در pH=6.0) و SE2 (نانوذرات طلا و گلوتاتيون در pH=5.0) طراحي شدند. در حضور گونه‌هاي آرسنيك، نانوذرات طلا تجمع‌يافته، رفتار ضد تجمعي نشان مي‌دهند كه باعث جابجايي آبي طول‌موج جذبي و تغيير رنگ مشهود آنها از آبي به قرمز مي‌شود. الگوهاي طيفي پاسخ عناصر حسگر وابسته به نوع و غلظت آناليت‌ها (آرسنيت، آرسنات يا مخلوط آن‌ها) است. براي تحليل پاسخ‌هاي حسگرآرايه‌اي، از روش‌هاي يادگيري ماشين از جمله تحليل تفكيك خطي (LDA) و رگرسيون حداقل مربعات جزئي (PLSR) استفاده شد. تحليل مؤلفه اصلي (PCA) به همراه LDA توانست تمايز دقيق گونه‌هاي آرسنيك خالص و مخلوط را در يك بازه گسترده غلظتي ارائه دهد. تحليل كمي با استفاده از PLSR حد تشخيص(LOD) 5 و 4/7 ميكرومولار براي آرسنيت وآرسنات، با بازه خطي 10-200 ميكرومولار و 20-800 ميكرومولار به‌ترتيب در نمونه‌هاي خالص نشان داد. در نمونه‌هاي مخلوط، اين روش LOD معادل 3/3 ميكرومولار و بازه خطي 30-480 ميكرومولار براي غلظت كل آرسنيك را ارائه داد. هم‌چنين، حسگرآرايه‌اي در نمونه‌هاي واقعي آب آشاميدني و چاه به‌طور موفقيت‌آميز اعتبارسنجي شد و نتايج رضايت‌بخشي در مقايسه با روش استاندارد GF-AAS ارائه داد. اين روش نوآورانه، راه‌حلي قابل اعتماد، اقتصادي و كارآمد براي گونه‌شناسي آرسنيك ارائه مي‌دهد و به بهبود پايش كيفيت آب و حفاظت از سلامت عمومي كمك مي‌كند

233238

شيمي تجزيه

شيمي

دانشگاه صنعتي اصفهان