حسگر آرايه اي رنگ سنجي جهت اندازه گيري سختي كل و تمايز سختي هاي حاصل از كاتيون هاي كلسيم و منيزيم بر پايه تجمع نانو ذرات طلا با استفاده از روش هاي يادگيري ماشين

اصفهان : دانشگاه صنعتي اصفهان

شيمي

كارشناسي ارشد

سنجش سختي آب يكي از معيارهاي مهم براي ارزيابي كيفيت آب در حوزه‌هاي مختلف از جمله تصفيه آب، سلامت عمومي، فرآيندهاي صنعتي، كشاورزي، محيط‌زيست و كاربردهاي خانگي است. اين مطالعه به طراحي يك حسگر آرايه‌اي رنگ‌سنجي پلاسموني بر پايه تجمع نانوذرات طلا (AuNPs) براي اندازه‌گيري سختي آب مي‌پردازد. حسگر آرايه‌اي شامل سه عنصر حسگر نيمه‌انتخابي (SE) است كه از نانوذرات طلا در سه شرايط مختلف pHبه ترتيبSE1 (pH = 4.5)، SE2 (pH = 6.5) و SE3 (pH = 8.5)تهيه شده و پروفايل جذب اين عناصر حسگر در حضور يون‌هاي كلسيم و منيزيم با غلظت‌هاي مختلف ثبت شدند. در اثر برهم‌كنش اين يون‌ها با نانوذرات طلا، تجمع نانوذرات رخ داده كه باعث جابجايي قرمز در طيف جذبي آنها از 520 نانومتر به طول‌موج‌هاي بلندتر شده و به دنبال آن تغيير رنگ قابل مشاهده‌اي از قرمز به آبي ايجاد مي‌گردد. الگوهاي پاسخ عناصر حسگر به نوع آناليت (كلسيم، منيزيم يا مخلوط آنها) و غلظت آن بستگي داشته و براي تحليل پروفايل‌هاي پاسخ اثر انگشتي اين حسگر آرايه‌اي، از الگوريتم‌هاي يادگيري ماشين شامل تحليل تفكيك خطي (LDA) و رگرسيون كمترين مربعات جزئي (PLSR) استفاده شد. كاهش ابعاد داده‌ها با استفاده از تحليل مؤلفه اصلي (PCA) و سپس LDA نشان داد كه اين روش قادر به تمايز دقيق بين نمونه‌هاي خالص و مخلوط يون‌هاي كلسيم و منيزيم در گستره وسيعي از غلظت‌ها است. كمي‌سازي با استفاده از PLSR نشان داد كه حد تشخيص (LOD) براي يون‌هاي كلسيم و منيزيم در نمونه‌هاي خالص به ترتيب ppm CaCO3 1.45 و 1.40 است و محدوده خطي 10-120 ppm CaCO3 را پوشش مي‌دهد. در نمونه‌هاي مخلوط، اين روش به حد تشخيص ppm CaCO310 و محدوده خطي3 ppm CaCO 6 تا 114 براي غلظت كل يون‌ها دست يافت. كارايي اين روش با استفاده از يك نمونه واقعي از آب چاه بررسي شد و نرخ بازيابي 102.5٪ در مقايسه با روش استاندارد ICP-OES حاصل شد كه نشان دهنده توانايي اين مدل در تشخيص دقيق و صحيح سختي كل در نمونه‌هاي واقعي است.

233242

تجزيه

شيمي

دانشگاه صنعتي اصفهان