Page 17 - תקצירי תזות הנדסה ירוקה 2025

חוברת תקצירים | מחזור ה׳ תשפ״ד
פיתוח ננו-חיישנים לזיהוי וכימות עופרת ונחושת בשיטת )DPN( Dip Pen Nanolithography
רחמה עוקבי; Rahmaokbi1999@gmail.com
פרופ' אריאלה בורג1, ד״ר משה זוהר1, ד"ר דרור שמיר2 1המכללה האקדמית להנדסה ע"ש סמי שמעון, באר שבע 2הקריה למחקר גרעיני-נגב
עם התפתחות התעשייה והצמיחה המהירה באוכלוסיית העולם, חלה עלייה ברמת הזיהום בשפכים ובמקורות מים, כאשר מתכות כבדות מהוות חלק מרכזי מהזיהום. מתכות כבדות, ובמיוחד עופרת, ידועות כמסוכנות גם בריכוזים נמוכים מאוד בטווח ה-ppb וגורמות למחלות בבני אדם. לפי ארגון הבריאות העולמי, הריכוז המרבי המותר של עופרת במים הינו 10 ppb, מה שמדגיש את הצורך בפיתוח חיישן רגיש ומדויק לזיהוי
וכימות עופרת במים.
אחד המכשירים הנפוצים לזיהוי מתכות כבדות הינו מכשיר ה-ICP-MS )Inductively coupled plasma mass spectrometry). המכשיר מסוגל לזהות ריכוזים נמוכים בתחום ה ppb, ויכולת זיהוי למספר קטיונים בו זמנית. עם זאת, המכשיר יקר ואינו נייד. לכן קבוצות רבות וביניהן קבוצת המחקר שלנו, מנסות לפתח חיישנים אלקטרוכימיים. לחיישנים אלקטרוכימיים זמן מדידה קצר, זולים וניידים. אך הבעיה העיקרית של
חיישנים אלה, היא כאשר בתמיסה הנבדקת מספר מתכות כבדות, סף הזיהוי יורד.
במחקר זה, התחלנו בתהליך פיתוח של ננו-חיישנים שהם משטחי מטא כימי (-Meta Chemical Surfaces .DPN)Dip Pen NanolithographY( העובד בשיטת ננוליטוגרפיה NLP2000 -בעזרת מכשיר ה )MCS בשיטה זאת מתבנתים דיו כננו-צברים על פני שטח האלקטרודה העובדת בצורה פשוטה וזולה. הדיו הינו
תערובת של הליגנד (D-PA )D- Penicillamine והפולימר Polymethyl methacrylate( PMMA).
רגישות החיישן והיעילות שלו נבדקה בעזרת שיטות אלקטרוכימיות ונמצא שהחיישנים הצליחו לזהות עופרת בנוכחות נחושת, עם ערכי LoD שווים ל- 0.30 ppb ו- 0.41 ppb עבור עופרת לבד ועם נוכחות יוני נחושת בתמיסה בהתאמה.
על מנת להסביר את רגישות החיישן, נעשו חישובי (DFT)Density Functional Theory לחישוב ערכי האנרגיה החופשית של גיבס המעידים על חוזק הקישור בין הליגנד לקטיונים. נמצא שתגובות הקישור הינן אקסוטרמית, ושהתגובה בין הליגנד- D-PA לעופרת יותר אקסותרמית בנוכחות הפולימר = PMMA )ΔG0 kcal/mol 17.61- ו- ΔG0 = -9.83 kcal/mol עם ובלי ה-PMMA בהתאמה). כלומר נוכחות הPMMA גרמה
לשיפור הקישור בין הליגנד לבין העופרת.
בנוסף, נבדקה השפעת נוכחות חומר אורגני (אציטואנטריל) על תהליך הזיהוי של העופרת (בשיטת ICP לא ניתן לבדוק תמיסות אורגניות), התוצאות הראו שחיישן הצליח לזהות את העופרת בנוכחות אצטונטריל.
החיישן שפתחנו בשיטת ה-DPN הצליח לזהות עופרת לבד, בנוכחות נחושת, ובנוכחות מזהם אורגני עם רגישות גבוהה בתחום ה ppb.
מטרת מחקר זה הייתה פיתוח חיישן שיהווה חלופה ניידת למכשיר המשמש כיום לזיהוי מתכות כבדות. תוצאות המחקר, ובעיקר תוצאות הבדיקות של מקורות מים, מצביעות על יכולת החישן שפותח לשמש כחיישן נייד ופשוט לשימוש לזיהוי מתכות כבדות במקורות המים, ועשוי להוות תחליף למכשיר ICP-MS .
17
מילות מפתח: זיהוי אלקטרוכימי, עופרת(Pb)II)), ננו ליתוגרפיה, ננו-חיישן, DPN.