Electrochemical Detection of Propyl Gallate in Packaged Foods Using a SnS2 - Co1 Fe2 @N-CNTs Composite

आधुनिक खाद्य उत्पादन की दुनिया में, उत्पादों को लंबे समय तक ताजा रखना एक निरंतर चुनौती है। भोजन को खराब होने या बासी होने से रोकने के लिए, निर्माता अक्सर एंटीऑक्सीडेंट के रूप में जाने जाने वाले रासायनिक परिरक्षकों को मिलाते हैं। इनमें से एक सबसे आम पदार्थ 'प्रोपिल गैलेट' है। यह क्षय का कारण बनने वाले हानिकारक अणुओं को बेअसर करके काम करता है, जिससे डिब्बाबंद बिस्कुट से लेकर प्रसंस्कृत मांस (cured meats) तक की शेल्फ लाइफ प्रभावी रूप से बढ़ जाती है। हालांकि यह रसायन उपयोगी है, लेकिन इसका बहुत अधिक सेवन मानव शरीर के लिए हानिकारक हो सकता है, जिससे संभावित रूप से पेट में जलन या लिवर और किडनी को नुकसान पहुँच सकता है। इन जोखिमों के कारण, दुनिया भर की सरकारों ने हमारे भोजन में इसकी मात्रा पर सख्त सीमाएं निर्धारित की हैं। इन सीमाओं का सम्मान सुनिश्चित करने के लिए, वैज्ञानिकों को सटीक रूप से मापने के विश्वसनीय तरीकों की आवश्यकता होती है कि एक पैकेज में कितना प्रोपिल गैलेट मौजूद है। इसके लिए किए जाने वाले पारंपरिक तरीके अक्सर धीमे होते हैं, उनके लिए महंगी मशीनों की आवश्यकता होती है, और उन्हें चलाने के लिए अत्यधिक प्रशिक्षित विशेषज्ञों की जरूरत होती है। यह खाद्य सुरक्षा की जांच सीधे वहीं करने के लिए एक तेज़, सस्ते और सरल तरीके की आवश्यकता पैदा करता है जहाँ भोजन मौजूद है।

हुनान इंस्टीट्यूट ऑफ साइंस एंड टेक्नोलॉजी और युययांग यूनिवर्सिटी, चीन के शोधकर्ताओं की एक टीम ने इस समस्या को हल करने के लिए एक नया उपकरण विकसित किया है। उन्होंने उच्च सटीकता के साथ प्रोपिल गैलेट का पता लगाने में सक्षम एक विशेष सेंसर बनाया है, जो उन महंगे या दुर्लभ धातुओं पर निर्भर नहीं करता है जिनका उपयोग आमतौर पर ऐसे उपकरणों में किया जाता है। सोने या प्लेटिनम जैसी कीमती सामग्रियों के बजाय, टीम ने अपने सेंसर को तीन सामान्य, गैर-विषाक्त घटकों के चतुर संयोजन से बनाया। उनके उपकरण का केंद्र एक छोटा इलेक्ट्रोड है जिस पर सामग्रियों का एक अनूठा मिश्रण लगा हुआ है: टिन सल्फाइड, जो फूलों जैसी संरचना बनाता है; एक प्रकार का कार्बन नैनोट्यूब जिसे अत्यधिक सुचालक बनाने के लिए नाइट्रोजन से युक्त किया गया है; और लोहा एवं कोबाल्ट से बना एक परतदार यौगिक। इन तीनों सामग्रियों को एक साथ कितनी कुशलता से व्यवस्थित किया जाए, इसका सावधानीपूर्वक इंजीनियरिंग करके, शोधकर्ताओं ने एक ऐसी सतह बनाई जो प्रोपिल गैलेट अणुओं के लिए एक अत्यधिक कुशल जाल (trap) के रूप में कार्य करती है।

इस सेंसर को बनाने की प्रक्रिया में सटीक चरणों की एक श्रृंखला शामिल थी ताकि यह सुनिश्चित किया जा सके कि सामग्रियां मिलकर पूरी तरह से काम करें। सबसे पहले, शोधकर्ताओं ने मेलामाइन और कोबाल्ट नाइट्रेट के मिश्रण को अत्यधिक उच्च तापमान पर गर्म करके नाइट्रोजन-डोप कार्बन नैनोट्यूब बनाए। फिर उन्होंने इन नैनोट्यूब में लोहा और कोबाल्ट यौगिक मिलाया, जिसके बाद टिन सल्फाइड डाला गया, जिसे एक नैनोफ्लावर (nanoflower) आकार में उगाया गया था। लक्ष्य एक ऐसी संरचना बनाना था जहाँ विभिन्न सामग्रियां आसानी से इलेक्ट्रॉनों को साझा कर सकें, जिससे सेंसर अत्यंत संवेदनशील बन सके। जब शोधकर्ताओं ने इस नए कंपोजिट का परीक्षण किया, तो उन्होंने पाया कि यह अकेले उपयोग किए गए किसी भी व्यक्तिगत भाग की तुलना में बहुत बेहतर बिजली का संचालन करता है। बिजली के इस बेहतर प्रवाह का अर्थ था कि सेंसर प्रोपिल गैलेट की उपस्थिति के प्रति पिछले डिजाइनों की तुलना में बहुत तेज़ी से और अधिक मजबूती से प्रतिक्रिया कर सकता है।

जब उन्होंने प्रोपिल गैलेट को खोजने की क्षमता के लिए सेंसर का परीक्षण किया, तो परिणाम प्रभावशाली थे। यह उपकरण अविश्वसनीय रूप से कम स्तरों पर भी रसायन का पता लगा सकता है, जो एक लीटर में केवल 0.049 माइक्रोमोल्स जितना कम है। यह संवेदनशीलता महत्वपूर्ण है क्योंकि यह सेंसर को नियामक द्वारा निर्धारित सुरक्षा सीमाओं से काफी नीचे, रक्षक के सूक्ष्म अंशों को भी पहचानने की अनुमति देती है। इसके अलावा, सेंसर सांद्रता (concentration) की एक बहुत विस्तृत श्रृंखला में सटीक रूप से काम करता है, जो सूक्ष्म अंशों से लेकर 1,000 माइक्रोमोल्स प्रति लीटर के उच्च स्तर तक है। इस विस्तृत श्रृंखला का अर्थ है कि एक ही सेंसर का उपयोग बहुत कम परिरक्षक वाले भोजन और बहुत अधिक परिरक्षक वाले भोजन, दोनों की जांच के लिए किया जा सकता है, बिना किसी समायोजन या बदलाव की आवश्यकता के। शोधकर्ताओं ने यह भी परीक्षण किया कि सेंसर भोजन में पाए जाने वाले अन्य सामान्य पदार्थों, जैसे कि शर्करा, विटामिन और अन्य परिरक्षकों से प्रोपिल गैलेट को कितनी अच्छी तरह अलग कर सकता है। सेंसर ने उत्कृष्ट चयनात्मकता (selectivity) दिखाई, जिसने अन्य पदार्थों को अनदेखा कर दिया और केवल प्रोपिल गैलेट के प्रति प्रतिक्रिया दी, जो जटिल खाद्य नमूनों में सटीक रीडिंग प्राप्त करने के लिए आवश्यक है।

यह सिद्ध करने के लिए कि यह सेंसर वास्तविक दुनिया में काम करता है, टीम ने बिस्कुट और प्रसंस्कृत मांस सहित वास्तविक पैकेज्ड खाद्य पदार्थों पर इसका परीक्षण किया। उन्होंने इन खाद्य पदार्थों के अंशों को निकाला और उन्हें सेंसर के माध्यम से चलाया। उपकरण ने उल्लेखनीय सटीकता के साथ प्रदर्शन किया, जिससे ज्ञात प्रोपिल गैलेट की 97.68% से 99.69% तक रिकवरी हुई। अपने परिणामों के बारे में पूरी तरह से आश्वस्त होने के लिए, शोधकर्ताओं ने अपने सेंसर के निष्कर्षों की तुलना 'हाई-परफॉर्मेंस लिक्विड क्रोमैटोग्राफी' नामक एक मानक प्रयोगशाला पद्धति से की, जिसे रासायनिक विश्लेषण का स्वर्ण मानक (gold standard) माना जाता है। उनके नए सेंसर के परिणाम मानक पद्धति के लगभग समान थे, जिसमें केवल मामूली अंतर थे जो विभिन्न तकनीकों की तुलना करते समय अपेक्षित होते हैं। इसने पुष्टि की कि उनका नया, कम लागत वाला उपकरण प्रयोगशालाओं में उपयोग किए जाने वाले महंगे और जटिल मशीनों जितना ही विश्वसनीय है।

इस परियोजना की सफलता सामग्रियों को संयोजित करने के विशिष्ट तरीके में निहित है। शोधकर्ताओं ने पाया कि केवल सामग्रियों को एक साथ मिलाना पर्याप्त नहीं था; सामग्रियों को इस तरह से इंजीनियर करने की आवश्यकता थी कि उनकी सतहें एक बहुत ही विशिष्ट तरीके से आपस में जुड़ें। इस घनिष्ठ संपर्क ने एक सहक्रियात्मक प्रभाव (synergistic effect) बनाया, जहाँ संपूर्ण हिस्सा अपने व्यक्तिगत भागों के योग से कहीं अधिक श्रेष्ठ हो गया। कार्बन नैनोट्यूब ने बिजली के लिए एक तेज़ राजमार्ग प्रदान किया, जबकि लोहा-कोबाल्ट यौगिक और टिन सल्फाइड के फूलों ने प्रोपिल गैलेट अणुओं के चिपकने और प्रतिक्रिया करने के लिए पर्याप्त स्थान प्रदान किया। इस डिजाइन ने सेंसर को समय के साथ स्थिर और सटीक रहने में मदद की, जो एक महीने के भंडारण के बाद भी अपने प्रदर्शन को लगभग पूरी तरह से बनाए रखता है। यह सिद्ध करके कि सामान्य, गैर-कीमती सामग्रियों से बना सेंसर मौजूदा कई प्रणालियों से बेहतर प्रदर्शन कर सकता है, यह कार्य सुरक्षित और अधिक सुलभ खाद्य निगरानी की दिशा में एक आशाजनक मार्ग प्रदान करता है। यह सुझाव देता है कि भविष्य में, खाद्य सुरक्षा जांच तेजी से और सस्ते में, संभवतः पोर्टेबल उपकरणों के साथ की जा सकती है, जिससे यह सुनिश्चित होगा कि हमारी अलमारियों पर रखा भोजन सभी के लिए सुरक्षित है।