Hydrothermally Synthesized SnO₂/Reduced Graphene Oxide Nanocomposite as a Solid- Contact Layer for Potentiometric Nitrate Sensing
यह अध्ययन प्रदर्शित करता है कि एक CTAB-सहायता प्राप्त हाइड्रोथर्मली संश्लेषित SnO₂/रिड्यूस्ड ग्राफीन ऑक्साइड नैनोकम्पोजिट, जब एक आयन-चयनात्मक झिल्ली के साथ एकीकृत किया जाता है, तो शुद्ध SnO₂ की तुलना में पोटेंशियोमेट्रिक नाइट्रेट सेंसर की संवेदनशीलता और पहचान सीमा को महत्वपूर्ण रूप से बढ़ाता है, जो इसे पर्यावरणीय और बायोमेडिकल अनुप्रयोगों के लिए एक आशाजनक मंच बनाता है।
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नाइट्रेट पौधों के लिए एक महत्वपूर्ण पोषक तत्व है, जो उन उर्वरकों का एक प्रमुख घटक है जो फसलों को उगाने में मदद करते हैं। हालाँकि, जब बहुत अधिक मात्रा में यह खेतों से बहकर नदियों और भूजल में मिल जाता है, तो यह एक ऐसी श्रृंखला अभिक्रिया को जन्म देता है जो पर्यावरण को नुकसान पहुँचाती है, जिससे जलमार्ग स्थिर, ऑक्सीजन की कमी वाले क्षेत्रों में बदल जाते हैं जहाँ मछलियाँ और अन्य जीव जीवित रहने के लिए संघर्ष करते हैं। इस अदृश्य प्रदूषक का पता लगाना हमारे जल की रक्षा के लिए अत्यंत महत्वपूर्ण है, लेकिन पारंपरिक प्रयोगशाला विधियों के लिए अक्सर भारी उपकरणों, जटिल तैयारी और समय की आवश्यकता होती है जो उन्हें क्षेत्र में त्वरित जांच के लिए अव्यावहारिक बनाती है। वैज्ञानिक लंबे समय से एक सरल विकल्प की तलाश में रहे हैं: एक छोटा, पोर्टेबल सेंसर जो मिट्टी या पानी में सीधे नाइट्रेट के स्तर को माप सके, ठीक वैसे ही जैसे थर्मामीटर तापमान को मापता है। चुनौती एक ऐसा सेंसर बनाने में है जो न केवल इस रसायन की सूक्ष्म मात्रा को पकड़ने के लिए पर्याप्त संवेदनशील हो, बल्कि समय के साथ बिना विचलित हुए या विफल हुए एक विश्वसनीय रीडिंग देने के लिए पर्याप्त स्थिर भी हो।
इसे हल करने के लिए, भारत के बी.एस. अब्दुर रहमान क्रिसेंट इंस्टीट्यूट ऑफ साइंस एंड टेक्नोलॉजी के शोधकर्ताओं ने एक नए प्रकार का सेंसर विकसित किया है जो एक रासायनिक संकेत को विद्युत संकेत में बदलने के लिए सामग्रियों के एक चतुर संयोजन पर निर्भर करता है। उनका कार्य सेंसर के भीतर एक विशिष्ट परत पर केंद्रित है, जिसे सॉलिड-कॉन्टैक्ट लेयर (ठोस-संपर्क परत) के रूप में जाना जाता है, जो पानी की रासायनिक दुनिया और मापने वाले उपकरण की इलेक्ट्रॉनिक दुनिया के बीच एक सेतु के रूप में कार्य करती है। अतीत में, इन सेंसरों में अक्सर अंदर भरा हुआ तरल पदार्थ उपयोग किया जाता था, जो लीक हो सकता था या वाष्पित हो सकता था, जिससे उपकरण विफल हो जाता था। नया दृष्टिकोण उस तरल को एक ठोस सामग्री से बदल देता है, लेकिन सही ठोस सामग्री खोजना कठिन रहा है। टीम ने टिन डाइऑक्साइड, जो एक सामान्य धातु ऑक्साइड है, की ओर रुख किया और इसे रिड्यूस्ड ग्राफीन ऑक्साइड नामक कार्बन के एक रूप के साथ मिलाया। उन्होंने इस मिश्रण को एक विधि का उपयोग करके बनाया जिसमें एक सीलबंद कंटेनर में घोल को गर्म करना शामिल है, एक ऐसी प्रक्रिया जो सामग्रियों को एक समान, नैनो-आकार की संरचना बनाने के लिए प्रोत्साहित करती है।
शोधकर्ताओं ने पहले पुष्टि की कि उनकी नई सामग्री सही ढंग से बनाई गई थी। उन्होंने सूक्ष्म कणों को देखने के लिए विभिन्न इमेजिंग और स्कैनिंग तकनीकों का उपयोग किया, जिससे पता चला कि टिन डाइऑक्साइड ने एक विशिष्ट, अत्यधिक व्यवस्थित क्रिस्टल संरचना बनाई है। जब उन्होंने ग्राफीन ऑक्साइड जोड़ा, तो कार्बन शीट ने इस संरचना को नष्ट नहीं किया; इसके बजाय, उन्होंने टिन डाइऑक्साइड के कणों के चारों ओर खुद को लपेट लिया, जिससे एक हाइब्रिड सामग्री बनी जहाँ दोनों घटक मजबूती से जुड़े हुए थे। यह जुड़ाव महत्वपूर्ण था। ग्राफीन ऑक्साइड, जो बिजली के उत्कृष्ट चालक के रूप में जाना जाता है, ने टिन डाइऑक्साइड को—जो स्वाभाविक रूप से इलेक्ट्रॉनों के संचालन में थोड़ा सुस्त है—इलेक्ट्रॉन को बहुत अधिक कुशलता से स्थानांतरित करने में मदद की। बिजली के इस बेहतर प्रवाह का अर्थ था कि सेंसर अपने आस-पास के पानी में होने वाले परिवर्तनों के प्रति तेजी से और अधिक मजबूती से प्रतिक्रिया कर सकता था।
जब टीम ने सेंसर का परीक्षण किया, तो उन्होंने पाया कि नया पदार्थ केवल टिन डाइऑक्साइड का उपयोग करने वाले पुराने संस्करण की तुलना में काफी बेहतर प्रदर्शन करता है। उन्होंने सेंसर को एक घोल में रखा और धीरे-धीरे अधिक नाइट्रेट मिलाया, और देखते रहे कि विद्युत वोल्टेज कैसे बदलता है। नए टिन डाइऑक्साइड और ग्राफीन मिश्रण वाले सेंसर ने नाइट्रेट सांद्रता बढ़ने के साथ वोल्टेज में बहुत तीव्र और निरंतर वृद्धि दिखाई। यह सेंसर एक भाग प्रति मिलियन (ppm) से लेकर दो सौ चालीस भाग प्रति मिलियन तक की सीमा में नाइट्रेट का पता लगा सका, जो आमतौर पर कृषि अपवाह में पाए जाने वाले स्तरों को कवर करता है। नए सेंसर की संवेदनशीलता उल्लेखनीय रूप से अधिक थी, जिसका अर्थ है कि यह बिना ग्राफीन वाले सेंसर की तुलना में नाइट्रेट के स्तरों के बीच छोटे अंतर को अधिक स्पष्ट रूप से पहचान सकता था। इस सुधार से पता चलता है कि ग्राफीन ने सेंसर को नाइट्रेट आयनों की उपस्थिति को अधिक सटीकता के साथ एक स्पष्ट विद्युत संकेत में बदलने में मदद की।
अध्ययन ने यह भी जांचा कि सेंसर समय के साथ कितना विश्वसनीय था और क्या यह पानी में पाए जाने वाले अन्य रसायनों, जैसे क्लोराइड या सल्फेट से भ्रमित हो जाएगा। सेंसर कम से कम एक घंटे के निरंतर उपयोग तक स्थिर रहा और प्रत्येक बार समान मात्रा में नाइट्रेट के साथ परीक्षण किए जाने पर समान रीडिंग दी। इसने नाइट्रेट के प्रति एक मजबूत प्राथमिकता भी दिखाई, और अन्य सामान्य आयनों के प्रति इसकी प्रतिक्रिया बहुत कम थी। हालांकि शोधकर्ताओं ने उल्लेख किया कि सेंसर पूर्ण नहीं है और वास्तविक दुनिया के जल नमूनों के साथ आगे के परीक्षण की आवश्यकता है, फिर भी परिणाम एक स्पष्ट मार्ग प्रदर्शित करते हैं। एक स्थिर धातु ऑक्साइड को एक अत्यधिक प्रवाहकीय कार्बन सामग्री के साथ जोड़कर, उन्होंने एक सॉलिड-कॉन्टैक्ट लेयर बनाई है जो सेंसर को अधिक संवेदनशील और स्थिर बनाती है, जो जटिल प्रयोगशाला उपकरणों की आवश्यकता के बिना जल गुणवत्ता की निगरानी के लिए एक आशाजनक उपकरण प्रदान करती है।
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