آشکارسازی پرتوهای یون‌ساز ساطع شده از چشمه‌های سزیم-137 و کبالت-60 با استفاده از حسگر الکتروشیمیایی آنیون سوپراکسید در محیط آبی

نویسندگان

دانشگاه کاشان

چکیده

در این پژوهش، برای آشکارسازی چشمه‌های ساطع‌کننده پرتوهای یون‌ساز در مجاورت محیط‌های آبی، حسگر الکتروشیمیایی مبتنی بر الکترود کربن شیشه‌ای اصلاح‌شده با نانوکامپوزیت حاوی نانولوله‌های کربنی کربوکسیل‌دار- نانوذرات نقره طراحی شده است. این حسگر می‌تواند آنیون سوپراکسید تولید شده طی فرآیند رادیولیز محیط آبی تحت تابش این پرتوها را شناسایی کند. به این منظور، سطح الکترود کربن شیشه‌ای ابتدا با نانولوله‌های کربنی کربوکسیل‌دار شده و سپس با ترسیب الکتروشیمیایی نانوذرات نقره اصلاح شد. از طیف‌سنجی‌های مرئی- فرابنفش (UV-Vis) و فروسرخ تبدیل فوریه (FTIR) و همچنین تصاویر میکروسکوپ الکترونی روبشی (SEM) برای مشخصه‌یابی نانولوله‌های کربنی کربوکسیل‌دار، نانوذرات نقره و بررسی روند اصلاح سطح الکترود کربن شیشه‌ای با این نانوساختارها استفاده شد. در ادامه با استفاده از روش ولتامتری چرخه‌ای فرآیند کاهش سوپراکسید تولید شده از محلول دی‌متیل‌سولفوکسید حاوی پتاسیم‌سوپراکسید، در سطح الکترود کربن شیشه‌ای اصلاح شده با نانوکامپوزیت، مورد بررسی قرار گرفت. همچنین با انجام مطالعات کرونوآمپرومتری دو محدوده پاسخ خطی برای سوپراکسید در غلظت‌های پایین (5/1 تا 43 میکرومولار) و غلظت‌های بالا (136 تا 323 میکرومولار) و حد تشخیص 39/0 میکرومولار به‌دست آمد. در پایان، از الکترود کربن شیشه‌ای اصلاح‌شده با نانوکامپوزیت حاوی نانولوله‌های کربنی کربوکسیل‌دار- نانوذرات نقره برای آشکارسازی پرتوهای یون‌ساز چشمه‌های سزیم-137و کبالت-60 استفاده شد. تفاوت مشاهده شده در پاسخ الکتروشیمیایی الکترود مذکور در محیط آبی، قبل و بعد از تابش چشمه‌ها، نشان دهنده عملکرد مطلوب حسگر طراحی شده در شناسایی سوپراکسید ناشی از تابش چشمه‌های رادیواکتیو است.
 

کلیدواژه‌ها

عنوان مقاله [English]

Detection of ionizing radiation emitted from the cesium-137 and cobalt-60 sources using electrochemical superoxide anion sensor in the aqueous medium

نویسندگان [English]

  • motahareh Shahbazian
  • Hossain-Ali Rafiee-Pour
  • sedigheh falahi
چکیده [English]

Widespread use of ionizing radiation in medicine, industry, agriculture, education and research, the increasing production of nuclear waste and nuclear incidents, has exposed humans and organisms to this radiation. Despite the benefits of ionizing radiation, these beams can cause serious damage to living systems. Hence, the need for radiation protection actions requires accurate, fast, inexpensive, and comprehensive detection and dosimetry systems. In this regard, in this paper, an electrochemical sensor based on the carboxylated multi walled carbon nanotubes-silver nano particles (MWCNTs-COOH/AgNPs) nanocomposite modified glassy carbon electrode is designed for superoxide anion detection and measurement. Also, the possibility of ionizing radiation sources detection, by measurement of superoxide which is produced during the radiolysis of aqueous environment under these radiations, is discussed. For this purpose; firstly, the surface of glassy carbon electrode modified with MWCNTs-COOH and AgNPs respectively. Ultraviolet-visible spectroscopy (UV-Vis), fourier transform infrared spectroscopy (FTIR), and scanning electron microscopy (SEM) images used to characterize the MWCNTs-COOH, AgNPs and study of the glassy carbon electrode modification with MWCNTs-COOH/AgNPs nanocomposite. Then the reduction process of superoxide produced from a solution of dimethyl sulfoxide containing potassium superoxide, on the surface of modified glassy carbon electrode studied, using cyclic voltammetry method. Also, by performing chronoamperometric studies, two linear response limits for superoxide for low concentrations (1.5 to 43 mM) and high concentrations (136 to 323 mM) and detection limit of 0.39 mM was obtained. At the end, the MWCNTs-COOH/AgNPs nanocomposite modified glassy carbon electrode was used for the detection of ionizing radiation emitted from cesium-137 and cobalt-60. The difference between electrochemical responses of the electrode, in the aqueous medium before and after the sources irradiation, attributed to the presence of superoxide and confirmed the successful performance of the sensor.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Ionizing radiation
  • Superoxide anion
  • Carbon nanotubes
  • Silver nanoparticles
  • Electrochemical sensor

مراجع

[1] D. Janik, I. Janik and D.M. Bartels. Neutron and β/γ radiolysis of water up to supercritical conditions. 1. β/γ yields for H2, H• atom, and hydrated electron, The Journal of Physical Chemistry A, 111(32) (2007) 7777–7786. [2] M. Mognato, C. Girardi, S. Fabris and Celotti. DNA repair in modeled microgravity: Double strand break rejoining activity in human lymphocytes irradiated with γ-rays, Mutation Research/Fundamental and Molecular Mechanisms of Mutagenesis, 663(1-2) (2009) 32–39. [3] Y. Hatano, Y. Katsumura and A. Mozumder. Charged particle and photon interactions with matter: recent advances, applications, and interfaces, CRC Press, (2010). [4] G. Baldacchino, E. Brun, I. Denden, S. Bouhadoun, R. Roux, H. Khodja and C. Sicard-Roselli. Importance of radiolytic reactions during high-LET irradiation modalities: LET effect, role of O2 and radiosensitization by nanoparticles, Cancer Nanotechnology, 10(1) (2019) 3–24. [5] F. Darain, J.S. Park, H. Akutsu and Y.B. Shim. Superoxide radical sensing using a cytochrome c3 immobilized conducting polymer electrode, Biosensors and Bioelectronics, 23(2) (2007) 161–167. [6] F. Salem, H. Tavakoli, M. Sadeghi and A. Riazi. Developing a high performance superoxide dismutase based electrochemical biosensor for radiation dosimetry of thallium 201, Radiation Physics and Chemistry, 102 (2014) 128–134. [7] M. Shourian, H. Ghourchian, H.A. Rafiee-Pour and H. Tavakoli. Dose rate determination of gamma rays emitted by Thallium-201 and technetium-99m using a modified horseradish peroxidase based biosensing system, Journal of the Iranian Chemical Society, 7(4) (2010) 900–907. [8] M. Shourian and H. Ghourchian. Comparison between amperometric and chemiluminescence methods in detection and dosimetry of cobalt-60 gamma ray emission, Inernational Journal of Radiation Research, 12(4) (2014) 377–382. [9] M. Meyyappan and D. Srivastava. Carbon nanotubes, handbook of nanoscience, engineering and technology, CRC Press, Boca Raton, (2003). [10] K. Maaz. Silver nanoparticles - fabrication, characterization and applications, InTechOpen, London, UK, (2018). [11] S. Karimi, H. Ghourchian, P. Rahimi and H.A. Rafiee-Pour. A nanocomposite based biosensor for cholesterol determination, Analytical methods, 4(10) (2012) 3225–3231. [12] Y. Liu, X. Liu, Y. Liu, G. Liu, L. Ding and X. Lu. Construction of a highly sensitive non-enzymatic sensor for superoxide anion radical detection from living cells, Biosensors and Bioelectronics, 90 (2017) 39–45. [13] H.A. Rafiee-Pour, A. Noorbakhsh, A. Salimi and H. Ghourchian. Sensitive superoxide biosensor based on silicon carbide nanoparticles. Electroanalysis, 22(14) (2010) 1599–1606. [14] H. Sadegh, K. Zare, B. Maazinejad, R. Shahryari-Ghoshekandi, I. Tyagi, S. Agarwal and V.K. Gupta. Synthesis of MWCNT-COOH-Cysteamine composite and its application for dye removal, Journal of Molecular Liquids, 215 (2016) 221–228. [15] Y. Sun and Y. Xia. Gold and silver nanoparticles: a class of chromophores with colors tunable in the range from 400 to 750 nm, Analyst, 128(6) (2003) 686–691. [16] A. Chou, T. Böcking, N.K. Singh and J.J. Gooding. Demonstration of the importance of oxygenated species at the ends of carbon nanotubes for their favourable electrochemical properties, Chemical communications, 7 (2005) 842–844. [17] T. Wu, L. Li, G. Song, M. Ran, X. Lu and X. Liu. An ultrasensitive electrochemical sensor based on cotton carbon fiber composites for the determination of superoxide anion release from cells, Microchimica Acta, 186(3) (2019) 198–206. [18] F. Peng, T. Xu, F. Wu, C. Ma, Y. Liu, J. Li, B. Zhao and C. Mao. Novel biomimetic enzyme for sensitive detection of superoxide anions, Talanta, 174 (2017) 82–91. [19] X. Zhu, X. Niu, H. Zhao, J. Tang and M. Lan. Immobilization of superoxide dismutase on Pt–Pd/MWCNTs hybrid modified electrode surface for superoxide anion detection, Biosensors and Bioelectronics, 67 (2015) 79–85. [20] T. Liu, X. Niu, L. Shi, X. Zhu, H. Zhao and M. Lana. Electrocatalytic analysis of superoxide anion radical using nitrogen-doped graphene supported Prussian Blue as a biomimetic superoxide dismutase. Electrochim. Electrochimica Acta, 176 (2015) 1280–1287. [21] J. Ren, M. Zhai, M. Cui, L. Li, C. Yu, X. Yu and X. Ji. A novel superoxide anion radical nonenzymatic electrochemical sensor based on PtRuCu ternary alloy nanoparticles/graphene composite modified electrode, Nano, 12(1) (2017) 1750006–1750016.

فایل ها

هم رسانی

ارجاع به این مقاله

آمار