پیش بینی حذف بلند مدت فلزات سنگین از روسازی های نفوذپذیر برای تصفیه پساب

Predicting long term removal of heavy metals from porous pavements for stormwater treatment

چکیده

1 مقدمه

2 روش ها

2-1 موقعیت تجربی

2-2 روش تجربی

2-3 توسعه مدل آزمایش طولانی مدت

3 نتایج و بحث

3-1 عملکرد آزمایش

3-2 نتایج آزمایش مدل

4 نتیجه گیری ها

چکیده

روساز های نفوذ پذیر معمولا در سیستم های مدیریت پساب استفاده می شوند. به هر حال ، اطلاعات مربوط به قابلیت های طولانی مدت این روسازها برای نگه داشتن مواد سنگین محدود است . هدف این تحقیق ، بررسی حذف طولانی مدت فلزات سنگین در سه روساز نفوذ پذیر مختلف – آسفالت متخلخل PA، هیدرو روسازhydropave (HP) و permapave(PP) پرما روساز در سرعت های مختلف تصفیه است که نشان دهنده 26 سال با شرایط هیدرولوژیکی ( دوره های خشک / مرطوب و میزان جریان ) مختلف هستند. مدل تصفیه که جذب و واجذب را شبیه سازی می کند برای اولین بار برای پیش بینی حذف طولانی مدت فلزات سنگین توسط روساز های نفوذپذیر مطرح شد. جای تعجب نیست بگوئیم که تمام روسازهای نفوذ پذیر عملکرد بهتری در حذف فلزات چسبیده به ذرات جامد ( مثل سرب, آلومینیوم , آهن ) در مقایسه با ذرات قابل حل ( مثل مس, روی و منیزیم ) می باشند. افزایش کلی در غلظت فلزات سنگین در خروجی روسازها در طول زمان و در نتیجه کاهش ظرفیت جذب سیستم ها و به خصوص بعد از مسدود شدن مشاهده می شود . حذف فلزات سنگین همراه با کاهش در سرعت جریان کاهش می یابد که دلیل آن می تواند زمان بیشتر برای واجذب فلزات و تجزیه رسوبات انباشته باشد. مدل مطرح شده این روند را شبیه سازی می کند و با شبیه سازی بسیار خوب، حداکثر غلظت فلزات سنگین به مقدار 0.53 تا 0.68 برای ضریب ناش- ساتکلیف در مدل محاسبه مدل می رسد. این مدل در پیش بینی رها سازی آلومینیوم و مس از روسازهای نفوذپذیر ( 91-50% اطلاعات مشاهده شده در بازه تردید 90% ، NSE=0.44-0.74) و سپس برای فروس , سرب ( 77-27% مشاهدات در بازه تردید می باشند و, NSE=0.20-0.69) مناسب می باشد. ارتقای مدل برای استفاده جهت روی ,منیزیم لازم است.

4- نتیجه گیری ها

این تحقیق به بررسی عملکرد حذف طولانی مدت فلزات سنگین در سه روساز نفوذ پذیر مختلف – آسفالت متخلخل PA، هیدرو روسازhydropave (HP) و permapave(PP) پرما روساز در سرعت های مختلف تصفیه است که نشان دهنده 26 سال با شرایط هیدرولوژیکی ( دوره های خشک / مرطوب و میزان جریان ) مختلف هستند. شرایط مختلف خشکی / رطوبت نیز شبیه سازی شده اند و تنوع شرایط نشانگر واقعی بودن موقعیت ها و طراحی می باشند. مدل کیفیت آب که شامل فرایندهای جذب و واجذب هستند مطرح شده اندو با استفاده از اطلاعات تجربی آزمایش شده اند. نتایج اصلی به صورت زیر هستند: • هر سه روساز نفوذپذیر در حذف فلزات سنگین عملکرد خوبی داشته اند : میانگین سرعت حذف مواد انباشته در بیش از 26 سال فعالیت عبارتند از 84±14% برای سرب – 79±13% برای آلومینیوم – 77±13% برای آهن – 68±19% برای آهن – 66±20% برای روی و 35±35% برای منگنز و فلزات دارای حجم ذرات ریز بیشتر ( سرب – آلومینیوم و آهن ) معمولا راخت تر توسط روساز ها در مقایسه با ذرات قابل حل ( مثل مس ، روی و منگنز )می مانند.

Abstract

Porous pavements are commonly used stormwater management systems. However, the understanding of their long-term capacity to retain heavy metals is limited. This study aims to investigate the long-term removal of heavy metals in three different porous pavements – Porous Asphalt (PA), Hydrapave (HP) and Permapave (PP) over accelerated laboratory experiments representing 26 years with varying hydrological conditions (drying/wetting periods and flow rates). A treatment model that simulates adsorption and desorption processes was developed for the first time to predict the long-term heavy metal removal by porous pavements. Unsurprisingly, all tested porous pavements performed better in removing metals that tend to attach to solid particles (e.g. Pb, Al, Fe) than more soluble ones (e.g. Cu, Zn, and Mn). There was a general increase of heavy metal concentrations at the outlet of the pavements over time as a result of a decrease in adsorption capacity of the systems, especially after the occurrence of clogging; the soluble heavy metals removal decreased with a reduction in flow rates which was speculated to be due to more time being available for desorption of metals and breakdown of accumulated sediments. The proposed model simulated the trend, fluctuations and peaks of heavy metal concentrations reasonably well, achieving the Nash-Sutcliffe coefficient (NSE) values of 0.53–0.68 during model calibration. The model was most promising in predicting Al and Cu release from porous pavements (50%–91% of the observed data within the 90% uncertainty bands, NSE = 0.44–0.74), followed by Fe and Pb (27–77% observations within the bands, NSE = 0.20–0.69). Further improvements of the model are needed for it to be applicable for Zn and Mn.

4- Conclusions

This study tested the long-term treatment performance of three porous pavements – Porous Asphalt (PA), Hydrapave (HP) and Permapave (PP) in removing heavy metals, using accelerated laboratory experiments spanning over 1 year simulating 26 years of operations. Intermittent dry/wetting periods were also simulated with varying flow conditions to represent a realistic operational scheme. A water quality model that includes adsorption and desorption processes was proposed and tested using experimental data. The main findings are: • All three porous pavements were good in removing heavy metals, with average cumulative removal rates over 26 years of operations being: 84±14% for Pb, 79±13% for Al, 77±13% for Fe, 68±19% for Fe, 66±20% for Zn, and 35±35% for Mn; metals with higher particulate fractions (Pb, Al and Fe) usually were easier to be retained by the pavements compared to soluble ones (e.g. Cu, Zn and Mn);

تصویری از مقاله ترجمه و تایپ شده در نرم افزار ورد

پیش بینی حذف بلند مدت فلزات سنگین از روسازی های نفوذپذیر برای تصفیه پساب

Predicting long term removal of heavy metals from porous pavements for stormwater treatment

میکرو استخراج فاز جامد بنزن، تولوئن، اتیل بنزن و زایلن ها از محلول های آبی با پلیمر بتا سیکلودکسترین غیر قابل حل در آب به عنوان ماده جذب کننده

Micro-solid phase extraction of benzene, toluene, ethylbenzene and xylenes from aqueous solutions using water-insoluble -cyclodextrin polymer as sorbent

چکیده
1- مقدمه
2- مواد و روش ها
2-1- مواد شیمیایی
2-2- آماده کردن محلول ها
2-3- ابزار مورد استفاده
2-4- آماده سازی های محلول در آب
2-5- آماده سازی دستگاه های u-SPE
2-6- روند u-SPE
3- نتایج و مباحث
3-1- توصیف
3-2- بهینه سازی استخراج
3-3- اعتبار سنجی روش
3-4- تحلیل کردن نمونه های آب زیست محیطی
4- جمع بندی
منابع

چکیده

در این مطالعه، ما پلیمر بتا سیکلودکسترین غیر محلول در آب را از طریق اتصال های بینابینی شیمیایی با استفاده از اپی کلرو هیدرین ( EPI) به عنوان یک عامل اتصال عرضی ایجاد کردیم. سپس از این پلیمر تولید شده ی غیر محلول در آب، به عنوان یک ماده ی جاذب برای ریز استخراج فاز جامد (μ-SPE) بنزن، تولوئن، اتیل بنزن و زایلین ( BTEX) از نمونه های آب استفاده کردیم. دستگاه (μ-SPE) شامل یک کیسه ی چایی درزگیری شده متشکل از 15 میلیگرم از ماده ی جاذب می باشد. برای ارزیابی کردن کارایی استخراج، پارامتر هایی مانند زمان استخراج و دفع سطحی، حلال دفع جذبی و غلظت نمک محلول، مورد بررسی قرار گرفت . در دوره ی روند استخراج در زمان 30 دقیقه از شروع کار، ماده ی مورد تجزیه ، از 10mL نمونه محلول آبی استخراج شد. این ماده ی مورد تجزیه با استفاده از تکنولوژی فراصوت در 200uL استونیتریل به مدت 20 دقیقه تحت عملیات دفع سطحی قرار گرفت. تحلیل این ماده با استفاده از سیستم شناساگر یونیزاسیون شعله کروماتوگرافی گازی ( GC-FID) انجام شد. ضریب غنی سازی (EF) نیز در گستره ی 23.0-45.4 (EFmax = 50.0) قرار داشت. این روش توانست گستره های خطی بین 0.5 و 500.0 ng/mL ( مبتنی بر ماده ی مورد تحلیل) را همراه با ضریب تعیین مناسب ( r2) بین 0.997 و 0.999 تحت شرایط بهینه، ایجاد کند. محدودیت های شناسایی برای BTEX نیز در گستره ی بین 0.15 و 0.60 ng/ml می باشد ، در حالی که مقادیر بازیابی متناظر برای این ماده در گستره ی 46.0-90% قرار داشت. انحراف استاندارد نسبی این روش برای مواد مورد تحلیل در سطح غلظت 100.0ng/mL نیز بین 5.5 تا 11.2% ( n=5) محاسبه شد. در انتها ما به این نتیجه رسیدیم که روش پیشنهاد شده می تواند یک روش موثر و سازگار با محیط زیست برای استخراج باشد که اجرای عملیات آن ساده بوده و از کمترین مقدار حلال های ارگانیک در آن استفاده می شود.

4- جمع بندی

u-SPE با استفاده از β-CDP به عنوان یک ماده ی جاذب در ترکیب با GC-FID به صورت موفق برای تعیین کردن مقادیر ردگیری BTEX در نمونه های واقعی آب زیست محیطی، مورد استفاده قرار گرفت. با استفاده از یک چای کیسه ای با ماهیت آب دوست و قابلیت جذب سریع آب، ما توانستیم مشکلات مرطوب پذیری ضعیف غشای پلی پروپلینی را رفع کنیم. همچنین فیلتر های چای کیسه ای موجب شد که ذرات β-CDP در مقابل تاثیرات مخرب ماتریس، محافظت شوند. ازین رو، روند به دست آمده توانست تمیز سازی و پیش غلیظ سازی نمونه ها را در یک گام انجام دهد. دیگر فواید این روش شامل کاهش میزان مصرف ماده ی جذب کننده و ازین رو کاهش تولید ضایعات می باشد. بنابراین، روش پیشنهاد شده پتانسیل قوی ای برای استخراج و تعیین کردن BTEX دارد. مطالعه های بیشتر در مورد u-SPE با استفاده از β-CDP به عنوان ماده ی جذب کننده برای تعیین کردن آلودگی های دیگر انواع آب ها هم در حال حاضر ، در روند اجرا و ارزیابی قرار دارد.

Abstract

Water-insoluble β-cyclodextrin polymer was synthesized by chemical cross-linking using epichlorohydrin (EPI) as a cross-linker agent. The produced water-insoluble polymer was used as a sorbent for the micro-solid phase extraction (μ-SPE) of benzene, toluene, ethylbenzene and xylenes (BTEX) from water samples. The μ-SPE device consisted of a sealed tea bag envelope containing 15 mg of sorbent. For the evaluation of the extraction efficiency, parameters such as extraction and desorption time, desorption solvent and salt concentration were investigated. At an extraction time of 30 min in the course of the extraction process, analytes were extracted from a 10 mL aqueous sample solution. The analytes were desorbed by ultrasonication in 200 μL of acetonitrile for 20 min. Analysis of the analytes was done by a gas chromatography-flame ionization detector (GC–FID) system. The enrichment factor (EF) was found to be in the range 23.0–45.4 (EFmax = 50.0). The method provided linearity ranges of between 0.5 and 500.0 ng/mL (depending on the analytes), with good coefficients of determination (r2) ranging between 0.997 and 0.999 under optimized conditions. Detection limits for BTEX were in the range of between 0.15 and 0.60 ng/mL, while corresponding recoveries were in the range of 46.0–90.0%. The relative standard deviation of the method for the analytes at 100.0 ng/mL concentration level ranged from 5.5 to 11.2% (n = 5). The proposed method was concluded to be a cost effective and environmentally-friendly extraction technique with ease of operation and minimal usage of organic solvent.

4- Conclusion

-SPE using -CDP as a sorbent combined with GC-FID was successfully applied to determine trace amounts of BTEX in environmental water samples. Using a tea bag with its hydrophilic nature and fast water absorption capability, one could overcome the poor wettability of the polypropylene membrane. Also tea bag filter shielded the -CDP particles from harmful matrix effects. Therefore, the proposed procedure combined sample cleanup and preconcentration into a single step. Other advantages of the proposed -SPE included lower solvent consumption and hence lower waste generation. So, the proposed method has a significant potential for extraction and determination of BTEX. Further studies on -SPE using -CD as a sorbent for the determination of other water contaminants are being explored.

تصویری از مقاله ترجمه و تایپ شده در نرم افزار ورد

میکرو استخراج فاز جامد بنزن، تولوئن، اتیل بنزن و زایلن ها از محلول های آبی با پلیمر بتا سیکلودکسترین غیر قابل حل در آب به عنوان ماده جذب کننده

Micro-solid phase extraction of benzene, toluene, ethylbenzene and xylenes from aqueous solutions using water-insoluble -cyclodextrin polymer as sorbent

استفاده از استخراج نقطه ابر برای جداسازی مقادیر کم یون سرب در نمونه بیولوژیکی و زیست محیطی قبل از تعیین مقدار توسط طیف سنجی جذب اتمی شعله

Applicability of cloud point extraction for the separation trace amount of lead ion in environmental and biological samples prior to determination by flame atomic absorption spectrometry

چکیده

1- مقدمه

2- آزمایش

2-1- ابزار

2-2- حلال ها و واکنش گرها

3-2- روش مربوط به استخراج نقطه ابری

4-2- آماده سازی نمونه

3- نتایج و بحث

3-1- اثر تغلیظ PAN روی کشف یون Pb(II)

3-2- اثر pH

3-3- اثر دما و زمان دوره اینکوباسیون

3-4- اثر تغلیظ Triton X-114

5-3- اثر غلظت NaCl

6-3- اثر یون های خارجی

7-3- محدودیت های کالیبراسیون، دقت و آشکارسازی

8-3- دقت روش

9-3- تحلیل نمونه های واقعی

10-3- مقایسه روش پیشنهادی با دیگر روش های گزارش شده

4- نتیجه گیری

چکیده

یک روش استخراج نقطه ابری (CPE) حساس برای پیش تغلیظ سرب کم مقدار قبل از تعیین آن توسط طیف سنجی جذب اتمی شعله (FAAS) معرفی شد. روش CPE مبتنی بر ترکیب یون Pb(II) با 1-(2-pyridylazo)-2-naphthol (PAN) است و سپس در سورفاکتانت غیریونی Triton X-114 به دام می افتد. عوامل مهم تأثیرگذار بر بازده CPE، نظیر pH محلول نمونه، تغلیظ PAN و Triton X-114، دما و زمان تعادل به تفصیل بررسی شدند. یک عامل پیش تغلیظ 30 برای پیش تغلیظ یون Pb(II) با 15.0 mL محلول به دست آمد. تحت شرایط بهینه، منحنی کالیبراسیون در محدوده 7.5 ng mL-1 –3.5 lg mL-1 سرب با R2 = 0.9998 (n = 10) خطی بود. محدوده آشکارسازی بر اساس سه برابر محدوده خالی (3Sb) برابر با 5.27 ng mL-1 بود. هشت سری تعیین مقدار سرب 1.0 lg mL-1 یک جذب میانگین با یم انحراف معیار استاندارد 1.6% داد. بازده بالای استخراج نقطه ابری برای انجام تعیین مقدار آنالیت ها در ماتریس های ترکیب نشان داده شدند. روش پیشنهادی برای تعیین مقدار سرب در نمونه های آبی و بیولوژیکی با نتایج رضایت بخش به کار برده شد.

4- نتیجه گیری

برخی از مزیت های CPE در مقایسه با سیستم های استخراج مشابه با استفاده از حلال های ارگانیک عبارتند از: راحتی آزمایش، هزینه کم، روش ساده و ایمن برای پیش تغلیظ و جداسازی عناصر کم مقدار در محلول های آبی. Triton X-114 برای CPE به دلیل مشخصه های فیزیکی-شیمیایی عالی؛ دمای نقطه ابری پایین؛ چگالی بالای مرحله غنی از سورفاکتانت که جداسازی فاز را با استفاده از سانتریفیوژ تسهیل می کند، دسترسی تجاری و قیمت و سمیت نسبتا پایین انتخاب شد. نتایج به دست آمده نشان دادند که PAN یک لیگاند اثربخش برای استخراج نقطه ابری سرب است. روش CPE پیشنهادی برای پیش تغلیظ کاتیونهای Pb(II) به عنوان یک مرحله قبل از تعیین مقدار آنها با FAAS مناسب است. دسترسی ساده، تشکیل ترکیبات پایدار، انتخاب گری و حساسیت بهبود یافته به دلیل این حقیقت که ترکیب می تواند به سادگی از محلول های توده های آبی حجیم به حجم های بسیار کوچکتر از فاز غنی از سورفاکتانت به دست آید از مزیت های عمده CPE است. در این روش یک حد پایین از آشکارسازی و دقت خوب ( پایین RSD%) حاصل شد. این روش همچنین با نمونه های واقعی تأیید شد و نتایج راضی کننده ای حاصل شد.

Abstract

A sensitive cloud point extraction procedure(CPE) for the preconcentration of trace lead prior to its determination by flame atomic absorption spectrometry (FAAS) has been developed. The CPE method is based on the complex of Pb(II) ion with 1-(2-pyridylazo)-2-naphthol (PAN), and then entrapped in the non-ionic surfactant Triton X-114. The main factors affecting CPE efficiency, such as pH of sample solution, concentration of PAN and Triton X-114, equilibration temperature and time, were investigated in detail. A preconcentration factor of 30 was obtained for the preconcentration of Pb(II) ion with 15.0 mL solution. Under the optimal conditions, the calibration curve was linear in the range of 7.5 ng mL−1–3.5 μg mL−1 of lead with R2 = 0.9998 (n = 10). Detection limit based on three times the standard deviation of the blank (3Sb) was 5.27 ng mL−1. Eight replicate determinations of 1.0 μg mL−1 lead gave a mean absorbance of 0.275 with a relative standard deviation of 1.6%. The high efficiency of cloud point extraction to carry out the determination of analytes in complex matrices was demonstrated. The proposed method has been applied for determination of trace amounts of lead in biological and water samples with satisfactory results.

4- Conclusions

Some advantages of CPE in comparison with similar extraction systems using organic solvents are: experimental convenience, low cost, easy and safe methodology for preconcentration and separation of trace elements in aqueous solutions. Triton X-114 was chosen for the CPE due to its excellent physicochemical characteristics; low cloud point temperature, high density of the surfactant-rich phase, which facilitates phase separation easily by centrifugation, commercial availability and relatively low price and toxicity. The obtained results showed that PAN is an efficient ligand for cloud point extraction of lead. The proposed CPE method is suitable for preconcentration of Pb(II) cations as a prior step to their determination by FAAS. Simple accessibility, formation of stable complexes, selectivity and enhanced analytical sensitively due to the fact that the complex can be easily extracted from the bulk aqueous solution into much smaller volumes of the surfactant-rich phase are the major advantages of the CPE. In this method, a low limit of detection and good precisions (low RSD%) were obtained. The method was also verified with real samples and satisfactory results were obtained.

تصویری از مقاله ترجمه و تایپ شده در نرم افزار ورد

استفاده از استخراج نقطه ابر برای جداسازی مقادیر کم یون سرب در نمونه بیولوژیکی و زیست محیطی قبل از تعیین مقدار توسط طیف سنجی جذب اتمی شعله

Applicability of cloud point extraction for the separation trace amount of lead ion in environmental and biological samples prior to determination by flame atomic absorption spectrometry

مدل سازی ANFIS برای تشخیص باکتری بر سنسور زیستی GNR

ANFIS modeling for bacteria detection based on GNR biosensor

چکیده

مقدمه

آزمایشات

مدل پیشنهاد شده

مدل ANFIS

پیش بینی سنسورهای زیستی باکتریایی با استفاده از مدل ANFIS

نتایج

پایان

چکیده

پیشینه تحقیق: یکی از آلوتروپ های کربن، گرافن با ساختاری شش گوشه است که به صورت لایه ایی و در دو بعد گسترش می یابد. این ساختار دو بعدی با ایجاد سطح و ارتفاع بزرگتر، حساسیت بیشتری در نانوسنسورهای مبتنی بر گرافن، فراهم می کند. به علاوه به دلیل ویژگی های خاص گرافن مثل خواص الکتریکی، نوری و فیزیکی از آن به عنوان یک کاندید مناسب تر نسبت به دیگر مواد، جهت استفاده در سنسورها یاد می شود.
نتیجه: در این پژوهش، یک مجموعه از مدل های جدید با به کارگیری اثر میدان ترانزیستور (FET)، ساختارهای گرافن مورد استفاده را ایجاد کرده و از مشخصات جریان- ولتاژ (I-V) گرافن استفاده شد تا مکانیزم حساسیت را مدل سازی کند. از یک سیستم استنتاج عصبی-فازی سازگار (ANFIS)نیز استفاده شد تا مدل دیگری برای مشخصات جریان- ولتاژ (I-V) فراهم کند.
نتایج: مشاهده شد که رسانایی گرافن، زمانی که در معرض باکتری با غلظت cfu/ mL 104-0 قرار می گیرد، به شدت افزایش می یابد. بنابراین، نتایج نشان داد که مدل پیشنهاد شده سازگاری قابل قبولی با داده های آزمایشگاهی دارد و این سنسور زیستی می تواند با سطح حساسیت بالاتری، باکتری E. coli را شناسایی کند.

مقدمه

کشف باکتری Escherichia coli در تاریخ بشریت به سال 1885 میلادی باز می گردد و منسوب به باکتری شناس آلمانی TheodorEscheric است. او به رابطه ی بین تغییر شکل های خاص باکتری ها با اسهال و بیماری های گوارشی در نوزادان پی برد که یافته قابل توجهی در زمینه بهداشت عمومی بود. بنابراین به پاس تلاش های او نام این باکتری ها از Bacterium Coli به Escherichia coli تغییر یافت. قابل ذکر است که اغلب باکتری های E.coli باعث ایجاد هیچ گونه بیماری در انسان نمی شوند و حتی بعضا در جهت بهبود سلامت انسان عمل می کنند. اما برخی از این باکتری ها باعث ایجاد عفونت هایی شده که در گوارش اختلال ایجاد نمی کنند اما حجم ادرار را افزایش می دهند. E.coli ها در ساختار چندین سنسور زیستی مثل سنسورهای زیستی نوری، سنسورهای مبتنی بر فوتو دیود، سنسورهای زیستی راهنمای موج یک پارچه ، تکنیک های حساسیت الکتروشیمیایی یا سنسورهای زیستی نانو لوله های کربنی مبتنی بر یک ساختار FET که حد حساسیت خیلی بالایی دارند، مورد استفاده قرار گرفته اند. با این حال اغلب این آزمایشات به برچسب های خاص، برای تشخیص باکتری نیاز داشتند و بنابراین یک روش ساده تر مورد نیاز بود. بسیاری از سنسورهای ساخته شده قابل کنترل نیستند یا میزان حساسیت آن ها به طور قابل توجه ایی کمتر از حد مورد انتظار است. خواص و اسامی نانو مواد استفاده شده در سنسورهای E.coli به عنوان بخشی از نانوبیو تکنولوژی در جدول 1 آمده است.

نتیجه گیری

گرافن،وقتی در تماس با E. coliقرار گیرد، تغییرات قابل اندازه گیری در رسانایی را نشان می دهد. بنابراین پیشنهاد داده شد تا از این رفتار گرافن برای شناسایی این نوع باکتری استفاده شود. مشتق پارامتر کنترل غلظت باکتری(ψ) به یک مدل تحلیلی معرفی شده و مکررا محاسبه شد. سنسور تولید شده نیاز به برچسب ندارد، سریع و به شدت حساس است و باکتری های E. coli حتی در غلظت های کمتر از cfu/mL10 را شناسایی می کند. با مقایسه ی بین نتایج فراهم شده از مدل های تحلیلی و ANFIS می توان تخمین دقیق تری زد . با کمک این مدل ها یک شناخت واقعی از کارآیی سنسور زیستیِ در معرض E. coli بدست می آید که می تواند نیاز به انجام آزمایش های تجربی را حداقل کند.

Abstract

BACKGROUND: Graphene is an allotrope of carbon with two-dimensional (2D) monolayer honeycombs. A larger detection area and higher sensitivity can be provided by a graphene based nanosenor because of its two-dimensional structure. In addition, owing to its special characteristics including electrical, optical and physical properties, graphene is a known more suitable candidate than other materials for use in sensor applications.
RESULT: In this research, a set of novel models employing field effect transistor (FET) structures using graphene has been proposed and the current–voltage (I-V) characteristics of graphene have been employed to model the sensing mechanism. An adaptive neuro fuzzy inference system (ANFIS) algorithm has been used to provide another model for the current–voltage (I-V) characteristic.
CONCLUSION: It has been observed that the graphene device experiences a large increase in conductance when exposed to Escherichia coli bacteria at 0–104 cfu mL−1 concentrations. Accordingly, the proposed model exhibits satisfactory agreement with the experimental data and this biosensor can detect E. coli bacteria providing high levels of sensitivity.

INTRODUCTION

The discovery of Escherichia coli bacteria in human colon goes back to 1885 and is associated with German bacteriologist Theodor Escherich. He found correlations between particular strains of the bacteria and diarrhoea and gastroenteritis in infants which was a significant finding in the public health area; hence the change of the name of the bacteria from Bacterium Coli to Escherichia Coli in his honor.1,2 It must be noted that most E. coli bacteria do not cause any illness in humans, and some act to the benefit of the human body. However, several E. coli bacteria cause infections that are not gastrointestinal disorders, but rather those of the urinary tract.3,4 In E. coli sensing several biosensor structures have been used, such as optical biosensors, photodiode based sensing,5 integrated waveguide biosensors6 electro-chemical sensing techniques7 – 10 or carbon nanotube biosensors based on a FET structure with very high limits of sensing.11 – 14 Nonetheless, most of these experiments need the use of labels for detection; hence, a simpler method is required. Many of these biosensor fabrications are unmanageable or the limit of sensing is remarkably lower than preferred. Properties and definition of nanomaterials utilized as part of nanobiotechnology for E. coli sensing is recorded in Table 1.

CONCLUSION

The graphene component shows measureable changes in conductance when in contact with E. Coli, and this behavior is proposed to be used for the detection of this type of bacteria. A bacteria concentration control parameter (?) is introduced in the derivation of the analytical model and is calculated iteratively. The sensor created is label-free, rapid, extremely sensitive and selective for the detection of bacteria E. Coli, with a very low sensing limit of 10 cfu mL−1. Comparison between the results obtained from the analytical and ANFIS models enables more accurate estimations. With the aid of the proposed models, a realistic understanding of the biosensor performance under exposure to E. coli can be gained minimizing the need for empirical experiments.

تصویری از مقاله ترجمه و تایپ شده در نرم افزار ورد

مدل سازی ANFIS برای تشخیص باکتری بر سنسور زیستی GNR

ANFIS modeling for bacteria detection based on GNR biosensor

استخراج نقطه ابری و تعیین اسپکتروفتومتری کدئین در نمونه های دارویی و زیستی

Cloud Point Extraction and Spectrophotometric Determination of Codeine in Pharmaceutical and Biological Samples

چکیده

مقدمه

آزمایشــــات

لوازم

شناساگرها

روند

آماده سازی قرص های استامینوفن کدئین و نمونه بیولوژیکی

نتایج و بحث

اثر غلظت بافر

اثر دما و زمان تعادل

عملکرد تحلیلی

کاربردهای تحلیلی

نتیجه گیری ها

فرآیند استخراج نقطه ابری با استفاده از سورفاکتانت غیر یونی، تریتون X-114، برای استخراج کدئین از محلول آبی مورد بررسی قرار گرفت. روش مزبور مبتنی بر استخراج کدئین و برموتیمول بلو از محیط های بافر استات برای فاز غنی از سورفاکتانت بوده و یک کمپلکس انتقال بار جفت یونی را تشکیل می دهد. فاز غنی از سورفاکتانت استخراج شده با اتانول رقیق و جذب آن در nm 430 اندازه گیری شد. اثر متغیرهای مختلفی همچون: pH، غلظت تریتون X-114، دمای نقطه ابری و زمان تایید شد. نمودار کالیبراسیون در طیف گسترده ای از ngml-1 700-100 کدئین با 0.998 = r (7 = n) خطی بود. حد تشخیص بر مبنای سه برابر انحراف معیار فضای تهی (s3) معادل ngml-1 4.6 و انحراف معیار نسبی (RSD) معادل 2.15٪ به ازای ngml-1 500 کدئین (5 = n) بود. روش پیشنهادی برای تعیین میزان کدئین در قرص های کدئین استامینوفن و نمونه های خون به کار گرفته شد.

نتیجه گیری ها

در مقاله حاضر ما روند نوین و حساس استخراج نقطه ابری را به عنوان یک روش سریع، ایمن و ارزان برای استخراج، پیش تغلیظ و تعیین اسپکتروفتومتری کدئین معرفی نمودیم. اعتبارسنجی روش به نتایج خوبی منتهی می گردد که شامل خطی بودن، تکرارپذیری / تکثیرپذیری، حساسیت، بهبود و صحت است. برای تشکیل فاز غنی از سورفاکتانت، تریتون X-114 به واسطه دمای پایین نقطه ابری خود که تقریباً نزدیک دمای اتاق می باشد، انتخاب گردید. روش پیشنهادی را می توان برای تعیین میزان کدئین در قرص استامینوفن کدئین و سرم خون انسان به کار برد.

Cloud point extraction process using non-ionic surfactant, Triton X-114, to extract codeine from aqueous solution was investigated. The method was based on the extraction of codeine and bromothymol blue from acetate buffer media to surfactantrich phase and formed a charge transfer-ion pair complex. The extracted surfactant-rich phase was diluted with ethanol and its absorbance was measured at 430 nm. The effect of different variables such as pH, Triton X-114 concentration, cloud point temperature and time was established. The calibration graph was linear in a wide range of 100-700 ng ml-1 of codeine with r = 0.998 (n = 7). The detection limit based on three times standard deviation of the blank (3s) was 4.6 ng ml-1 and relative standard deviation (R.S.D) is 2.15% for 500 ng ml-1 codeine (n = 5). The proposed method was applied to the determination of codeine in acetaminophen codeine tablets and blood samples.

CONCLUSIONS

In this paper, we introduced a novel and sensitive cloud point extraction procedure as a rapid, safe and inexpensive method for the extraction, preconcentration, and determination of codeine spectrophotometrically. The method validation yielded good results and included linearity, repeatability/ reproducibility, sensitivity, recovery and accuracy. Triton X114 was chosen for the formation of surfactant rich phase due to its low cloud point temperature, almost at room temperature. The proposed method can be applied to the determination of codeine in acetaminophen codeine tablet and human blood serum.

تصویری از مقاله ترجمه و تایپ شده در نرم افزار ورد

استخراج نقطه ابری و تعیین اسپکتروفتومتری کدئین در نمونه های دارویی و زیستی

Cloud Point Extraction and Spectrophotometric Determination of Codeine in Pharmaceutical and Biological Samples