Chulalongkorn University Theses and Dissertations (Chula ETD)
Other Title (Parallel Title in Other Language of ETD)
คอมโพสิตอนุภาคนาโนเงินสำหรับการตรวจจับไฮโดรเจนซัลไฟด์
Year (A.D.)
2019
Document Type
Thesis
First Advisor
Stephan Thierry Dubas
Faculty/College
The Petroleum and Petrochemical College (วิทยาลัยปิโตรเลียมและปิโตรเคมี)
Degree Name
Master of Science
Degree Level
Master's Degree
Degree Discipline
Polymer Science
DOI
10.58837/CHULA.THE.2019.445
Abstract
Optical and electrochemical sensor for H2S sensing were developed using silver nanoparticles (AgNPs) immobilized onto polyelectrolyte membranes (PEMs) as substrate. Two approach for the deposition of the silver nanoparticles namely in-situ and ex-situ were compared for their sensing efficiency. The Poly(diallyldimethylchloride) (PDADMAC) and Poly(sodium styrenesulfonate) (PSS) were used to build PEMs via layer-by-layer assembly mechanism as polycation and polyanion respectively. In situ synthesis of silver nanoparticles was achieved by dipping the PEM coated substrate in silver nitrate (AgNO₃) solution followed by sodium borohydride (NaBH₄) as reducing agent. For ex situ technique, a monolayer of pre-synthesized silver nanoparticles was deposited as single top layer on the PEMs. The silver nanoparticles were synthesized by capping with a copolymer of styrene sulfonate and maleic acid at various concentrations. The successful synthesis of silver nanoparticles was confirmed using UV-Vis spectroscopy by monitoring the plasmon band peak at 400 nm which is characteristic of AgNPs. Screen printed electrodes were used for electrochemical sensing and were modified with the PEM following 2 different approach that were single electrode coating and double electrodes coating. The equivalent circuit was used to study the Nyquist plot of impedance results. Both types of composite membranes were exposed to hydrogen sulfide (H₂S) as analyte and compared by UV-Vis spectroscopy for optical sensing and LCR meter for impedance sensing. Ex situ synthesis technique had significant result for optical sensing, but in situ synthesis technique had better sensitivity for impedance sensing.
Other Abstract (Other language abstract of ETD)
เซนเซอร์ชนิดใช้แสง (optical sensor) และอิมพีแดนซ์ (impedance) สำหรับงานเซนเซอร์สารปรอทนั้นถูกพัฒนาขึ้นโดยการใช้เมมเบรนพอลิอิเล็กโทรไลต์ (polyelectrolyte membranes, PEMs) เป็นซับสเตรทสำหรับเคลือบอนุภาคเงินนาโน (silver nanoparticles, AgNPs) ในงานวิจัยนี้ มีวัตถุประสงค์เพื่อทำการศึกษาเปรียบเทียบกันระหว่างเทคนิคอิน-ซิทู (in situ) และเอ็ก-ซิทู (ex situ) เพื่อหาว่าเทคนิดใดดีที่สุดสำหรับการเตรียมเซนเซอร์เพื่อตรวจสอบสารปรอท พอลิไดอัลลิลไดเมทิล แอมโมเนียมคลอไรด์ (poly(diallydimethylammonium chloride), PDADMAC): พอลิแคตไอออน และพอลิโซเดียมสไตรีนซัลโฟเนต (poly(sodium styrenesulfonate), PSS): พอลิแอนไอออน จะใช้สำหรับการเตรียมเมมเบรนพอลิอิเล็กโทรไลต์ โดยเทคนิคเลเยอร์บายเลเยอร์ (layer-by-layer assembly) การสังเคราะห์อนุภาคเงินนาโนแบบอิน-ซิทู (in situ synthesis) ทำได้โดย จุ่มซับสเตรทลงในสารละลายซิลเวอร์ไนเตรต (silver nitrate, AgNO₃) จากนั้นจึงจุ่มลงในสารละลายโซเดียมโบโรไฮไดรด์ (sodium borohydride, NaBH₄) ซึ่งจะทำหน้าที่เป็นตัวรีดิวซ์ (reducing agent) สำหรับการสังเคราะห์อนุภาคเงินนาโนโดยเทคนิคเอ็ก-ซิทู (ex situ synthesis) จะทำได้โดย เตรียมสารละลายอนุภาคเงินนาโนก่อน ซึ่งอนุภาคนาโนเงินในสารละลายนี้จะถูกคลุมไว้ด้วยโคพอลิเมอร์ระหว่างสไตรีนซัลโฟเนต (styrene sulfonate) และมาลิอิค แอซิด (maleic acid) ที่ความเข้มข้นแตกต่างกัน จากนั้นจึงจะทำการจุ่มซัลสเตรทลงไปในสารละลายดังกล่าว ยูวี-วิสิเบิลสเปกโตรโฟโตมิเตอร์ (UV-VIS spectrophotometer) ถูกใช้เพื่อทดสอบสารละลายอนุภาคเงินนาโนที่เตรียมได้ ซึ่งอนุภาคเงินนาโนนั้นจะมีเซอร์เฟซ พลาสมอน เรโซแนนซ์ (surface plasmon resonance) อยู่ที่ความยาวคลื่นประมาณ 400 นาโนเมตร ซึ่งเป็นคุณสมบัติเฉพาะตัวของอนุภาคเงินนาโน ในงานวิจัยนี้ ทั้งสองเทคนิคจะถูกนำมาใช้เพื่อดัดแปร และเคลือบผิวของอิล็กโทรด: อิเล็กโทรดเดี่ยว (single electrode) และอิเล็กโทรดคู่ (double electrodes) วงจรไฟฟ้า (equivalent circuit) จะถูกนำมาใช้เพื่ออธิบายแผนภาพไนควิสต์ (Nyquist plot) ซึ่งได้จากผลการทดสอบอิมพีแดนซ์ สำหรับการวิเคราะห์ความไว (sensitivity test) แก๊สไฮโดตรเจนซัลไฟด์ (hydrogen sulfide, H₂S) จะถูกนำมาใช้แทนสารปรอท เพื่อให้ง่ายต่อการเตรียมและใช้งาน ตัวอย่างที่เตรียมได้โดยทั้งสองเทคนิค จะถูกทำให้สัมผัสกับแก๊สไฮโดรเจนซัลไฟด์เพื่อทดสอบ การทดสอบเซนเซอร์ชนิดใช้แสง จะทดสอบโดยใช้ยูวี-วิสิเบิลสเปกโตรโฟโตมิเตอร์ และอิมพีแดนซ์จะทดสอบโดยเครื่องแอลซีอาร์ (LCR meter) ผลการทดสอบแสดงให้เห็นว่า การสังเคราะห์แบบเทคนิคเอ็ก-ซิทู ให้ผลการทดสอบเซนเซอร์ชนิดใช้แสงดีกว่าอีกเทคนิคอย่างมีนัยยะสำคัญ อย่างไรก็ตามการวิเคราะห์ความไวโดยอิมพีแดนซ์ เทคนิคการสังเคราะห์โดนอิน-ซิทูกับให้ผลการทดสอบที่ดีกว่า
Creative Commons License
This work is licensed under a Creative Commons Attribution-NonCommercial-No Derivative Works 4.0 International License.
Recommended Citation
Arif, Muhammad Bagus, "Silver Nano Polymer Composite Membrane for hydrogen sulfide sensing" (2019). Chulalongkorn University Theses and Dissertations (Chula ETD). 8821.
https://digital.car.chula.ac.th/chulaetd/8821