امكان‌سنجي شناسايي برخي عناصر فلزي در دانه‌هاي برنج خوراكي با استفاده از طيف‌سنجي جرمي زمان پرواز- واجذب يونش ليزري و مطالعۀ نظري انرژي يونش سديم در برهمكنش با گلوكز به عنوان واحد ساختاري برنج

اصفهان : دانشگاه صنعتي اصفهان

شيمي

كارشناسي ارشد

برنج از مهم‌ترين مواد غذايي در جهان است. دانه‌هاي برنج سرشار از عناصر معدني هستند كه مي‌توانند براي بدن انسان مفيد يا مضر باشند؛ بنابراين دستيابي به روشي ساده و كارآمد براي شناسايي و اندازه‌گيري اين عناصر داراي اهميت است. دراين پژوهش براي اولين‌بار براي شناسايي عناصر فلزي موجود دردانه‌هاي برنج يكي از مزرعه‌هاي دشت لنجان اصفهان، از روش طيف‌سنجي جرمي زمان پرواز - واجذب يونش ليزري (LDI-TOF-MS) استفاده شده است. همچنين تأثير نوع آماده‌سازي نمونه بر الگوي طيف جرمي، مورد بررسي قرار گرفت و نمونۀ برنج به سه صورت محلول در آب، به صورت قرص جامد و هضم شده در اسيد براي انجام طيف سنجي آماده شد. در طيف جرمي ثبت‌شده از قرص برنج، پيك عناصرNa،Mg،Al،K،Ca،Mn،Cr،Fe،CuوZn مشاهده شد. در اين روش آماده‌سازي، تابش ليزر دقيقاً روي قرص برنج متمركز است و نسبت به دو روش ديگر، روش مناسب‌تري براي شناسايي عناصر فلزي برنج خوراكي است. براي بررسي صحت شناسايي انجام شده، طيف جرمي برنج خوراكي به صورت تجربي شبيه‌سازي شد. براي اين منظور، از نشاستۀ خالص به عنوان مادۀ اصلي استفاده شد و با اضافه‌كردن نمك‌هاي ZnSO4 و CuSO4به اين ماده و ثبت طيف جرمي، مشخص شد كه پيك عناصر Znو Cuبه درستي شناسايي شده است. همچنين با‌استفاده از نرم‌افزار ايگور و جرم اتمي هر عنصر، طيف جرمي برنج خوراكي به صورت نظري شبيه‌سازي شد و با مقايسۀ طيف شبيه‌سازي‌شده و طيف ثبت‌شده از قرص برنج با روش LDI-TOF-MS، درستي شناسايي‌هاي انجام‌‌شده تأييد شد. نشاستۀ موجود در دانه‌هاي برنج از واحد ساختاري گلوكز تشكيل شده است. در بخش دوم پژوهش براي بررسي نظري تغيير انرژي يونش سديم، زماني كه در برهمكنش با مولكول گلوكز است، از نظريۀ تابعي چگالي (DFT) استفاده شد. NaوNa+ در برهمكنش با جفت الكترون‌هاي آزاد هر اتم اكسيژن گلوكز قرار گرفت و چندين پيكربندي اوليه انتخاب شد. هر پيكربندي با استفاده از مجموعه پايۀ 6-311++G(d,p) وتابعي M06-2X بهينه شد و از اختلاف انرژي ساختار كاتيوني و خنثي، انرژي يونش سديم در برهمكنش با مولكول گلوكز به‌دست آمد. نتايج نشان داد كه انرژي يونش سديم زماني كه در برهمكنش با گلوكز است،eV1-3 كمتر از انرژي يونش اتم سديم تنها در فازگازي (eV 1510/5) است. طبق نتايج محاسبات QTAIMوNBO مشخص‌شد كه علت كاهش انرژي يونش، انتقال بار از اتم‌هاي اكسيژن گلوكز به يون Na+ و پايدار‌تر‌شدن اين يون است. براي بررسي بيشتر، سطح Al2O3 كه در بخش اول به‌عنوان صفحۀ دافع استفاده شده بود، با نرم‌افزار Materials Studio با شاخص ميلر (001) به دو صورت طراحي شد. سپس پايدارترين كمپلكس [glucose-Na] و[glucose-Na+] در شش جهت مختلف روي اين سطوح قرار گرفت. محاسبات بهينه‌سازي براي اين ساختار‌ها در حالت كاتيوني و خنثي با مجموعه پايۀ DNP+ و تابعيPW91 انجام گرفت و انرژي يونش سديم در اين ساختارها به‌دست آمد. نتايج نشان داد كه تغيير ساختاري مولكول گلوكز در اثر برهمكنش با سطح، روي پايداري اين كمپلكس‌ها و در‌نتيجه انرژي يونش سديم تاثير مي‌گذارد. همچنين با انجام محاسبات QTAIMمسير‌ها و ميزان برهمكنش Naو Na+با اتم‌هاي گلوكز و سطح Al2O3، بررسي گرديد.

227420

شيمي فيزيك

شيمي

دانشگاه صنعتي اصفهان