| บทคัดย่อ |
งานวิจัยนี้มีวัตถุประสงค์เพื่อเตรียมแกรฟีนออกไซด์จากปุยไหมเหลือทิ้งจากกระบวนการผลิตเส้นไหม และศึกษาความเป็นไปได้ในการนำวัสดุที่เตรียมได้ไปประยุกต์ใช้เป็นวัสดุดัดแปรขั้วไฟฟ้าสำหรับเซนเซอร์ไฟฟ้าเคมี โดยดำเนินการวิจัยเป็น 2 ขั้นตอนหลัก ได้แก่ การเตรียมและตรวจสอบสมบัติของแกรไฟต์และแกรฟีนออกไซด์/รีดิวซ์แกรฟีนออกไซด์จากปุยไหม และการประยุกต์ใช้วัสดุที่เตรียมได้ในการพัฒนาขั้วไฟฟ้าสำหรับตรวจวัดสารเควอซิตินด้วยเทคนิคไฟฟ้าเคมี ผลการศึกษาพบว่า ปุยไหมเหลือทิ้งสามารถนำมาแปรรูปเป็นผงไหมไฟโบรอินชนิดไม่ละลายน้ำ และนำไปเตรียมเป็นวัสดุคาร์บอน ได้แก่ แกรไฟต์และแกรฟีนออกไซด์/รีดิวซ์แกรฟีนออกไซด์ได้ ผลการตรวจสอบด้วยเทคนิค SEM แสดงให้เห็นว่าวัสดุที่เตรียมได้มีการเปลี่ยนแปลงลักษณะพื้นผิวจากโครงสร้างเส้นใยไปเป็นวัสดุคาร์บอนที่มีลักษณะเป็นแผ่นและมีการซ้อนทับของชั้นวัสดุ ผล SEM-EDS พบว่าแกรไฟต์ที่เตรียมได้มีคาร์บอนและออกซิเจนเป็นองค์ประกอบหลัก โดยมีปริมาณอะตอมคาร์บอนร้อยละ 92.72 และออกซิเจนร้อยละ 6.90 ส่วนรีดิวซ์แกรฟีนออกไซด์มีปริมาณอะตอมคาร์บอนร้อยละ 96.63 และออกซิเจนร้อยละ 2.11 ผล FTIR พบหมู่ฟังก์ชันสำคัญ ได้แก่ O-H, C=O, C-O, C=C และ C-C ซึ่งสัมพันธ์กับโครงสร้างของวัสดุคาร์บอนและวัสดุแกรฟีนออกไซด์ ขณะที่ผล XRD พบพีคที่สัมพันธ์กับโครงสร้างของแกรไฟต์และแกรฟีน แสดงให้เห็นว่ากระบวนการเตรียมสามารถเปลี่ยนชีวมวลจากปุยไหมให้เป็นวัสดุคาร์บอนที่มีสมบัติเหมาะสมต่อการนำไปใช้ด้านไฟฟ้าเคมี การศึกษาสมบัติทางไฟฟ้าเคมีของวัสดุพบว่า แกรฟีนที่เตรียมได้มีค่า capacitance สูงกว่าแกรไฟต์ในเกือบทุกช่วงความถี่ แสดงถึงความสามารถในการสะสมประจุที่ดีกว่า และมีพฤติกรรมเชิง capacitive เด่นชัดกว่าแกรไฟต์ เมื่อนำวัสดุที่เตรียมได้ไปพัฒนาขั้วไฟฟ้าโดยใช้ขั้วไส้ดินสอกราไฟต์เป็นขั้วพื้นฐาน ได้ขั้วไฟฟ้า 3 ชนิด ได้แก่ PGE, Chitosan/PGE และ GO-Chitosan/PGE ผลการทดสอบด้วย cyclic voltammetry และ electrochemical impedance spectroscopy ในสารละลาย 5.0 mM [Fe(CN)6]3-/4- ที่มี 0.1 M KCl พบว่าขั้ว GO-Chitosan/PGE ให้ค่ากระแสตอบสนองสูงกว่าและมีความต้านทานการถ่ายโอนอิเล็กตรอนต่ำกว่าขั้วชนิดอื่น แสดงว่าแกรฟีนออกไซด์มีบทบาทในการเพิ่มพื้นที่ผิวเชิงไฟฟ้าเคมี เพิ่มตำแหน่ง active site และส่งเสริมการถ่ายโอนอิเล็กตรอนของขั้วไฟฟ้า เมื่อนำขั้วไฟฟ้าไปตรวจวัดสารเควอซิตินด้วยเทคนิค differential pulse voltammetry พบว่าขั้ว GO-Chitosan/PGE ให้ประสิทธิภาพดีที่สุด โดยมีค่า Ipa corrected เท่ากับ 0.445 mA และค่า S/B ratio เท่ากับ 2.41 สูงกว่าขั้ว PGE และ Chitosan/PGE การวิเคราะห์เชิงปริมาณของเควอซิตินในช่วงความเข้มข้น 0–50 μM ให้สมการเส้นตรง (y = 2.4144x + 378.31) มีค่า (R2 = 0.9845) และมีค่าความไวเท่ากับ 2.4144 μA/μM ค่า LOD และ LOQ เท่ากับ 8.727 และ 29.091 μM ตามลำดับ นอกจากนี้ ขั้ว GO-Chitosan/PGE มีค่า repeatability ดีมาก โดยมี %RSD เท่ากับ 1.51 มีค่า reproducibility อยู่ในระดับยอมรับได้ โดยมี %RSD เท่ากับ 7.04 และมีความเสถียรหลังเก็บรักษา 7 วัน โดยยังคงให้สัญญาณได้ร้อยละ 81.30 ของสัญญาณเริ่มต้น โดยสรุปงานวิจัยนี้แสดงให้เห็นว่า ปุยไหมเหลือทิ้งสามารถนำมาใช้เป็นวัตถุดิบตั้งต้นในการเตรียมวัสดุแกรฟีนออกไซด์/รีดิวซ์แกรฟีนออกไซด์ได้ และวัสดุที่เตรียมได้มีศักยภาพในการนำไปใช้เป็นวัสดุดัดแปรขั้วไฟฟ้าสำหรับเซนเซอร์ไฟฟ้าเคมี โดยเฉพาะขั้ว GO-Chitosan/PGE ที่สามารถตรวจวัดเควอซิตินได้ในระดับไมโครโมลาร์ และมีสมรรถนะด้านการวัดซ้ำ การเตรียมซ้ำ และความเสถียรในระดับที่เหมาะสมต่อการพัฒนาเป็นต้นแบบเซนเซอร์ไฟฟ้าเคมีต่อไป
This research aimed to prepare graphene oxide from waste silk floss generated from silk production and to investigate its potential application as an electrode-modifying material for electrochemical sensors. The study was conducted in two main stages: preparation and characterization of graphite and graphene oxide/reduced graphene oxide derived from waste silk floss, and application of the prepared material for the development of an electrochemical sensor for quercetin detection. The results showed that waste silk floss could be converted into insoluble silk fibroin powder and subsequently transformed into carbon-based materials, including graphite and graphene oxide/reduced graphene oxide. SEM analysis revealed morphological changes from fibrous structures to carbonaceous sheet-like materials with layered structures. SEM-EDS results indicated that the prepared graphite mainly consisted of carbon and oxygen, with atomic percentages of 92.72% carbon and 6.90% oxygen, while the reduced graphene oxide contained 96.63% carbon and 2.11% oxygen. FTIR spectra confirmed the presence of important functional groups, including O-H, C=O, C-O, C=C, and C-C, which are associated with carbon-based and graphene oxide structures. XRD analysis also revealed diffraction peaks corresponding to graphite and graphene-related structures, confirming that the preparation process successfully converted waste silk floss biomass into carbon materials suitable for electrochemical applications. Electrochemical characterization showed that the prepared graphene exhibited higher capacitance than graphite over almost the entire frequency range, indicating better charge storage capability and more pronounced capacitive behavior. The prepared graphene oxide was then applied to modify pencil graphite electrodes, resulting in three types of working electrodes: PGE, Chitosan/PGE, and GO-Chitosan/PGE. Cyclic voltammetry and electrochemical impedance spectroscopy performed in 5.0 mM [Fe(CN)6]3-/4- containing 0.1 M KCl demonstrated that the GO-Chitosan/PGE exhibited higher current response and lower charge-transfer resistance than the other electrodes. These results indicate that graphene oxide improved the electrochemical performance of the electrode by increasing the electroactive surface area, providing additional active sites, and enhancing electron transfer at the electrode surface. The electrodes were further evaluated for quercetin detection using differential pulse voltammetry. Among the tested electrodes, GO-Chitosan/PGE showed the best analytical response, with an Ipa corrected value of 0.445 mA and an S/B ratio of 2.41, which were higher than those of PGE and Chitosan/PGE. Quantitative analysis of quercetin over the concentration range of 0–50 μM provided a calibration equation of (y = 2.4144x + 378.31), with an (R2) value of 0.9845 and a sensitivity of 2.4144 μA/μM. The limit of detection and limit of quantification were 8.727 μM and 29.091 μM, respectively. In addition, the GO-Chitosan/PGE exhibited good repeatability, with a %RSD of 1.51, acceptable reproducibility, with a %RSD of 7.04, and acceptable stability after 7 days of storage, retaining 81.30% of its initial signal. In conclusion, this study demonstrates that waste silk floss can be used as a starting material for the preparation of graphene oxide/reduced graphene oxide. The prepared material showed potential as an electrode-modifying material for electrochemical sensor applications. In particular, the GO-Chitosan/PGE exhibited promising performance for quercetin detection at the micromolar level, together with acceptable repeatability, reproducibility, and stability. These findings support the feasibility of valorizing silk waste into functional carbon-based materials for further development of electrochemical sensor platforms.
|
|---|
| คำสำคัญ |
ปุยไหม,แกรฟีนออกไซด์,เซนเซอร์ไฟฟ้าเคมี,เควอซิติน,silk floss,graphene oxide,electrochemical sensor,quercetin
|
|---|
