Взрывчатку и яды научились обнаруживать новым способом
Ученые Уральского федерального университета (УрФУ) разработали новые флуоресцентные материалы на основе производного пирена. Они могут быть использованы как высокочувствительные сенсоры, способные обнаруживать нитросодержащие токсичные и взрывчатые вещества в растворах и газах. Уральские химики работали в сотрудничестве с коллегами из Института органического синтеза УрО РАН и Университета Алеппо (Сирия). Статья о новом материале опубликована в журнале Chemosensors.
Специалисты придумали устройство, которое прокачивает воздух и фиксирует изменения яркости материалов в режиме реального времени. Когда в потоке воздуха появляются пары нитроароматических веществ, свечение становится менее интенсивным. Степень свечения зависит от концентрации паров и длительности их воздействия. Сенсоры помещают в небольшой прибор, который имеет компактную видеокамеру для измерения уровня флуоресцирования.
— инженер кафедры экспериментальной физики ФТИ УрФУ Роман Чувашов.
Сенсорные свойства материала ученые оценили с помощью математической модели. Модель позволила связать снижение интенсивности флуоресценции с концентрацией исследуемого вещества и длительностью действия паров и провести расчет минимальных обнаруживаемых материалом концентраций.
— Роман Чувашов.
Разработка новых сенсорных материалов для выявления следов взрывчатых веществ и их прекурсоров является задачей национальной безопасности во всем мире. Нитроароматические соединения широко применяются для производства взрывчатых составов, а на человека частицы и пары нитроароматики оказывают токсичное и канцерогенное воздействие.
Для обнаружения и количественного определения этих веществ разработано множество методов, предполагающих применение дорогостоящего и громоздкого оборудования, не адаптированного для экспресс-анализа. Флуоресцентный метод определения, который разработали ученые, отличается простотой технического исполнения, дешевизной, высокой чувствительностью к определяемым аналитам и позволяет дистанционно обнаруживать вещества по испаряющимся с их поверхности молекулам.
Сенсорные материалы на основе флуоресценции в недавнем прошлом нашли свое применение в определении различных химических соединений. Эти материалы светятся в различных цветах в зависимости от того, какие вещества они обнаруживают. Флуоресцентные материалы использовались для выявления различных газов, таких как аммиак, углекислый газ и пары тяжелых металлов.
— старший преподаватель кафедры органической химии УрФУ Михаил Кузнецов.
Новый синтезированный материал может быть использован для обнаружения различных видов взрывчатых веществ и токсичных соединений, таких как нитробензол, толуол и другие нитрогетероциклические соединения. Метод флуоресценции, используемый в материале, является одним из самых чувствительных в мире.
В исследовании использовалась разбавленная пара нитро-аналитов в концентрациях вплоть до 0,1% от насыщенных концентраций, что максимально приближает условия экспериментов к реальным, так как запахи на практике разбавляются в воздухе. Также для получения сенсорного материала использовалась воздухопроницаемая подложка из меламин-формальдегидной пены. Данные материалы имеют свойства, позволяющие рассматривать сенсорные качества в твердом виде и то, как они изменяются в составе композитов.
Исследования были выполнены при финансовой поддержке РФФИ и Минобрнауки России. Уральский федеральный университет — один из ведущих вузов России, расположен в Екатеринбурге. Участник проекта по созданию кампусов мирового уровня — части национального проекта «Наука и университеты», реализуемого Минобрнауки России. Университет — участник государственной программы поддержки российских вузов «Приоритет-2030», выступает инициатором создания и выполняет функции проектного офиса Уральского межрегионального научно-образовательного центра мирового уровня «Передовые производственные технологии и материалы».
Специалисты придумали устройство, которое прокачивает воздух и фиксирует изменения яркости материалов в режиме реального времени. Когда в потоке воздуха появляются пары нитроароматических веществ, свечение становится менее интенсивным. Степень свечения зависит от концентрации паров и длительности их воздействия. Сенсоры помещают в небольшой прибор, который имеет компактную видеокамеру для измерения уровня флуоресцирования.
Мы использовали разбавленные пары различных нитро-аналитов в концентрациях вплоть до 0,1% от насыщенных концентраций, чтобы максимально приблизить условия экспериментов к реальным. Ведь на практике запахи разбавляются в воздухе, и чаще всего возможно обнаружить только их следы
— инженер кафедры экспериментальной физики ФТИ УрФУ Роман Чувашов.
Сенсорные свойства материала ученые оценили с помощью математической модели. Модель позволила связать снижение интенсивности флуоресценции с концентрацией исследуемого вещества и длительностью действия паров и провести расчет минимальных обнаруживаемых материалом концентраций.
Опробованная технология получения сенсорного материала на воздухопроницаемой подложке из меламин-формальдегидной пены, оригинальное оборудование, описательная модель флуоресцентного сигнала позволяют рассматривать сенсорные качества флуоресцентных проб в твердом виде и то, как они изменяются в составе композитов. К наилучшим результатам флуоресцентный метод приводит при использовании комбинаций сенсорных материалов с разнообразными реакциями на тушители — пары веществ
— Роман Чувашов.
Разработка новых сенсорных материалов для выявления следов взрывчатых веществ и их прекурсоров является задачей национальной безопасности во всем мире. Нитроароматические соединения широко применяются для производства взрывчатых составов, а на человека частицы и пары нитроароматики оказывают токсичное и канцерогенное воздействие.
Для обнаружения и количественного определения этих веществ разработано множество методов, предполагающих применение дорогостоящего и громоздкого оборудования, не адаптированного для экспресс-анализа. Флуоресцентный метод определения, который разработали ученые, отличается простотой технического исполнения, дешевизной, высокой чувствительностью к определяемым аналитам и позволяет дистанционно обнаруживать вещества по испаряющимся с их поверхности молекулам.
Сенсорные материалы на основе флуоресценции в недавнем прошлом нашли свое применение в определении различных химических соединений. Эти материалы светятся в различных цветах в зависимости от того, какие вещества они обнаруживают. Флуоресцентные материалы использовались для выявления различных газов, таких как аммиак, углекислый газ и пары тяжелых металлов.
Флуоресцентные сенсоры широко используются в различных областях. Основным достоинством таких материалов является их возможность регистрации минимальных концентраций веществ при низкой концентрации на фоне других. Также они могут быть использованы для обнаружения токсинов и в промышленности, и в медицине
— старший преподаватель кафедры органической химии УрФУ Михаил Кузнецов.
Новый синтезированный материал может быть использован для обнаружения различных видов взрывчатых веществ и токсичных соединений, таких как нитробензол, толуол и другие нитрогетероциклические соединения. Метод флуоресценции, используемый в материале, является одним из самых чувствительных в мире.
В исследовании использовалась разбавленная пара нитро-аналитов в концентрациях вплоть до 0,1% от насыщенных концентраций, что максимально приближает условия экспериментов к реальным, так как запахи на практике разбавляются в воздухе. Также для получения сенсорного материала использовалась воздухопроницаемая подложка из меламин-формальдегидной пены. Данные материалы имеют свойства, позволяющие рассматривать сенсорные качества в твердом виде и то, как они изменяются в составе композитов.
Исследования были выполнены при финансовой поддержке РФФИ и Минобрнауки России. Уральский федеральный университет — один из ведущих вузов России, расположен в Екатеринбурге. Участник проекта по созданию кампусов мирового уровня — части национального проекта «Наука и университеты», реализуемого Минобрнауки России. Университет — участник государственной программы поддержки российских вузов «Приоритет-2030», выступает инициатором создания и выполняет функции проектного офиса Уральского межрегионального научно-образовательного центра мирового уровня «Передовые производственные технологии и материалы».
- Евгения Бусина
- Роман Чувашов, УрФУ
Наши новостные каналы
Подписывайтесь и будьте в курсе свежих новостей и важнейших событиях дня.
Рекомендуем для вас
Радиационная «бомба замедленного действия» обнаружена в Чернобыле: и они до сих пор готова «взрываться»
Новые опыты покажут, каким будет зона отчуждения для следующих поколений...
Почти детективная история: в Ленобласти обнаружен самый большой клад серебра за всю историю
Среди находок две уникальные монеты, которых всего четыре в мире, включая, а также языческие вороны Одина… среди православных крестов...
Главный поджигатель в истории Австралии: почему ученые обвиняют капитана Джеймса Кука в постоянных мегапожарах на Зеленом континенте?
Воскрешение традиции, которую сломали британские колонизаторы, поможет «потушить» Пылающую Австралию...
Тайна Мертвого моря: что «кипятит» водоем изнутри, рассказали ученые
Оказалось, что в кристалликах соли скрыта история прошедших эпох...
Секрет марсианского «невозможного» облака-призрака наконец-то разгадан
Как оказалось, на Красной планете работает физика, которая на Земле считалась чистой теорией...
Крестик XII века показал, настолько ученые ошибались в истории древнего Смоленска
Скромный артефакт из редкого материала оказался для археологов дороже серебряного клада...
Шуховскую башню в Москве начали разбирать: почему правнук великого русского инженера против такой «реконструкции»?
Где главный промах московских властей и чем восстановление отличается реконструкции?...
Пустая еда: почему за 60 лет наши продукты потеряли половину полезных веществ и микроэлементов
По словам исследователей, мир находится в состоянии скрытого голода: калорий, вроде бы, хватает, а витаминов и минералов нет...
«Мясной фарш» для Гитлера: как виртуозная операция в 1943 году решила ход битвы за Италию
Дерзко, остроумно и с огромной долей везения: британский план висел на волоске, но Лондону помогли… сами немцы...
Таинственные траншеи в Австралии помогут открыть скрытые пещеры на Марсе
Равнина, которая 14 миллионов лет без воды, подсказала ученым, как расшифровывать фотографии с Красной планеты...
Монетный детектив: российский ученый 10 лет охотился за распроданными сокровищами и раскрыл тайну древнего царства на Боспоре
Пожалуй, это одна из самых интересных исторических загадок, раскрытых в последнее время...
После чудовищного Эль-Ниньо наш мир, возможно, уже не будет прежним
Первой жертвой будет Амазония, но это, как говорят ученые, только начало...