Ученые показали, что наноразмерные алмазы можно использовать для того, чтобы обнаруживать в воде ядовитые и высокотоксичные вещества из класса фенолов. Открытие позволит быстро отслеживать загрязнение окружающей среды. Результаты исследования сотрудников Института биофизики Федерального исследовательского центра «Красноярский научный центр СО РАН» опубликованы в журнале Journal of Nanoscience and Nanotechnology.

Наноалмазы можно получать детонационным способом, то есть взрывая содержащие углерод взрывчатые вещества (например, смесь тротила и гексогена) в замкнутой камере при недостатке кислорода. Основа наноалмазной частицы — инертное алмазное ядро, покрытое химически активными примесями. Химическая активность наноалмаза связана с тем, что к свободным химическим связям поверхностных атомов углерода после взрыва присоединяются присутствующие в среде примеси, например, углеводородные фрагменты и атомы металлов.

Красноярские биофизики модифицировали поверхность частиц и получили наноалмазы с высокой коллоидной устойчивостью в разных средах, например в воде, органических растворителях или маслах. Если к порошку таких наноалмазов добавить деионизованную воду, они образуют раствор, в котором наночастицы могут годами находиться во взвешенном состоянии, не слипаясь и не образуя осадка.

Полученную подобным образом суспензию модифицированных наноалмазов можно многократно высушивать, а после добавления воды она вновь приобретает прежние свойства. Такие наноалмазы сохраняют коллоидную стабильность после замораживания-оттаивания, после кипячения и автоклавирования. Ученые отмечают, что исходные наноалмазы такими свойствами не обладают, из них крайне сложно получить устойчивую суспензию даже при ее длительной обработке ультразвуком, позволяющим разъединить наночастицы.

Выяснилось, что устойчивые к агрегации модифицированные наноалмазы могут играть роль катализатора химических реакций. Так, если их добавить к смеси реагента для определения фенолов аминоантипирина, перекиси водорода и фенола, то раствор быстро окрасится в ярко-малиновый цвет. Исследователи установили, что реакция связана с наличием на поверхности наночастиц микропримесей ионов железа и меди. Это позволяет использовать наноалмазы для создания аналитической системы быстрого обнаружения фенола в воде.

«Берем воду, проводим реакцию с катализатором-суспензией и, если там был фенол, получаем окрашенный продукт, — рассказал один из авторов работы Владимир Бондарь. — Спектральным методом по количеству образовавшегося цветного продукта определяем концентрацию фенола в водном образце».

Исследователи также оценили, можно ли многократно применять эти наночастицы для тестирования. После каждого теста частицы отмывали и вновь запускали реакцию. Оказалось, что один и тот же образец наноалмазов можно использовать для тестирования фенола по крайней мере семь раз.

В настоящее время биофизики работают над созданием индикаторной системы для того, чтобы определять фенол на твердом носителе, когда наночастицы закреплены на подложке. В практическом применении это должно быть удобно, ведь достаточно окунуть такую подложку (например, в виде палочки) в водный образец, сравнить цвет образовавшегося продукта с тестовой линейкой и понять уровень загрязнения воды фенолом.