Такаси Уэмура из Университета Киото с коллегами из ряда других исследовательских центров Японии разработал газовый сенсор, который работает быстро, генерирует флуоресцентный сигнал и может детектировать различные газы. Самой важной особенностью новой системы является то, что она способна различать газы с близкими физическими и химическими свойствами.

При чрезвычайно ситуации, например при пожаре, определение того, какие газы присутствуют в атмосфере на месте аварии, чрезвычайно важно для того, чтобы предотвратить или минимизировать отравление.

К сожалению, существующие в настоящее время системы обнаружения либо способны детектировать какой-либо один газ, либо основаны на химической реакции, протекающей слишком медленно для применения в чрезвычайных ситуациях.

Рис. 1. Поглощение материалов углекислого газа
приводит к изменению его конформации, что, в свою
очередь, влияет на флуоресцентный отклик индикатора.
(Рисунок из Nature Materials, 2011, 10, 787).

Такаси Уэмура из Университета Киото с коллегами из ряда других исследовательских центров Японии разработал газовый сенсор, который работает быстро, генерирует флуоресцентный сигнал и может детектировать различные газы. Самой важной особенностью новой системы является то, что она способна различать газы с близкими физическими и химическими свойствами.

Основу сенсора, разработанного в группе Уэмуры, представляют собой гибкие пористые координационные полимеры, связанные с флуоресцентными молекулами-репортерами, меняющими окраску при изменении структуры,

сигнал, испускаемый такими молекулами, зависит от того, какие газы присутствуют в окружающей атмосфере.

Исследователи предполагали, что инкорпорирование функциональных полимеров в гибкие пористые координационные матрицы могло привести к появлению у нового материала интересных динамических свойств. Именно это побудило исследователей инкорпорировать флуоресцентную молекулу в координационный полимер, при этом комбинированная структура получила возможность менять форму при содержании в воздухе определенных газов.

Если в нормальном состоянии флуоресценция материала весьма тусклая, то искажение его формы приводит к возникновению интенсивно-зеленой флуоресценции. Таким образом,

молекулы газа, способные вызвать искажение структуры, индуцируют флуоресценцию, интенсивность которой увеличивается при увеличении концентрации соответствующего газа. Так, при поглощении материалом диоксида углерода происходит переход от зеленой к синей флуоресценции.

С помощью нового метода появляется возможность определять не только какой газ находится в воздухе, но и его концентрацию. Чрезвычайно важно и то обстоятельство, что флуоресцентный отклик начинает проявляться через несколько секунд контакта материала с газом, что весьма важно для экспрессного определения газов при чрезвычайных ситуациях.

Еще одним свойств, отличающим новую систему от существующих в выгодную сторону, является и то, что новая система обнаружения является первым примером детектора, позволяющего различать газы, обладающие практически идентичными физическими свойствами. Так, существующие детекторы практически не справляются с распознаванием диоксида углерода и ацетилена, размеры, форма и температура кипения которых очень близки, но материал, разработанный в группе Уэмуры, более прочно связывает ацетилен, чем диоксид углерода.

По словам Уэмуры, обнаруженной исследователями уникальное кооперативное изменение структуры гостя и хозяина позволит разработать новые перспективные материалы. Японский исследователь уверен, что подбор соответствующих гибких полимерных структур и флуоресцирующих «репортеров» позволит создать системы обнаружения для молекул многих газообразных веществ.