Ученые Института биофизики ФИЦ Красноярский научный центр СО РАН показали, что детонационные наноалмазы можно использовать для выявления фенолов в воде. Открытие позволит проводить оперативный мониторинг загрязнения окружающей среды. Результаты исследования опубликованы в журнале Journal of Nanoscience and Nanotechnology.

Детонационные наноалмазы получают, 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 путем модификации поверхности частиц получили наноалмазы, обладающие высокой коллоидной устойчивостью в разных средах, например в воде, органических растворителях, маслах. После добавления деионизованной воды к порошку таких наноалмазов, они образуют раствор, в котором наночастицы могут годами находиться во взвешенном состоянии, не слипаясь и не образуя осадка.

По словам заведующего лабораторией нанобиотехнологии и биолюминесценции Института биофизики ФИЦ КНЦ СО РАН доктора биологических наук Владимира Станиславовича Бондаря, суспензию модифицированных наноалмазов можно многократно высушивать, а после добавления воды она вновь приобретает прежние свойства. Такие наноалмазы сохраняют коллоидную стабильность после замораживания-оттаивания, 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.

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

Исследователи также оценили возможность многократного применения наночастиц 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 определения фенола на твердом носителе, когда наночастицы закреплены на подложке. В практическом применении — это очень удобно, — отмечают специалисты. Достаточно окунуть такую подложку (например, в виде палочки) в водный образец, сравнить цвет образовавшегося продукта с тестовой линейкой и понять уровень загрязнения воды фенолом.

Группа научных коммуникаций ФИЦ КНЦ СО РАН