Ученые из Тайваня и России создали чувствительный и селективный к ионам меди полимерный материал из производного родамина Б и жидких кристаллов. Сферические частицы изменяли цвет при взаимодействии с ионами меди в растворе. Из 13 исследованных ионов металлов материал селективно взаимодействовал только с ионами меди. По изменению поглощения электромагнитного излучения исследователи могли определять медь в растворах с концентрацией в пять микромоль на литр.

Результаты исследования опубликованы в журнале Polymer Journal.

Низкие содержания металлов обычно определяют методами, которые требуют дорогостоящего оборудования, сложной подготовки проб и высокой квалификации людей, проводящих анализ. С целью упростить количественное определение ионов металлов в различных объектах, ученые разрабатывают сенсоры и новые методы. Часто в качестве чувствительных компонентов в сенсорах на тяжелые металлы используются производные родамина Б.

Цзюй-Сян Лю (Jui-Hsiang Liu) с коллегами из Национального Университета Чен Кун предположили, что при смешении со сферическими жидкими кристаллами молекулы с родаминовыми участками упорядочатся и расположатся на их поверхности, что сделает их доступными для ионов меди. Ученые получили сферические полимерные частицы смешиванием трех мезогенов, которые отвечали за структуру жидких кристаллов, и производных родамина, способных связывать ионы меди, и подействовали ультрафиолетом, инициировав фотополимеризацию материала.

В растворе меди полимерные «бусины» меняли свой цвет со светло-розового на темно-розовый. По степени изменения цвета ученые могли определить медь в растворах. Способность частиц селективно определять ионы меди в смеси с другими ионами металлов изучали с помощью спектроскопии в ультрафиолетовой и видимой областях электромагнитного спектра. Из 13 исследованных растворов, только тот, который содержал ионы меди, получил интенсивную окраску после двух часов после добавления синтезированных частиц.

Схемы синтеза полимерных частиц (а) и эксперимента по определению ионов меди в низких концентрициях (b) / Jui-Hsiang Liu et al. / Polymer Journal, 2020

Чтобы проверить применимость материала для анализа растворов с низкими содержаниями меди, ученые поместили раствор с концентрацией ионов в пять микромоль на литр и крупными полимерными частицами между кварцевыми пластинками и зеркалом. Затем регистрировали сигнал от зонда, отражающего ультрафиолетовый и видимый свет.

Жидкокристаллические полимерные частицы можно было использовать повторно до восьми раз, промыв раствором аммиака, который образовывал растворимые комплексные соединения с медью. По словам авторов, разработанные материалы пригодятся для применения в инженерии и экологических исследованиях, где необходим простой способ определения меди в водных растворах.