Ученые Уральского федерального университета (УрФУ), Института органического синтеза УрО РАН и Университета Алеппо (Сирия) изобрели новые флуоресцентные материалы на основе производного пирена. Их можно использовать как высокочувствительные сенсоры, которые определяют нитросодержащие токсичные и взрывчатые вещества в растворах и газах.

Статья с описанием нового материала опубликована в журнале Сhemosensors. Исследования выполнены при финансовой поддержке РФФИ (проект № 20–37–90108) и Минобрнауки России (проект № АААА-А19–119011790132–7).

Обнаружение происходит следующим образом: сенсоры помещают в небольшой прибор, который прокачивает воздух и с помощью компактной видеокамеры фиксирует в режиме реального времени изменения яркости материала. Когда в потоке воздуха появляются пары нитроароматических веществ, свечение гасится. Степень свечения зависит от концентрации паров и длительности их воздействия.

Флуоресцентный материал и картридж. Слева – свечение под обычным освещением, справа – под ультрафиолетовой подсветкой. Фото: пресс-служба УрФУ

«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», — комментирует процесс исследования инженер кафедры экспериментальной физики ФТИ УрФУ Роман Чувашов.

Сенсорные свойства материала ученые оценили с помощью математической модели. Модель позволила связать тушение флуоресценции с концентрацией тушителя и длительностью действия паров и провести расчет минимальных обнаруживаемых материалом концентраций тушителя при заданной длительности воздействия парами.

«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 (например, в комбинации флуорофора с полистиролом), учитывать реалистичные временные рамки анализа. К наилучшим результатам флуоресцентный метод приводит при использовании комбинаций сенсорных материалов с разнообразными реакциями на тушители — пары веществ», — резюмирует Роман Чувашов.

Справка.

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 разработан спектр 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.