Новости химической науки > Простой химический сенсор для углекислого газа

Легкий в обращении химический сенсор практически не требует энергозатрат и не реагирует на другие газы.

Для защиты работающих в шахтах людей, а также для того, чтобы узнать о предстоящем извержении вулкана как можно раньше, необходимо проводить быстрые измерения концентрации диоксида углерода. Однако, несмотря на то, что такого типа анализы важны для здоровья человека, мониторинга состояния многих промышленных процессов и окружающей среды, в настоящее время исследователи испытывают недостаток в простых недорогих методах количественного определения CO₂.

Чем большее количество CO₂ барботируется через дипропиламиновый раствор 1,1,2,3,4,5-гексафенилсилола, тем более сильная флуоресценция наблюдается. (Рисунок из J. Am. Chem. Soc., DOI 10.1021/ja103947j)

Исследователям удалось разработать новый химический сенсор, который потенциально сможет найти применение в измерении концентрации углекислого газа в любых местах – от подводных лодок до склонов вулканов.

В настоящее время измерение концентрации CO₂ проводят либо с помощью электрохимических методов, либо с помощью спектроскопии ИК, однако у обоих методов есть недостатки. Электрохимические сенсоры потребляют значительное количество энергии, поскольку работают при высоких температурах. Точному измерению концентрации CO₂ с помощью инфракрасной спектроскопии зачастую мешает сопутствующий ему моноксид углерода, поскольку некоторые фрагменты ИК-спектров этих газов перекрываются.

Для преодоления проблем, связанных с измерением концентрации CO₂ исследователи из группы Бен Жонг Танга (Ben Zhong Tang) из Университета Науки и Технологии Гонконга разработали новую систему детектирования, отличающуюся эффективным потреблением энергии и безразличную к содержанию CO в атмосфере.

Новая система представляет собой раствор 1,1,2,3,4,5-гексафенилсилола в дипропиламине. При пробулькивании газовой смеси, содержащей CO₂, через раствор углекислый газ реагирует с амином, образуя вязкую полярную ионную жидкость. Если в исходном растворе фенильные группы 1,1,2,3,4,5-гексафенилсилола могут свободно вращаться вокруг одинарных связей, появление в системе ионной жидкости тормозит процесс вращения, что приводит к сближению молекул 1,1,2,3,4,5-гексафенилсилола и их агрегации, а агрегация, в свою очередь, вызывает флуоресценцию. Так как количество образовавшейся ионной жидкости зависит от концентрации CO₂, интенсивность флуоресценции может быть использована для определения концентрации углекислого газа.

В то время как электрохимические методы и ИК спектроскопия могут применяться для анализа газовых смесей, содержащих не боле 50% CO₂, новый подход позволяет измерять концентрацию CO₂ в смесях, содержащих до 100% углекислого газа. Сенсор работает при комнатной температуре, не требует дорогих реагентов и потребляет небольшое количество энергии.

Исследователи утверждают, что новая система может применяться для определения CO₂ в полевых условиях – для ее работы в качестве источника возбуждения нужна лишь переносная ультрафиолетовая лампа, а результаты анализа можно наблюдать невооруженным глазом.

Сергей Борисов (Sergey Borisov), специалист по аналитической химии из Технологического Университета города Грац (Австрия) отмечает, что новый сенсор особенно удобен для определения высоких концентраций CO₂, которыми характеризуются выбросы вулканических газов, промышленных предприятий или атмосфера в некоторых шахтах. Борисов добавляет, однако, что в настоящем своем варианте система еще не готова для немедленного практического применения – дипропиламин достаточно быстро испаряется, однако, как он полагает, дальнейшая модификация химического сенсора позволит коммерциализировать разработку химиков из Гонконга.

Источник: J. Am. Chem. Soc., DOI 10.1021/ja103947j

метки статьи: #аналитическая химия, #новые материалы, #органическая химия, #физическая химия