Химики Санкт-Петербургского государственного университета предложили инновационный подход к созданию ионоселективных оптодов — оптических датчиков для анализа жидкостей. Новая технология позволяет существенно упростить и удешевить производство химических сенсоров, сохраняя их высокую точность. Результаты исследования, поддержанного грантом РНФ, опубликованы в научном журнале Sensors and Actuators B: Chemical.
Ионоселективные оптоды — это полимерные оптические датчики, которые определяют концентрацию ионов в растворах по изменению цвета специального красителя (хромоионофора). Благодаря простоте использования, возможности уменьшения и легкой расшифровке сигнала они широко применяются в аналитической химии.
Например, их используют для контроля качества воды, анализа крови и других биологических жидкостей, мониторинга промышленных процессов и экологических исследований.
Главные преимущества таких сенсоров — высокая чувствительность, избирательность к определенным ионам и стабильность работы, что позволяет быстро получать точные данные. Существующие подходы к созданию сенсоров предполагают введение длинных алкильных заместителей в молекулы индикаторов. Это позволяет повысить их эффективность, но делает синтез и очистку продуктов трудоемкими и дорогостоящими. Химики Санкт‑Петербургского университета разработали новый подход к синтезу таких соединений.
«Мы предложили соединять водорастворимые красители, меняющие цвет в зависимости от кислотности среды, с гидрофобными алкиламмониевыми солями. Так они образуют устойчивые ионные пары, что позволяет использовать эти красители в многоразовых полимерных датчиках. Широкий спектр доступных составляющих для таких ионных пар позволяет легко регулировать физико‑химические свойства полученных соединений и значительно упрощает процесс синтеза, снижая затраты и повышая доступность хромоионофоров с регулируемой кислотностью», — объяснила доцент кафедры физической химии СПбГУ Мария Пешкова.
В ходе исследования ученые также выявили важные закономерности — например, доказывающие, что свойства индикатора зависят от типа исходного красителя и противоиона. Чем ниже гидрофильность составляющих ионной пары, тем стабильнее работает датчик в измеряемых образцах.
Еще одно преимущество разработки СПбГУ состоит в том, что созданные датчики практически не реагируют на посторонние соли в растворе, что позволяет использовать их даже в сложных средах — природных водах, крови, промышленных стоках. Кроме того, меняя кислотность индикатора, можно настраивать чувствительность датчика под конкретные задачи.
Тестирование новых сенсоров было проведено в прибрежных водах Черного моря во время ноябрьской химической смены в образовательном центре «Сириус». В отличие от обычных оптических сенсоров, которые реагируют на посторонние ионы, новые разработки дают более точные результаты в реальных условиях.
Работа выполнена в рамках гранта РНФ «Разработка и экспериментальная апробация безградуировочных оптических сенсоров, потенциально применимых для ранней экспресс‑диагностики муковисцидоза».
Информация предоставлена пресс‑службой СПбГУ
Источник фото: ru.123rf.com
