Новый и простой сенсор на CO2
Для защиты людей в шахтах и для раннего обнаружения извержений вулканов, исследователи должны создавать методы для быстрого измерения уровня содержания CO2. Но, несмотря на важность этих анализов для здоровья человека, окружающей среды и промышленного применения, ученым не хватает простого, количественного и недорого метода определения.
В обсуждаемой работе ученые разработали новый химический сенсор, который способен измерять содержание газа в регионах, которые имеют вулканы и на подводных лодках.
Современный способ измерения уровня содержания CO2 основывается на электрохимических и инфракрасных (ИК) методах, однако оба они имеют ряд недостатков. Электрохимические сенсоры требуют существенных затрат энергии, т.к. они требуют высоких температур. Между тем, монооксид углерода CO, который часто сопутствует CO2, мешает определению CO2, т.к. данный газ поглощает ИК-излучение в том же диапазоне длин волн, что и CO2.
Химик Бен Жонг Танг из Гонконгского научно-технологического университета с сотрудниками разработали новую систему детектирования, которая требует небольших затрат энергии и неподвержена влиянию CO.
В разработанной ими системе, молекулы 1,1,2,3,4,5-гексафенилсилола (HPS) распределены в органическом растворителе – дипропиламине (DPA). HPS имеет шесть фенильных колец, которые торчат как спицы из центральной силольной группы. Кольца обычно вращаются вокруг связей, которые связывают их с центральным фрагментом.
Когда CO2 барботируют через раствор, он реагирует с DPA с образованием вязкой, полярной ионной жидкости. Жидкость замедляет вращение фенильных колец и сдавливает молекулы HPS вместе. При агрегации молекулы начинают флуоресцировать. Т.к. CO2 и DPA генерируют больше ионной жидкости при увеличении концентрации газа, интенсивность флуоресценции отражает уровень содержания CO2.
В то время как электрохимический и ИК-методы полезны только для анализа газовых смесей, содержащих меньше половины CO2, новый подход позволяет измерять концентрацию CO2 вплоть до 100%. К тому же сенсор работает при комнатной температуре и требует минимальных затрат энергии и дешевых исходных материалов.
Данный метод вполне применим в полевых условиях, по словам Танга, т.к. ему необходима всего лишь переносная УФ-лампа как источник возбуждения, а на выходе свет получают видимым, таким образом – результат можно видеть невооруженным взглядом, что облегчает оценку аналитического сигнала на месте.
