ВВЕДЕНИЕ 3
1 Литературный обзор 6
1.1 Фотофизические процессы в молекуле 6
1.1.1 Поглощение 6
1.1.2 Люмине сценция 7
1.1.3 Квантовый выход флуоресценции 10
1.1.4 Тушение люминесценции 11
1.2 Принципы работы сенсоров 12
1.2.1 Люминесцентные сенсоры 12
1.2.2 Спектрофотометрические сенсоры 13
1.2.3 Сенсоры поверхностного плазмонного резонанса 13
1.2.4 Сенсоры для обнаружения нитросодержащих веществ 14
1.3 Выводы по принципам работы сенсоров 20
1.4 Выбор объектов исследования 21
2Экспериментальная часть 26
2.1 Объекты исследования 26
2.2 Экспериментальная установка и методика исследования 27
2.3 Результаты и их обсуждение 31
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 36
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ 37
В настоящее время одним из перспективных направлений науки является создание органических сенсоров для обнаружения разных соединений. Существуют различные виды сенсоров. Принципы их работы базируются на определенных физических или химических свойствах и явлениях. Исследуется возможность создания молекулярного сенсора концепции «электронный нос»- тип анализаторов паров веществ в воздухе на основе органических сенсорных полимерных композитов [1]. Данные анализаторы имитируют работу органов обоняния млекопитающих [2]. На сегодняшний день эти сенсоры уже нашли применение в обнаружении нитросоединений, анализе выдыхаемого воздуха и т.д.
Одним из перспективных направлений в детектировании веществ является синтез и практическое использование молекулярных сенсоров для обнаружения различных веществ (аналитов). Существующий в последние годы и все возрастающий интерес к разработке и использованию оптических химических сенсоров связан с их следующими характеристиками:
1)высокая чувствительность;
2)высокая скорость отклика;
3)возможность бесконтактного обнаружения;
4)стойкость к вредным воздействиям окружающей среды;
5)невысокая стоимость.
Данные сенсоры находят применение в системах обеспечения безопасности, медицинской диагностике, химической промышленности, экологии. Во всем мире идут интенсивные исследования возможности создания интегрированного молекулярного сенсора с высокой чувствительностью и селективностью.
В оптических химических сенсорах, работающих на физических принципах, сигнал обусловлен не химическим взаимодействием определяемого компонента с чувствительным слоем, а измеряемым физическим параметром: интенсивностью поглощения, отражения или люминесценции света и т.д.
В настоящее время существует много разных типов оптических химических сенсоров. Чаще всего классификация идет в зависимости от типа принципов их действия: датчик поглощения, датчик отражения, датчик люминесценции, комбинированный датчик и др.
По критерию обратимости, оптические химические сенсоры бывают обратимыми и необратимыми. Сенсор обратим, если чувствительный слой не разрушается при его взаимодействии с определяемым веществом. Если часть слоя разрушается в ходе определения, сенсор работает необратимо.
Оптические химические сенсоры могут быть классифицированы по природе аналитов, для определения которых они служат. Так выделяют газовые сенсоры, сенсоры на ионы металлов, сенсоры на пары растворителей, биосенсоры и т.д.
В научной литературе молекулы, изменяющие при взаимодействии с аналитом свои электронные свойства, называются «молекулярными сенсорами» или «хемосенсорными молекулами».
Для создания матрицы оптического химического сенсора чаще всего используют полимерные материалы. Они имеют много характеристик, незаменимых при создании оптических сенсоров. Наиболее широко использующиеся полимерные материалы включают: полистирол, поливинил хлорид, полиметилметакрилат (ПММА), полидиметилсилоксан (ПДМС), политетрафлуроэтилен, производные целлюлозы и др. Гидрофобные матрицы, такие как ПММА и ПДМС, являются оптимальными материалами для применения в оптических сенсорах на кислород.
Возможность регистрировать нитрогруппы очень важна для жизнедеятельности человека и окружающей среды и определение их уровней требуется во многих областях: экологии, промышленности, химии.
Нитросоединения содержаться в выхлопных газах, которые представляют отработавшие в двигателе рабочие вещества. Нитрогруппы, в данном случае, являются продуктами окисления и неполного сгорания углеводородного топлива. Известно, что оксиды азота более опасны, чем угарный газ.
Также нитросоединения содержаться в промышленных отходах. В регионах, где находятся крупные химические предприятия, идентифицировано множество токсичных органических соединений различных классов. Наиболее характерными соединениями для почв являются алкилобензолы, нитросоединения и хлоруглеводороды [3]. Нет сомнений, что содержание нитрогрупп в почвах представляет высокую опасность для экологии, т.к. известно, что многие нитросоединения являются потенциальными канцерогенами.
Таким образом, целью настоящей работы является исследование возможности создания сенсора на нитросоединения. Для достижения данной цели поставлены следующие задачи:
1)провести литературный обзор по тематике работы;
2)выбрать объекты исследования;
3)выбрать композицию сенсора и его создание
провести исследование спектральных характеристик молекулярного сенсора при взаимодействии с аналитом.
В ходе работы было выполнено:
1) проведен литературный обзор по тематике работы;
2) выбраны объекты исследования;
3) исследованы спектрально-люминесцентные свойства в растворах;
4) создана пленка сенсора;
5) исследованы сенсорные свойства выбранных объектов исследования при воздействии паров нитротолуола.
Показано, что флуорофоры TMSA и ДФА являются перспективными для использования в сенсорных структурах.
Выяснено, что комплекс с переносом заряда не образуется в растворах из-за диффузии молекул и нестабильности самого комплекса. Его образование возможно с молекулами, находящимися в адсорбированном состоянии.
Получены зависимости интенсивности излучения флуорофоров, адсорбированных на SiO2 пленке, от времени. Показано, что ДФА имеет меньшую инерционность, чем TMSA.
