Химики МГУ научили анализаторы светиться от запаха взрывчатки

Сотрудники химического факультета МГУ совместно с исследователями ИОХ РАН создали пористый гель, способный изменять свои оптические свойства в присутствии опасных органических веществ. Статья об исследовании опубликована в журнале Microporous and Mesoporous Materials.

Слева — фотолюминесценция 1, пропитанного толуолом; справа — фотолюминесценция исходного геля 1.

Созданные сотрудниками кафедры общей химии под руководством профессора, доктора химических наук Л.М. Кустова вещества относятся к классу гибридных наноматериалов — металл-органических гелей, имеющих сложную пористую структуру. Синтезируют такие соединения из растворов солей металлов и так называемых линкеров — особых органических соединений. Исследователи использовали в качестве исходных реагентов ионы железа и нафталиндикарбоновую кислоту. После обработки ультразвуком соединение превращается в достаточно устойчивый гель, сохраняющий пористую структуру в течение нескольких месяцев.

Синтезированный гель может фотолюминесцировать — светиться в видимом диапазоне под действием УФ-излучения. В структуре вещества много пор различного диаметра: от нескольких нанометров до десятков нанометров. При пропускании через гель воздуха в его порах отлично застревают «гостевые» органические молекулы, размер которых соответствует диаметру пустот. За счет поглощении «гостями» ультрафиолетового излучения люминесцентные свойства геля меняются. И ученые научились по изменению интенсивности излучения судить как о природе, так и концентрации поглощаемых гелем веществ.

В частности, химики Московского университета обнаружили, что молекулы толуола повышают интенсивность фотолюминесценции геля почти на 900% — рекордное увеличение люминесценции металл-органического геля. Как правило, «гостевые» молекулы способны повышать интенсивность излучения не более чем на 200%. Причина такого резкого изменения свойств — схожее строение толуола и нафталиндикарбоновой кислоты. Оба вещества относят к классу ароматических соединений, в структуре которых есть кольца из шести атомов углерода.

Высокоэнергетические ароматические соединения очень часто используются как основа взрывчатых веществ. Поэтому один из авторов работы, старший научный сотрудник химического факультета МГУ Валерий Захаров подчеркнул: «Анализаторы на основе синтезированного геля смогут детектировать взрывчатые вещества, реагируя на присутствие толуола или других ароматических соединений».

Помимо толуола в структуру геля могут внедряться полициклические ароматические соединения. Их молекулы состоят из нескольких бензольных колец. Полициклы выделяются при неполном сгорании угля, древесины, мусора, нефтепродуктов и являются загрязнителями и канцерогенами. Поэтому на основе геля можно сделать датчики, сигнализирующие о наличии опасных ароматических полициклических соединений (по сложившейся в мире терминологии — “polyaromatic hydrocarbons” или PAH), которые считаются сильными канцерогенами и мутагенами.

Можно подобрать условия и создать анализаторы для широкого спектра веществ, добавляют авторы работы. Варьируя соотношения ионов металлов и молекул-линкеров, можно задавать размеры пор в геле, меняя тем самым способность селективно поглощать органические молекулы разных размеров.
 

Фото: Изображение исходного геля 1: Fe-ndc (1)