science >> Wetenschap >  >> Natuur

Omkeerbare elektro-optische detector voor omgevingsdetectie van verontreinigende stoffen

Coördinatiepolymeer als acetonitrilsensor. Krediet:Scixel

De toenemende uitstoot van vluchtige organische stoffen (VOS) en de daaruit voortvloeiende impact op de lucht- en waterkwaliteit is een van de grootste milieuproblemen van onze tijd geworden, vooral in geïndustrialiseerde samenlevingen. Sommige VOS zijn geïdentificeerd als zeer giftig of kankerverwekkend, en kan zowel de menselijke gezondheid als het natuurlijke ecosysteem beïnvloeden. VOS worden uitgestoten door het gebruik van veel alledaagse huishoudelijke producten, wat de controle van hun emissies bijzonder moeilijk en kritisch maakt. Een van deze VOS is acetonitril, die primair wordt gebruikt als organisch oplosmiddel in extractieve processen, en het wordt ook vaak gebruikt voor het verven van textiel, als metaalreiniger en voor batterijtoepassingen. Blootstelling aan acetonitril vindt voornamelijk plaats via inademing en contact met de huid op werkplekken waar acetonitril wordt geproduceerd of gebruikt. Toxicologische studies hebben voldoende bewijs geleverd dat hoge concentraties acetonitril potentiële neurotoxiciteit induceren, misselijkheid, verminderde motoriek, oppervlakkige en/of onregelmatige ademhaling en, in extreme gevallen, dood.

Momenteel, zeer gevoelige analytische technieken worden gebruikt voor de nauwkeurige kwantificering van VOS, vaak gebaseerd op optische absorptie, deeltjestelling of massaspectrometrie. Echter, deze technieken hebben enkele nadelen, zoals hun geringe draagbaarheid, beperkte selectiviteit, complexe en tijdrovende voorbehandelingsstappen, noodzaak van hoogopgeleide operators en hoge kosten. Om deze beperkingen te overwinnen en meer kosteneffectieve alternatieven te onderzoeken, dergelijke coördinatiepolymeren hebben veel aandacht getrokken bij de ontwikkeling van sensoren van de volgende generatie. Deze materialen kunnen VOC's bevatten via een diffusieproces door het kristalrooster. Dit proces kan een gemakkelijk te meten respons opleveren vanwege de variatie in de eigenschappen van deze materialen, waardoor ze bruikbare chemosensoren zijn. specifiek, deze chemosensoren kunnen een gemakkelijk waarneembare verandering in bijna elke fysisch-chemische eigenschap vertonen, zoals in de luminescentie-emissie, de elektrische geleidbaarheid, het magnetische gedrag en zelfs een kleurverandering met het blote oog.

Coördinatiepolymeer blootgesteld aan acetonitril veroorzaakt een kleurverandering en een abrupte verandering in de elektrische geleidbaarheid van het materiaal. Krediet:Esther Resines

De groepen van professor Enrique Burzurí en professor J. Sanchez Costa van IMDEA Nanociencia stellen het gebruik voor van een eenvoudig niet-poreus coördinatiepolymeer dat een magneto-structurele overgang vertoont onder desorptie/absorptie van acetonitrilmoleculen in de structuur. Deze omkeerbare verandering produceert een meetbare respons in aanwezigheid van acetonitril. Deze reactie komt in de vorm van een verandering in de kleur van het polymeer van oranje naar geel en een abrupte toename van de elektrische geleidbaarheid. Beide reacties zijn gemakkelijk met het blote oog waar te nemen of gemakkelijk te meten, een duidelijk voordeel ten opzichte van andere kostbare analytische technieken. Bovendien, deze reacties vinden plaats bij goed gedefinieerde temperaturen die dicht bij de omgevingscondities liggen. Vandaag, zo ver we weten, dit is het eerste voorbeeld van een op moleculen gebaseerd materiaal dat al deze macroscopisch leesbare eigenschappen in één keer laat zien.