Создана сенсорная система для определения опасных органических соединений в водных средах

Ученые Института физической химии и электрохимии им. А.Н. Фрумкина РАН разработали новый тип сенсоров для определения органических соединений в сверхнизких концентрациях. Принцип работы сенсоров основан на окислении анализируемых веществ под действием света, в результате чего они становятся «видимыми» для спектроскопии гигантского комбинационного рассеяния.

Этот сверхчувствительный метод анализа способен определять единичные молекулы по характерной картине колебаний атомов. Однако ряд веществ, в том числе токсичных в очень низких концентрациях, для него буквально невидим из-за особенностей их строения. Чтобы сделать такие соединения «видимыми», авторы предложили изменять их структуру с помощью окисления. Для этого был разработан чип-фотокатализатор, способный за счет поглощенного света превращать молекулы кислорода из окружающей среды в сильный окислитель — синглетный кислород. Водную пробу с добавленными для усиления сигнала наночастицами серебра сначала окисляют на поверхности чипа, а затем анализируют методом спектроскопии гигантского комбинационного рассеяния.

Чипом служит очень тонкая пленка толщиной два нанометра, состоящая из синтетического красителя фталоцианината цинка, отвечающего за поглощение света и активацию кислорода, и оксида графена, который удерживает фталоцианин на чипе и защищает его от саморазрушения, забирая излишки энергии.

«Предложенная сенсорная система расширяет применимость спектроскопии гигантского комбинационного рассеяния и может лечь в основу портативных устройств для экспресс-анализа, не требующего специальной пробоподготовки. Миниатюрные спектрометры размером со смартфон уже сейчас можно купить. На очереди стоит разработка программного обеспечения для расшифровки результатов, которая может быть реализована с помощью технологий искусственного интеллекта», — рассказала руководитель проекта, ведущий научный сотрудник лаборатории биоэлектрохимии ИФХЭ РАН, доктор химических наук, профессор РАН Мария Калинина.

Исследование поддержано грантом РНФ.