Учёные создали недорогой и долговечный датчик для обнаружения ядовитых газов. Устройство представляет собой сетку из квадратов пастельных и ярких цветов. Они эффективно «ощущают» опасные химические вещества в воздухе, такие как хлорзарин — высокотоксичное нервно-паралитическое вещество.
Исследователи сообщают в журнале ACS Sensors, что красочные узоры на их датчике изменяют цвет в присутствии ядовитых газов, что позволяет быстро и точно проводить измерения в течение нескольких минут.
Электронные носы
Электронные носы — это устройства, которые обнаруживают вредные химические пары. Однако их электронные компоненты могут быть дорогими и непрактичными для использования во влажных средах. Оптоэлектронные носы могут решить эти проблемы, заменив электронные компоненты молекулами красителей, которые меняют цвет при реакции с определёнными химическими веществами.
Новый дизайн оптоэлектронного носа
Виджай Так и его коллеги создали и испытали новый дизайн оптоэлектронного носа: массив датчиков, которые обнаруживают и измеряют смертоносные газы. Каждый датчик в массиве — это крошечный бумажный квадрат, содержащий микроскопические частицы диоксида кремния, покрытые красителями, которые меняют цвет и интенсивность после взаимодействия с определёнными молекулами или ионами.
Изготовление датчиков
В качестве доказательства концепции Так и исследовательская группа создали датчики, пропитав микрочастицы диоксида кремния 36 различными растворами красителей, меняющих цвет. После их просушки на воздухе они создали массив из 12×3 датчиков, меняющих цвет, поместив высушенные частицы в пластину с микролунками, положив сверху лист клейкой бумаги, а затем перевернув пластину так, чтобы частицы, содержащие краситель, были выдавлены на бумагу. Для обеспечения структурной поддержки массива к клейкой нижней стороне бумаги прикреплён тонкий металлический лист.
Проверка точности массива
Чтобы проверить точность массива, исследователи подвергли его воздействию 12 ядовитых газов в двух концентрациях. Команда сравнила фотографии цвета и интенсивности квадратов до и после пяти минут воздействия газа. Это позволило создать шаблон, который они могли использовать для идентификации типа и концентрации присутствующего газа.
В повторных экспериментах датчики, меняющие цвет, достигли 99% точности при идентификации типа химической угрозы и 96% точности при измерении концентрации в образцах газа. Кроме того, другая демонстрация подтвердила, что на точность массива не влияла влажность.
По оценкам исследователей, стоимость изготовления одного массива составляет 20 центов США. Они говорят, что их разработки могут предложить экономичный и настраиваемый подход к мониторингу окружающей среды в реальных условиях. Далее они планируют разработать портативный прототип оптоэлектронного носа для проверки наличия опасных химических веществ на открытом воздухе.
Предоставлено Американским химическим обществом.