Ученые Томского политехнического университета разработали прибор для экспресс-анализа жидкостей на содержание опасных веществ — таких, как тяжелые металлы. Используемый политехниками метод основан на полимерных оптодах — это очень маленькие пластмассовые пластины, которые с помощью специальных реагентов можно сделать чувствительными к конкретным веществам. Пластины меняют цвет и его интенсивность в зависимости от концентрации этого вещества. Устройство мобильно, способно проводить анализ на месте даже при низких температурах, а его стоимость в разы меньше, чем цена спектрофотометра — наиболее используемого прибора для проведения химического анализа.
«Прибор основан на полиметакрилатных сенсорах — это прозрачный кусочек пластмассы толщиной всего 1 мм и размером 3x3 мм. Поры этих пластин играют роль сосудов, в которых могут проходить различные химические реакции. Если эту пластину обработать специальным реагентом, то она становится оптодом, чувствительным к определенному веществу. Этот оптод мы погружаем в воду, которую хотим проверить, или просто капаем на него пару капель, и он меняет свой цвет. Значит, здесь есть искомый элемент.
Чем интенсивнее цвет, тем выше концентрация вещества»,
— рассказывает научный руководитель проекта, заведующий международной лабораторией перспективных измерений ТПУ Сергей Муравьев.
Например, при наличии в воде серебра, оптод окрашивается в пурпурно-красный цвет. По словам ученого, такой метод позволяет обнаруживать вещества в воде даже при очень низкой концентрации.
«Вы погружаете оптод в воду, затем загружаете его в прибор-анализатор. Там специальное электронное устройство принимает оптический сигнал и преобразует его в электрический трехканальный RGB-сигнал.
После обработки этого сигнала устройство выдает в цифровом виде данные о концентрации необходимого вещества. Сам анализ происходит практически мгновенно»,
— поясняет руководитель проекта.
Такой метод позволяет выявлять в воде практически все металлы, различные органические вещества и фармакологические препараты.
«Наш метод работает с теми веществами, взаимодействие с которыми приводит к изменению цвета. Конечно, это не весь спектр веществ. Но универсальных методов и не существует. Сегодня самый широко применяемый для химического анализа метод — это спектрофотометрия. Современный спектрофотометр стоит около 500 тысяч рублей, и это громоздкий стационарный прибор. Наш прибор позволяет достичь такого же качества измерений, но при этом он компактный и при выходе на рынок может стоить порядка 30 тысяч рублей», — говорит ученый.
Такой прибор для экспресс-анализа полезен для экологов и работников соответствующих служб производственных предприятий. Например, нефтедобывающие компании могут использовать прибор для определения содержания трассеров в буровой жидкости.
«На сегодняшний день у нас готов прототип прибора, — отмечает Сергей Муравьев. — Теперь мы ставим перед собой задачу использовать этот метод для проведения многокомпонентного анализа. Дело в том, что реагенты, которые настраивают оптод на определенное вещество, чувствительны не к одному веществу, а сразу к нескольким».
Добавим, в 2014 году научный коллектив проекта получил грант Российского научного фонда, рассчитанный на три года.
Фото: Оптоды.
Источник: Официальный сайт ТПУ