Вчені санкт-петербурзького державного університету спільно з фахівцями університету» сіріус ” і академічного університету створили найменші наночастинки метал-органічних полімерів, які дозволять визначити вміст важких металів у воді. Результати експериментів і опис властивостей отриманих частинок були опубліковані в науковому журналі nanomaterials.

Метал-органічні полімери (або метал-органічні каркасні структури – мокс) – це сполуки, в яких іони металів пов’язані між собою органічними молекулами – лінкерами. Використовуючи різні комбінації металів і лінкерів, можна отримувати матеріали з різними структурою і властивостями. Сьогодні сполуки на основі мокс використовуються при виробництві електрохімічних сенсорів, в хімічній промисловості як каталізатори реакцій, а також в якості присадки до ракетного палива.

Деякі сполуки є люмінофорами, тобто здатні випромінювати світло під дією ультрафіолету, електромагнітного поля або інших збурень. Люмінесцентні мокс використовуються для створення екранів моніторів і люмінесцентних термометрів, а також для діагностики ракових захворювань. Крім того, люмінофори можуть застосовуватися в якості високочутливих сенсорів для виявлення шкідливих речовин за рахунок своїх люмінесцентних властивостей.

Найменші наночастинки були отримані за допомогою ультразвуку. Для цього на ультразвуковій бані до розчину хлориду європію вчені повільно-буквально по краплях-додавали розчин терефталату натрію, що призводило до утворення осаду. Ультразвукові хвилі в даному випадку допомагають ретельніше перемішувати розчин, уповільнюють зростання частинок і запобігають їх злипання – все це дозволяє зробити з’єднання більш стабільним.

Таким чином були синтезовані частинки різних розмірів: від восьми нанометрів до сотень мікрон. На поточний момент восьминанометрові наночастинки терефталату європію є найменшими частинками метал-органічних каркасних структур рідкоземельних елементів.

” ми не очікували, що зменшення концентрації реагуючих речовин всього в два рази призведе до зменшення розміру частинок майже в тисячу разів. Ймовірно, такий ефект пов’язаний з присутністю в розчині комплексу європій-терефталат в співвідношенні 1: 1, який сприяє більш швидкому зростанню числа зародків кристалів. Раніше дослідникам вдавалося отримати наночастинки терефталату європію діаметром 40 нанометрів і більше. Ми ж синтезували частинки в п’ять разів менше»,

– поділився керівник дослідження доцент кафедри лазерної хімії та лазерного матеріалознавства спбду, доктор хімічних наук андрій мерещенко.

Розроблений хіміками спосіб синтезу наночастинок вносить великий внесок в нанотехнологію і координаційну хімію, оскільки дає можливість синтезувати наночастинки з інших метал-органічних каркасних структур. Під час дослідження експерти спбгу також виявили, що іони важких металів істотно гасять люмінесценцію отриманих наночастинок, що дозволяє використовувати їх в якості сенсорів для виявлення іонів важких металів у воді.

” це відкриття допоможе створити ефективні сенсори для контролю вмісту іонів важких металів у питній воді. Чутливість наших люмінофорів трохи нижче гранично допустимих концентрацій, що дозволить точно визначити присутність небезпечних речовин у воді, причому в малих концентраціях, завдяки розміру наночастинок»,

– розповів один з авторів роботи, студент спбду за напрямом “хімія” віктор носов.

Отримані наночастинки також можуть бути використані як люмінесцентні сенсори для визначення іонів заліза, міді та хрому у воді. Вміст цих металів у воді може бути небезпечно для людини і тварин, оскільки їх накопичення в тканинах організму впливає на метаболізм і може згодом призводити до захворювань нервової і кровоносної систем, а також шлунково-кишкового тракту. Надалі хіміки планують продовжити дослідження і зайнятися створенням експрес-тесту для визначення іонів важких металів у питній воді, а також у стічних водах.

Дослідження, підтримане російським фондом фундаментальних досліджень (проект ” вплив розчинника на динаміку росту і будову метал-органічних каркасних структур»), проводилося на базі кафедри лазерної хімії та лазерного матеріалознавства спбду з використанням обладнання ресурсних центрів наукового парку спбду, а також в науково-технічному університеті «сіріус».