Наноалмазы помогут обнаружить загрязнение воды

Наноалмазы помогут обнаружить загрязнение воды

Charli Duffy/Flickr

Ученые показали, что наноразмерные алмазы можно использовать для того, чтобы обнаруживать в воде ядовитые и высокотоксичные вещества из класса фенолов. Открытие позволит быстро отслеживать загрязнение окружающей среды. Результаты исследования сотрудников Института биофизики Федерального исследовательского центра «Красноярский научный центр СО РАН» опубликованы в журнале Journal of Nanoscience and Nanotechnology.

Наноалмазы можно получать детонационным способом, то есть взрывая содержащие углерод взрывчатые вещества (например, смесь тротила и гексогена) в замкнутой камере при недостатке кислорода. Основа наноалмазной частицы — инертное алмазное ядро, покрытое химически активными примесями. Химическая активность наноалмаза связана с тем, что к свободным химическим связям поверхностных атомов углерода после взрыва присоединяются присутствующие в среде примеси, например, углеводородные фрагменты и атомы металлов.

Красноярские биофизики модифицировали поверхность частиц и получили наноалмазы с высокой коллоидной устойчивостью в разных средах, например в воде, органических растворителях или маслах. Если к порошку таких наноалмазов добавить деионизованную воду, они образуют раствор, в котором наночастицы могут годами находиться во взвешенном состоянии, не слипаясь и не образуя осадка.

Полученную подобным образом суспензию модифицированных наноалмазов можно многократно высушивать, а после добавления воды она вновь приобретает прежние свойства. Такие наноалмазы сохраняют коллоидную стабильность после замораживания-оттаивания, после кипячения и автоклавирования. Ученые отмечают, что исходные наноалмазы такими свойствами не обладают, из них крайне сложно получить устойчивую суспензию даже при ее длительной обработке ультразвуком, позволяющим разъединить наночастицы.

Выяснилось, что устойчивые к агрегации модифицированные наноалмазы могут играть роль катализатора химических реакций. Так, если их добавить к смеси реагента для определения фенолов аминоантипирина, перекиси водорода и фенола, то раствор быстро окрасится в ярко-малиновый цвет. Исследователи установили, что реакция связана с наличием на поверхности наночастиц микропримесей ионов железа и меди. Это позволяет использовать наноалмазы для создания аналитической системы быстрого обнаружения фенола в воде. «Берем воду, проводим реакцию с катализатором-суспензией и, если там был фенол, получаем окрашенный продукт, — рассказал один из авторов работы Владимир Бондарь. — Спектральным методом по количеству образовавшегося цветного продукта определяем концентрацию фенола в водном образце».

Схема использования наноалмазов для тестирования качества воды

Схема использования наноалмазов для тестирования качества воды

Владимир Бондарь

Исследователи также оценили, можно ли многократно применять эти наночастицы для тестирования. После каждого теста частицы отмывали и вновь запускали реакцию. Оказалось, что один и тот же образец наноалмазов можно использовать для тестирования фенола по крайней мере семь раз.

В настоящее время биофизики работают над созданием индикаторной системы для того, чтобы определять фенол на твердом носителе, когда наночастицы закреплены на подложке. В практическом применении это должно быть удобно, ведь достаточно окунуть такую подложку (например, в виде палочки) в водный образец, сравнить цвет образовавшегося продукта с тестовой линейкой и понять уровень загрязнения воды фенолом.

Пресс-релизы о научных исследованиях, информацию о последних вышедших научных статьях и анонсы конференций, а также данные о выигранных грантах и премиях присылайте на адрес science@indicator.ru.