Fluoriscence quenching of some organic compounds with nitrotoluene?s vapor.pdf Исследования по обнаружению вредных веществ для жизнедеятельности человека и окружающей среды очень актуальны. Нитросоединения являются одними из многих. Они содержатся в промышленных отходах и являются токсичными для живых организмов [1]. В настоящее время предложен ряд способов обнаружения следовых количеств этого класса соединений [2]. Метод на основе тушения флуоресценции органических соединений является более простым и достаточно чувствительным. Кроме того, на основе этого метода возможно создание портативных приборов. Азотосодержащие соединения являются типичными детектируемыми веществами (аналитами) для фотолюминесцентных методов благодаря способности образовывать стабильные и обратимые комплексы с переносом заряда с веществами, которые содержат слабосвязанные электроны. Данные комплексы образуются из двух молекул, одна из которых является донором и содержит слабосвязанные электроны, а вторая - акцептором, обладающим высоким сродством к электронам. В образующемся комплексе происходит перенос электронного заряда от донора к акцептору и молекула донора (сенсора) теряет способность излучать свет. Комплексы с переносом заряда в научной литературе еще называют π-комплексами, так как электроны донора обычно занимают π-орбитали [2]. Нитрогруппы принимают электроны при донорно-акцепторной связи, изменяя люминесцентные свойства флуорофора (молекулы сенсора). Учитывая все вышесказанное, можно выделить важные свойства, которыми должна обладать молекула сенсора-флуорофора. Флуорофор должен обладать достаточным количеством слабосвязанных π-электронов и образовывать с аналитом комплекс с переносом заряда без образования химической связи. В данной работе в качестве флуорофоров были выбраны поли(9,9-ди-н-октилфлюоренил-2,7-диил) (PFO), поли[9,9 - диоктилфлюоренил-2,7-диил] (ADS), поливинилкарбазол (PVK), так как в работах [3-5] показана перспектива данных соединений для обнаружения нитросоединений, а также (N,N′-бис(3-метилфенил)-N,N'-дифенил-1,1′-бифенил-4,4′-диамин (TPD), N,N-бис(нафтален-1-ил)-N,N-бис(фенил)бензидин (NPD), так как данные соединения являются электронно-донор¬ными и используются при изготовлении OLED как инжекторы дырок (рис. 1). В качестве анализируемых нитросодержащих веществ были выбраны нитротолуол (NT) и тринитротолуол (TNT). Эксперимент Спектральные свойства соединений (электронные спектры поглощения, флуоресценции) и кинетика затухания флуоресценции исследованы на спектрофотометре СМ2203 («SOLAR», Беларусь). Сенсорные свойства флуорофоров изучены на четырех материалах: пластинах с нанесенным слоем из SiO2 для тонкослойной хроматографии, метилцеллюлозе, приготовленной в виде таблеток и нетканых материалах «Спанлейс» (неткан. мат.1), и «Спанбонд» (неткан. мат.2). Два последних материала использованы в работе [6] при создании сенсорных устройств. Образцы для исследования изготовлены следующим образом. Соединения растворяли в хлороформе (ХЛФ) до концентрации 310-3, затем 50 мкл раствора капали на приготовленные подложки и сушили в течение суток при комнатной температуре. ADS PFO TPD NPD PVK Рис. 1. Структуры молекул-флуорофоров Методика исследования сенсорных свойств флуорофоров заключалась в следующем. На дно кюветы для спектрофотометров с сечением 11 см2 помещалось небольшое количество аналита (NT или TNT), кювета закрывалась крышкой и оставалась в покое некоторое время для насыщения свободного пространства парами аналита. При мониторинге воздействия паров TNT на образцы аналит выдерживался более длительное время (1 ч) в закрытой кювете до начала эксперимента, поскольку скорость его испарения гораздо ниже, чем у NT [7]. Затем в кювету быстро помещался приготовленный образец с сенсорным соединением и сразу же начиналась регистрация кинетики интенсивности излучения на выбранной длине волны (как правило, на длине волны максимума спектра флуоресценции). Кинетику флуоресценции записывали в течение 5 мин. Результаты и их обсуждение Максимумы длинноволновых полос поглощения и флуоресценции приведены в таблице. Спектрально-люминесцентные свойства молекул-сенсоров Флуорофор Длина волны поглощения λmax , нм Длина волны излучения λmax, нм ADS 370 468 PFO 378 442 PVK 308 422 NPD 304 464 TPD 350 406 Динамика изменения интенсивности излучения флуорофоров, нанесенных на подложки с SiO2-слоем при воздействии парами нитросоединений, представлена на рис. 2. Аналогичные кривые получены для подложек из других материалов. Из рис. 2 видно, что степень тушения люминесценции зависит от природы как сенсора, так и аналита. Так, в парах NT наблюдается более резкое падение интенсивности излучения всех исследованных флуорофорв, чем в парах ТNT, что, очевидно, связано с большей плотностью паров NT. В случае эксперимента с парами NT (рис. 2, а) ход кривых примерно одинаков, тогда как в парах TNT (рис. 2, б) можно выделить два семейства кривых, причем тушение интенсивности флуоресценции TPD и NPD происходит заметно быстрее, чем для остальных флуорофоров. Рис. 2. Кинетика люминесценции исследованных флуорофоров на SiO2-подложке при воздействии парами: а - NT; б - TNT Суммарные результаты исследования всех флуорофоров на различных подложках приведены в виде гистограмм на рис. 3. Степень тушения люминесценции, выраженная в процентах (1 - I / I0)100 %, представлена за время мониторинга равное 2 мин. Из рис. 3 видно, что, во-первых, все использованные в работе флуорофоры проявляют сенсорные свойства на пары нитросоединений. Во-вторых, степень флуоресценции, в целом, в парах NT выше, чем в парах TNT, что, очевидно, связано с разной плотностью паров этих соединений в объеме кюветы. В-третьих, что касается материала подложки, то из четырех, предложенных здесь, в среднем эффект выше при использовании подложек с SiO2-слоем. Подложки из метилцеллюлозы также перспективны. Максимальное тушение флуоресценции 43 % при взаимодействии NT в течение 2 мин показал образец на основе ADS на SiO2-подложке. Тушение флуоресценции остальных флуорофоров на SiO2-материале также велико - более 30 %. При воздействии парами TNT наиболее перспективными являются образцы на основе флуорофоров NPD и TPD на SiO2-пластинке. Максимальное тушение флуоресценции 27 % при взаимодействии с TNT в течение 2 мин показал образец на основе NPD. Рис. 3. Зависимость тушения флуоресценции исследуемых образцов на различных подложках при воздействии парами нитросоединений в течение 2 мин Таким образом, при воздействии паров NT сенсорные свойства проявляют все исследованные органические флуорофоры с эффективностью равной 30-40 % на поверхности SiO2, 20-30 % - на поверхности нетканого материала 2, 10-20 % - на поверхности нетканого материала 1 и 10- 30 % - на поверхности метилцеллюлозы. При воздействии парами TNT сенсорные свойства проявляют все исследованные органические флуорофоры с эффективностью равной 5-25 % на поверхности SiO2 и 2-20 % - на поверхности метилцеллюлозы.

Скачать электронную версию публикации