Influence of solvents on generational characteristics and sensitivity of optical integral chemical sesnors.pdf В настоящее время все больший интерес проявляется к химическим сенсорам для обнаружения различных вредных соединений при мониторинге окружающей среды. Типичными соединениями, загрязняющими почву, являются множество токсичных органических соединений различных классов, например, алкилобензолы, нитросоединения и хлоруглеводороды [1]. Существует большое разнообразие видов химических сенсоров, однако в большинстве они требуют прямого электрического контакта с сенсорным слоем или необходимость нагрева чувствительного материала в присутствие аналита. Перечисленные недостатки преодолены в интегрально-оптических молекулярных химических сенсорах, которые работают в режиме люминесценции [2]. Азотсодержащие соединения являются типичными детектируемыми веществами (аналитами) для люминесцентных методов благодаря способности образовывать стабильные и обратимые комплексы с переносом заряда с веществами, которые содержат слабо связанные электроны. Данные комплексы образуются из двух молекул, где происходит перенос электронного заряда от донора к акцептору и молекула донора (сенсора) теряет способность излучать свет. Нитрогруппы принимают электроны при донорно-акцепторной связи, таким образом, изменяют люминесцентные свойства флуорофора [2]. Одним из способов повышения чувствительности люминесцентных молекулярных сенсоров является переход от режима флуоресценции к режиму пороговой лазерной генерации (переход от усиленного спонтанного к вынужденному излучению) [3-6]. Такой переходный режим излучения очень зависим от изменения окружения лазерно-активной среды, и наличие небольшого количества вещества (ppb), вызывающего тушение люминесценции может привести к полному срыву лазерной генерации. В данной работе в качестве сенсорного вещества был выбран поли[9,9-диоктилфлюоренил-2,7-ди-ил] с концевыми группами диметилфенил (ADS129), так как в работах [5, 7, 8] показана перспектива данного соединения в использовании для обнаружения нитросоединений. В качестве аналита был выбран нитротолуол (NT) (рис. 1). Рис. 1. Структуры молекул сенсора (ADS129) и аналита (NT) Эксперимент Выбранный флуорофор растворяли в хлороформе (ХЛФ), толуоле и тетрагидрофуране (ТГФ) в концентрации 10-3 М, полученные растворы наносились на стеклянные подложки методом центрифугирования. Таким образом, были получены образцы пленок для исследования сенсорных свойств флуорофора. Схема эксперимента представлена на рис. 2. Накачка проводилась излучением 3-й гармоники (355 нм) YAG-Nd3+. Спектры генерации регистрировались на спектрометре AvaSpec-2048. Рис. 2. Схема установки (а) для измерения спектрально-люминесцентных и генерационных характеристик: 1 - YAG-Nd3+-лазер (λген = 355 нм); 2 - система неселективных светофильтров; 3 - измеритель энергии Gentec EO ED-100A-UV; 4 - светоделительная пластина; 5 - оптическая система формирующая геометрию пучка накачки; 6 - газовая кювета; 7 - исследуемый тонкопленочный образец; 8 - Спектрометр AvaSpec-2048. Фотография газовой кюветы (б) Для исследования сенсорных свойств пленка сенсора помещалась в кювету. До начала регистрации спектров генерации кювета продувалась аргоном, спустя 3 мин регистрировали спектр генерации, далее в кювету добавляли пары аналита. Пары нитротолуола получали путем выдержки порошка NT в закрытом сосуде в течение суток. Затем насыщенные пары аналита впрыскивались в кювету с исследуемым образцом. Регистрация интенсивности генерации проводилась через 30 с после добавления паров нитротолуола. Результаты и их обсуждение В результате исследований получены спектры генерации исследуемых пленок сенсора при воздействии паров NT. Генерация образцов на основе ADS129 в ХЛФ наблюдалась на длине волны 466 нм, на основе ADS129 в толуоле - 447 нм. В образце на основе ADS129 в ТГФ наблюдалось три полосы на длинах волн 441, 451 и 465 нм разной интенсивности (рис. 3). Получено, что у образца на основе ADS129 в ХЛФ интенсивность генерации после воздействия паров NT составляет 50% от начального значения. В случае исследования пленки на основе ADS129 в толуоле интенсивность генерации при взаимодействии с аналитом упала на 25% (рис. 3, б). У образца на основе ADS129 в ТГФ на длине волны 451 нм с максимальной интенсивностью генерации после воздействия паров NT интенсивность снизилась до 70% от начального значения (рис. 3). Рис. 3. Спектры изменения генерации исследованных пленок на стеклянной подложке при воздействии парами NT: 1 - спектр генерации пленки после продувки кюветы Ar; 2 - спектр генерации пленки после добавления в кювету паров NT; а - ADS129 в ХЛФ, б - ADS129 в толуоле, в - ADS129 в ТГФ Заключение В работе получена генерация пленок ADS129 в различных растворителях при возбуждении 3 й гармоникой YAG-Nd3+-лазера (335 нм). Наблюдается смещение длины генерации флуорофора в зависимости от растворителя. Исследованы сенсорные свойства данных образцов на присутствие паров нитросоединений в режиме лазерной генерации. Получено максимальное падение интенсивности генерации для образца на основе ADS129 в ХЛФ: 50% от начального уровня в течение 30 с.

Скачать электронную версию публикации