Кафедра технологии тонкого органического синтеза и химии

ОПТИЧЕСКИЕ ХИМИЧЕСКИЕ СЕНСОРЫ
Технология
Газовая
хроматография
Индикаторные
трубки
Электрохимичес
кие сенсоры
Оптические
химические
сенсоры
Портативность
Размер
Вес Энергопотреблен
ие
Настольный
~ 25 кг от электросети
прибор.
50Х50Х50 см
Портативный
от батареек и
100 г
прибор
аккумуляторов
Портативный
от батареек и
500 г
прибор
аккумуляторов
Портативный
от батареек и
100 г
прибор
аккумуляторов
Простота
Сложно
Просто
Цена
Передел
анализа детектирова
ния
1000
руб.
10-4 моль/л
300 руб 10-5 моль/л
Средняя
140
10-5 моль/л
сложность руб/день
Просто
10 руб. 10-8 моль/л
Полимерные сенсорные мембраны на основе ПВХ и
краунсодержащих производных нафталимида
O
N
H2N
O
O
O
O
O
O
Свободный
краситель
Добавка 0,1М
раствора Mg(ClO4)2
O
N
AcHN
O
O
O
O
Состав композита
• Поливинилхлорид
• Диоктилсебакат (пластификатор)
• тетрафенилборат натрия
Na[B(Ph)4]
• Флуороионофор
Mg2+
раствор
Na+
O
O
композит
Гибридные
сенсорные
материалы:
иммобилизация
флуороионофора на поверхности неорганической подложки
O
N
H 2N
O
O
O
N
O
O
BuOAc, 140 0C, линкер
Нити SnO2
оптическая
микрофотография
Гибридный материал
ООО «Сенсерия»
г. Томск
Флуоресцентная микрофотография
Экстракция катионов металлов различной природы
из водной фазы в нитробензол
Me
O
N
S
O
O
O
HC
O
L1
(C17H35)
N
Me
E[%]
DM
100
DM 1
где DM - коэффициент
распределения
ионов металла
n
DM
[M ](org)
[Mn ](w)
+
N
N
H
Me
L
2
Me
O
N
O
O
N
85 %
Me
ClO4-
70 %
E, %
100
90
80
39 %
70
28 %
60
-4
[M(ClO4)n] = 2·10 M,
50
[Ni(NO3)2] = 2·10-4 M;
-3
[HClO4] = 5·10 M;
40
pH = 6,5,
30
MES/NaOH-буфер;
-4
[Ligand] = 5·10 M
в нитробензоле20
10
Ag(I)
Hg(II)
Zn(II)
Cu(II)
Ni(II)
Co(II)
0
1
2
O
O
OH
OH
O
N
N
O
3+O
O
O
O
Eu
O
OH
N
3+
Eu
N
O
OH
N
N
OH
O
O
OH
Комплексы азакраун-эфиров с лантаноидами будут испытаны в
качестве катализаторов процессов гидролиза эфиров фосфорных
кислот и ДНК.
Изучение возможности использования комплексов азакраун-эфиров с
радионуклидами для разрушения раковых клеток.
Зонды для магнитно-резонансной томографии (МРТ)
Разработки кафедры:
МЕТАЛЛСОДЕРЖАЩИЕ АЗОКРАСИТЕЛИ С АРИЛСУЛЬФОНИЛАМИДНОЙ
ГРУППОЙ
Область применения и назначение: металлсодержащие комплексы
азокрасителей, а также получаемые из них олигомерные красители служат для
окрашивания полимерных современных материалов (поливинилхлорид, поликарбонат,
полипропилен).
Краткое описание и основные технические характеристики: синтезированы различные
о,о-дигидроксиазокрасители, содержащие арилсульфониламидные группы как в молекуле
диазосоставляющей, так и в молекуле азосоставляющей. Полученные азокрасители
превращены в металлические комплексы (хром, кобальт, медь) состава 2:1, из которых
синтезированы олигомерные красители.
Преимущества (замещают ли импортный продукт или технологию): олигомерные
красители, полученные при использовании в качестве исходных веществ металлических
комплексов азокрасителей с арилсульфониламидными группами, при окрашивании
поливинилхлорида дают выкраски с хорошим цветовым насыщением, хорошей
миграционной устойчивостью (не ниже 4-5 баллов) и высокими показателями
светостойкости.
Окрашивание конструкционных термопластов (поликарбоната) происходит без признаков
разложения в прозрачные цвета.
Степень освоения: отработаны методики синтеза исходных соединений, азокрасителей,
их металлокомплексов. Наработаны отдельные металлосодержащие красители, которые
прошли испытания.
Правовая защита: научные публикации в журналах. Доклад на 5-й Международной
конференции Colorспеш-94 (Чехия), кандидатская диссертация.
Формы сотрудничества: партнѐрами для сотрудничества могут быть предприятия,
выпускающие изделия из полимерных материалов (поливинилхлорида, поликарбоната. По
заключению НИИПМ им. Г. С. Петрова некоторые марки красителей могут быть
использованы при изготовлении рассеивателей сигнальных фонарей для предприятий
автопрома, авиапрома, судостроительной промышленности.
ЭКОЛОГИЧЕСКИ ЧИСТЫЕ МИШЕНИ – ТАРЕЛОЧКИ ДЛЯ СТЕНДОВОЙ СТРЕЛЬБЫ
(СПОРТИНГА)
Область применения и назначение: мишени предназначены для проведения тренировок,
соревнований по спортингу, стрельбе из дробовых ружей по летящим тарелочкам,
запускаемым специальными машинами.
Краткое описание и основные технические характеристики: спортинг интенсивно
развивается в Европе, США, странах Ближнего Востока, в России. Он является видом
стрелкового спорта, видом тренировки спортсменов-охотников и активного отдыха,
основной мишенью служат тарелочки. По некоторым данным за год в мире их
расходуется до 1 млрд. шт. Качество тарелочек определяется исходными компонентами
(хрупкое органическое связующее и наполнитель). В большинстве случаев как
органическое связующее используется каменноугольный пек, содержащий более 5%
канцерогенных примесей, что в лучшем случае позволяет производить изделия,
содержащие 16000 мг/кг канцерогенных веществ.
Основные технические характеристики: предлагается новый состав для изготовления
мишеней, содержащий компоненты практически свободные от канцерогенных примесей,
и обеспечивающие значительное увеличение содержания инертного наполнителя в
композиции: а) полимерная смола – 9 масс. частей, б) битум – 1, в) доломитовая мука – 40,
г) неионогенная добавка 1% от общей массы.
При таком составе производство мишеней реализуется на существующих
технологических линиях, содержание канцерогенных примесей составляет 20 мг/кг, что
ниже нормы принятой в странах ЕЭС (30 мг/кг).
Преимущества (замещает ли импортный продукт или технологию): предлагаемый
состав позволяет производить мишени-тарелочки, отвечающие требованиям стран ЕЭС,
стабильного качества, хорошо сохраняющиеся при транспортировке, запуске
специальными машинками и стабильно разрушающиеся при попадании дроби во время
стрельбы.
Аналогичные мишени в России отсутствуют.
Степень освоения: новый состав проверен на действующей технологической линии по
производству мишеней, получены опытные партии изделий.
Форма сотрудничества: организация совместного производства или передача исходных
данных на коммерческой основе.
НАНОКОМПОЗИТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ В КАЧЕСТВЕ ВЫСОКОСЕЛЕКТИВНЫХ
СЕНСОРОВ НА КАТИОНЫ МЕТАЛЛОВ
Область применения и назначение: Оптические химические сенсоры являются одной из
важнейших категорий сенсоров, они нечувствительны к электромагнитным и
радиационным полям, способны передавать аналитический сигнал без искажения на
большие расстояния и имеют невысокую стоимость. Разработка сенсоров имеет
приоритетное значение для химической, нефтяной промышленности, экологии,
медицины, военных разработок.
Краткое описание и основные технические характеристики: предложен метод
создания полимерного композита на основе поливинилхлорида, содержащего сенсорную
органическую молекулу, стабилизаторы и соли металлов, не взаимодействующие с
сенсорной молекулой. Предложенная система представляет собой наноразмерное
молекулярное устройство, способное к селективному связыванию катионов меди.
Благодаря особенностям структуры хромофора комплексообразование по азатиакраунэфиру приводит к изменению окраски соединения, достаточному для определения
концентрации катионов меди в растворе на уровне ПДК. Добавление в раствор солей
щелочных и щелочноземельных металлов, а также тяжелых металлов (кадмий, кобальт,
свинец) не вызывает изменений в электронных спектрах системы. Предлагаемая
сенсорная система демонстрирует значительный цветовой контраст при
комплексообразовании, что облегчает визуальное определение катиона металла и
обеспечивает более точное количественное определение.
Преимущества (замещают ли импортный продукт или технологию): первый
патентуемый оптический сенсор на катионы меди. Нечувствительность к
электромагнитным и радиационным полям, передача аналитического сигнала на
расстояние.
Степень освоения: предложен состав композиционного сенсорного материала, изучены
условия детектирования катионов меди, определена чувствительность и время отклика
системы в процессе анализа.
Правовая защита: подана заявка на получение патента.
Формы сотрудничества: разработчик заинтересован в сотрудничестве с компаниями,
занимающимися производством селективных сенсоров для катионного анализа сточных
вод и биохимических исследований.
СУПРАМОЛЕКУЛЯРНЫЕ УСТРОЙСТВА В КАЧЕСТВЕ ВЫСОКОСЕЛЕКТИВНЫХ
СЕНСОРОВ-ЭКСТРАГЕНТОВ НА КАТИОНЫ МЕТАЛЛОВ
Область применения и назначение: фотоуправляемые экстрагенты для извлечения
важных для промышленности катионов металлов и катионного анализа при мониторинге
окружающей среды.
Краткое описание и основные технические характеристики: предложена конструкция
молекулярного наноразмерного устройства, сочетающего функции связывания катионов
металлов, оптического детектирования и фотоуправления процессом
комплексообразования. Заявленный результат достигается дизайном молекулы, в которой
в качестве ионофорного фрагмента используется азакраун-эфир, а в качестве оптически
чувствительного элемента – фотохромный нафтопиран. При сочетании фрагментов в
одной системе наблюдается селективная экстракция солей серебра из водных растворов в
органическую фазу, содержащую данный экстрагент, что сопровождается изменением
окраски органической фазы. Облучение раствора, содержащего эктрагент, приводит к
протеканию фотоиндуцированного перехода нафтопиранового фрагмента в открытую
бетаиновую форму, обладающую в отличие от исходной закрытой формы низкой
комплексообразующей способностью. Таким образом, с использованием света можно
достигать связывания или высвобождения катионов металлов.
Преимущества (замещают ли импортный продукт или технологию): не химическая, а
фотоуправляемая регенерация экстрагента-комплексона после комплексообразования.
Степень освоения: в результате проведенных исследований определены условия
функционирования системы, установлена селективность и эффективность экстракции,
изучено изменение экстракции при фотооблучении.
Правовая защита: готовится заявка на получение патента.
Формы сотрудничества: разработчик заинтересован в сотрудничестве с компаниями,
занимающимися извлечением солей металлов из водных сред.
ГИБРИДНЫЕ НАНОКОМПОЗИТЫ В КАЧЕСТВЕ ОПТИЧЕСКИХ СЕНСОРОВ ДЛЯ
КАТИОННОГО АНАЛИЗА
Область применения и назначение: флуоресцентные сенсоры нового типа, построенные
на основе наноструктурированного материала, в качестве чувствительных элементов
оптоволоконных устройств.
Краткое описание и основные технические характеристики: предложены новые
флуоресцентные сенсоры, полученные "пришивкой" органического флуоресцентого
комплексона к поверхности нанокристаллов оксидов олова. Агрегация нескольких
десятков или сотен молекул на поверхности нанокристалла позволяет достигать
кооперативного эффекта, как при связывании катионов металлов, так и в проявляемом
флуоресцентном эффекте. В результате селективность и чувствительность
нанокомпозиционного материала на порядки выше по сравнению с одиночной молекулой
флуоресцентного сенсора. Предлагаемая наносистема изучена с использованием
флуоресцентной электронной микроскопии, что позволило надежно доказать ее
структуру. Возможность вариации флуоресцирующего фрагмента и комплексона
открывает возможности получения широкого круга сенсорных систем с оптическими
характеристиками в заданной области и селективностью к определенным катионам.
Нафталимид
Степень освоения: определены условия формирования гибридной системы, установлены
возможности пришивки через образование ковалентной связи с использованием
подходящей функциональной группы в органической молекуле или через полимерный
спейсер, установлена селективность и эффективность комплексообразования.
Преимущества (замещают ли импортный продукт или технологию): повышенная
чувствительность нанокомпозиционного сенсора и эффективность комплексообразования
с катионами металлов.
Правовая защита: готовится заявка на получение патента.
Формы сотрудничества: разработчик заинтересован в сотрудничестве с компаниями,
занимающимися извлечением солей металлов из водных сред.