СЕНСОРНІ ВЛАСТИВОСТІ НАНОКОМПОЗИТІВ ЕЛЕКТРОПРОВІДНИХ ПОЛІМЕРІВ ЩОДО ОТРУЙНИХ ТА ВИБУХОНЕБЕЗПЕЧНИХ ЛЕТКИХ СПОЛУК
DOI:
https://doi.org/10.18524/1815-7459.2022.1/2.258453Ключові слова:
хеморезистивні сенсори, електропровідні полімери, нанокомпозити, фосфор- та хлорорганічні токсичні сполуки, нітроароматичні вибухонебезпечні речовиниАнотація
Робота присвячена дослідженню сенсорних властивостей нанокомпозитів електропровідних полімерів щодо ряду фосфор- та хлорорганічних летких сполук, що є імітаторами отруйних газоподібних речовин, а також до нітроароматичних імітаторів вибухонебезпечних органічних речовин. Вимірювання газової чутливості проводились за допомогою масиву хеморезистивних сенсорних мікроелектродів, вкритих тонкими шарами цих нанокомпозитів. Концентрацію летких сполук варіювали в межах від 10 до 1000 ррм. Максимальна величина відносних відгуків була на рівні 4–5%, поріг детектування в залежності від типу аналізованих токсичних речовин складав від 10 до 100 ррм, швидкодія відгуків була близько 1 хв. Продемонстровано можливість якісної ідентифікації отруйних та вибухонебезпечних речовин в широкому діапазоні концентрацій з використанням методів статистичного аналізу даних від сенсорного масиву.
Посилання
D. Noort, H. P. Benschop, R. M. Black. Biomonitoring of Exposure to Chemical Warfare Agents: a Review // Toxicol. Appl. Pharmacol., 2002, 184, pp. 116–126.
H. De Cauwer, F. J. M. P. Somville, M. Joillet. Neurological Aspects of Chemical and Biological Terrorism: Guidelines for Neurologists // Acta Neurol. Belg., 2017, 117, pp. 603–611.
N. Zehra, A. Kalita, A. H. Malik, U. Barman, M. A. Afroz, P. K. Iyer. Conjugated Polymer-Based Electrical Sensor for Ultratrace Vapor-Phase Detection of Nerve Agent Mimics // ACS Sens., 2020, 5, pp. 191–198.
K. Kim, O. G. Tsay, D. A. Atwood, D. G. Churchill. Destruction and Detection of Chemical Warfare Agents // Chem. Rev., 2011, 111, pp. 5345–5403.
L. Zeng, H. Zeng, L. Jiang, S. Wang, J.-T. Hou, J. Yoon. A Single Fluorescent Chemosensor for Simultaneous Discriminative Detection of Gaseous Phosgene and a Nerve Agent Mimic // Anal. Chem., 2019, 91, pp. 12070–12076.
G. S. García-Briones, M. Olvera-Sosa, G. Palestino. Novel Supported Nanostructured Sensors for Chemical Warfare Agents (CWAs) Detection. In: Bittencourt C., Ewels C., Llobet E. (eds) Nanoscale Materials for Warfare Agent Detection: Nanoscience for Security. NMWAD2017. NATO Science for Peace and Security Series A: Chemistry and Biology. 2019, 225–251, Springer, Dordrecht. https://doi.org/10.1007/978–94–024–1620–6_11.
R. Zhu, J. M. Azzarelli, T. M. Swager. Wireless Hazard Badges to Detect Nerve-Agent Simulants // Angew. Chem. Int. Ed. 2016, 55, pp. 9662–9666.
O. S. Kwon, S. J. Park, J. S. Lee, E. Park, T. Kim, H. W. Park, S. A. You, H. Yoon, J. Jang. Multidimensional Conducting Polymer Nanotubes for Ultrasensitive Chemical Nerve Agent Sensing // Nano Lett., 2012, 12, pp. 2797–2802.
S. Y. Park, Y. Kim, T. Kim, T. H. Eom, S. Y. Kim, H. W. Jang. Chemoresistive Materials for Electronic Nose: Progress, Perspectives, and Challenges // InfoMat., 2019, 1, pp. 289–316.
A. Kaushik, R. Kumar, S. K. Arya, M. Nair, B. D. Malhotra, S. Bhansali. Organic– Inorganic Hybrid Nanocomposite-Based Gas Sensors for Environmental Monitoring // Chem. Rev., 2015, 115, pp. 4571–4606.
R. A. Potyrailo. Multivariable Sensors for Ubiquitous Monitoring of Gases in the Era of Internet of Things and Industrial Internet // Chem. Rev., 2016, 116, pp. 11877–11923.
L. Bigiani, D. Zappa, D. Barreca, A. Gasparotto, C. Sada, G. Tabacchi, E. Fois, E. Comini, C. Maccato. Sensing Nitrogen Mustard Gas Simulant at the ppb Scale via Selective Dual-Site Activation at Au/Mn3O4 Interfaces // ACS Appl. Mater. Interfaces, 2019, 11, pp. 23692–23700.
L. Bigiani, D. Zappa, C. Maccato, E. Comini, D. Barreca, A. Gasparotto. Quasi‑1D MnO2 Nanocomposites As Gas Sensors for Hazardous Chemicals // Appl. Surf. Sci., 2020, 512, article no 145667.
G. Sberveglieri, C. Baratto, E. Comini, G. Faglia, M. Ferroni, M. Pardo, A. Ponzoni, A. Vomiero. Semiconducting Tin Oxide Nanowires and Thin Films for Chemical Warfare Agents Detection // Thin Solid Films, 2009, 517, pp. 6156–6160.
J. S. Lee, O. S. Kwon, S. J. Park, E. Y. Park, S. A. You, H. Yoon, J. Jang. Fabrication of Ultrafine Metal-Oxide- Decorated Carbon Nanofibers for DMMP Sensor Application // ACS Nano, 2011, 5, pp. 7992–8001.
C. P. Chang, C. L. Yuan. The Fabrication of a MWNTs–Polymer Composite Chemoresistive Sensor Array to Discriminate Between Chemical Toxic Agents // J. Mater. Sci., 2009, 44, pp. 5485–5493.
S. Cho, O. S. Kwon, S. A. You, J. Jang. Shape-Controlled Polyaniline Chemiresistors for High-Performance DMMP Sensors: Effect of Morphologies and Charge-Transport Properties // J. Mater. Chem. A, 2013, 1, pp. 5679–5688.
H. Yu, H. Han, J. Jang, S. Cho. Fabrication and Optimization of Conductive Paper Based on Screen-Printed Polyaniline/Graphene Patterns for Nerve Agent Detection // ACS Omega, 2019, 4, pp. 5586–5594.
G. E. Collins, L. J. Buckley. Conductive Polymer-Coated Fabrics for Chemical Sensing // Synth. Met., 1996, 78, pp. 93–101.
J. S. Lee, D. H. Shin, J. Jun, J. Jang. Multidimensional Polypyrrole/Iron Oxyhydroxide Hybrid Nanoparticles for Chemical Nerve Gas Agent Sensing Application // ACS Nano, 2013, 7, pp. 10139–10147.
J. Jun, J. S. Lee, D. H. Shin, J. Oh, W. Kim, W. Na, J. Jang. Fabrication of a One-Dimensional Tube-in-Tube Polypyrrole/Tin Oxide Structure for Highly Sensitive DMMP Sensor Applications // J. Mater. Chem. A, 2017, 5, pp. 17335–17340.
J. F. Fennell, H. Hamaguchi, B. Yoon, T. M. Swager. Chemiresistor Devices for Chemical Warfare Agent Detection Based on Polymer Wrapped Single-Walled Carbon Nanotubes // Sensors, 2017, 17, article no 982.
F. Wang, H. Gu, T. M. Swager. Carbon Nanotube/Polythiophene Chemiresistive Sensors for Chemical Warfare Agents // J. Am. Chem. Soc., 2008, 130, pp. 5392–5393.
N. Ogurtsov, V. Bliznyuk, A. Mamykin, O. Kukla, Yu. Piryatinski, A. Pud. Poly(vinylidene fluoride)/poly(3- methylthiophene) core-shell nanocomposites with improved structural and electronic properties of the conducting polymer component // Physical Chemistry Chemical Physics journal, 2018, Vol. 20, pp. 6450–6461.
O. L. Kukla, A. V. Mamykin, A. A. Pud, N. A. Ogurtsov, Yu. V. Noskov, S. D. Mikhaylov. Nanostructured electroconductive composite materials for detecting phosphorus and chlororoganic substances // Collection of scientific papers, X International scientific conference “Functional basis of nanoelectronics”, September 16–21, Kharkiv – Odesa, 2019, pp. 70–73.
S. Mikhaylov, N. Ogurtsov, Y. Noskov, N. Redon, P. Coddeville, J. -L. Wojkiewicz, A. Pud, Ammonia/amines electronic gas sensors based on hybrid polyaniline-TiO 2 nanocomposites. The effects of titania and the surface active doping acid // RSC Adv., 2015, 5, pp. 20218–20226.
N. A. Ogurtsov, Y. V. Noskov, V. N. Bliznyuk, V. G. Ilyin, J. -L. Wojkiewicz, E. A. Fedorenko, A. A. Pud, Evolution and Interdependence of Structure and Properties of Nanocomposites of Multiwall Carbon Nanotubes with Polyaniline // J. Phys. Chem. C., 2016, 120, pp. 230–242.
N. A. Ogurcov, Yu. V. Noskov, O. S. Kruglyak, S. I. Bohvan, V. V. Klepko, M. V. Petrichuk, A. A. Pud, Vliyanie aniona-dopanta na strukturu i svojstva nanokompozitov polipirrola i uglerodnyh nanotrubok // Teor. eksp. himiya, 2018, 54, s. 104–110. (in Russian).
M. O. Ohurtsov, O. A. Pud, A. V. Mamykin, O. L. Kukla. Elektroprovidnyi polimernyi kompozyt na osnovi poli‑3-metyltiofenu dlia sensornykh vymiriuvan // Patent Ukrainy na korysnu model UA No.131913, zaiavka No.u2018 07162 vid 26.06.2018, opubl. 11.02.2019, Biul. No.3. (in Ukrainian).
O. L. Kukla, O. S. Pavliuchenko, Yu. M. Shyrshov, N. V. Konoshchuk, O. Yu. Posudiievskyi, V. D. Pokhodenko. Vykorystannia tonkykh plivok polianilinu, polipirolu ta politiofenu yak chutlyvykh shariv v khemosensornykh masyvakh // Doslidzhennia u haluzi sensornykh system ta tekhnolohii: Zbirnyk naukovykh prats za kompleksnoiu prohramoiu fundamentalnykh doslidzhen NAN Ukrainy, za red. H. V. Yelskoi, V. D. Pokhodenka, Kyiv, 2006, s. 134–144. (in Ukrainian).
Z. I. Kazantseva, I. A. Koshets, A. V. Drapailo, V. I. Kalchenko, O. I. Kazantsev. Censorni vlastyvosti plivok tiakaliksareniv shchodo toksychnykh ta vybukhonebezpechnykh letkykh spoluk // Sensor Electronics and Мicrosystem Technologies, 2021, Vol. 18, No. 3, pp. 51– 63. (in Ukrainian).
T. Boublik, V. Fried, and E. Hala. The Vapour Pressures of Pure Substances. Second Revised Edition. Amsterdam: Elsevier, 1984.
J. H. Purnell, J. Chem. Soc., 1958, 621 p.
T. E. Daubert, R. P. Danner. Physical and Thermodynamic Properties of Pure Chemicals Data Compilation. Washington, D. C.: Taylor and Francis, 1991.
PubHem (Open chemistry database)
J. A. Riddick, W. B. Bunger, T. K. Sakano. Techniques of Chemistry 4th ed., Vol. II. Organic Solvents. New York, NY: John Wiley and Sons, 1985.
A. L. Kukla, A. S. Pavluchenko, Yu. M. Shirshov, N. V. Konoshchuk, O. Yu. Posudievsky. Application of sensor arrays based on thin films of conducting polymers for chemical recognition of volatile organic solvents // Sensors and Actuators, 2009, B135, pp. 541–551.
P. C. Jurs, G. A. Bakken and H. E. Mc- Clelland. Computational Methods for the Analysis of Chemical Sensor Array Data from Volatile Analytes // Chemical Review, 2000, 100, pp. 2649–2678.
##submission.downloads##
Опубліковано
Номер
Розділ
Ліцензія
Ця робота ліцензується відповідно до Creative Commons Attribution-NonCommercial 4.0 International License.
Авторське право переходить Видавцю.
