RU2412959C1 - Polymer chemosensory material - Google Patents
Polymer chemosensory material Download PDFInfo
- Publication number
- RU2412959C1 RU2412959C1 RU2009130520/05A RU2009130520A RU2412959C1 RU 2412959 C1 RU2412959 C1 RU 2412959C1 RU 2009130520/05 A RU2009130520/05 A RU 2009130520/05A RU 2009130520 A RU2009130520 A RU 2009130520A RU 2412959 C1 RU2412959 C1 RU 2412959C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- polymer
- hydrogen ions
- chemosensory
- content
- solutions
- Prior art date
Links
Landscapes
- Investigating Or Analysing Materials By The Use Of Chemical Reactions (AREA)
- Investigating Or Analyzing Non-Biological Materials By The Use Of Chemical Means (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к химической промышленности, а именно к получению полимерного хемосенсорного материала, включающего полимер и замещенный порфирин, который может быть использован для избирательной, непрерывной, долговременной и незагрязняющей регистрации содержания ионов водорода в растворах.The invention relates to the chemical industry, in particular to the production of a polymeric chemosensor material, including a polymer and substituted porphyrin, which can be used for selective, continuous, long-term and non-polluting registration of the content of hydrogen ions in solutions.
Уровень техникиState of the art
В настоящее время актуально производство новых материалов, которые могут быть использованы в качестве обратимых оптических индикаторов для непрерывной длительной регистрации присутствия и содержания ионов водорода в растворах. Ионы водорода являются составной частью молекул воды и находятся с ними в состоянии постоянного обмена. Содержание ионов водорода в крови, моче, клеточной плазме и других биологических жидкостях животных, растений и микроорганизмов позволяет судить о состоянии их здоровья. Содержание ионов водорода в воде и почве позволяет судить о пригодности конкретной среды обитания для жизнедеятельности тех или иных организмов. Содержание ионов водорода в сельскохозяйственных и других продуктах питания позволяет судить об их качестве. По этим причинам непрерывный аналитический контроль ионов водорода в биологических жидкостях, окружающей среде, продуктах питания, в технических и технологических жидкостях является важнейшей и неотъемлемой частью медицинских, санитарных, экологических и производственных регламентов.Currently, the production of new materials that can be used as reversible optical indicators for continuous long-term registration of the presence and content of hydrogen ions in solutions is relevant. Hydrogen ions are an integral part of water molecules and are in a state of constant exchange with them. The content of hydrogen ions in the blood, urine, cell plasma and other biological fluids of animals, plants and microorganisms allows us to judge the state of their health. The content of hydrogen ions in water and soil allows us to judge the suitability of a particular habitat for the life of various organisms. The content of hydrogen ions in agricultural and other food products allows us to judge their quality. For these reasons, continuous analytical control of hydrogen ions in biological fluids, the environment, food, technical and technological fluids is an important and integral part of medical, sanitary, environmental and production regulations.
Известна полимерная композиция для хемосенсорного материала [Шумилова Г.И., Валиотти А.Б., Макарычев-Михайлов С.М. «Металлопорфирины в ионометрии». / В кн. Успехи химии порфиринов. Т. 3. С.-Петербург: НИИ Химии СПбГУ, 2001Known polymer composition for chemosensory material [Shumilova G.I., Valiotti A.B., Makarychev-Mikhailov S.M. "Metalloporphyrins in ionometry." / In the book. Advances in the chemistry of porphyrins. T. 3. St. Petersburg: Research Institute of Chemistry, St. Petersburg State University, 2001
с.314-325]. Она содержит, вес.%:p. 314-325]. It contains, wt.%:
- пластификатор, в качестве которого могут быть дибутилфталат, ди-гексилсебацинат или о-нитрофенилоктиловый эфир - 66;- a plasticizer, which can be dibutyl phthalate, di-hexyl sebacinate or o-nitrophenyl octyl ether - 66;
- поливинилхлорид - 33;- polyvinyl chloride - 33;
- замещенный порфирин, в качестве которого может быть хлорид марганец-тетрафенилпорфина, хлорид галий-тетрафенилпорфина, хлорид индий-тетрафенилпорфина или хлорид талий-тетрафенилпорфина - 1.- substituted porphyrin, which may be manganese-tetraphenylporfin chloride, gallium-tetraphenylporfin chloride, indium tetraphenylporfin chloride or thallium-tetraphenylporfin chloride - 1.
Материал из этой композиции обладает избирательной, пропорциональной и обратимой электрохимической чувствительностью к содержанию лишь хлоридных, бромидных, иодидных, перхлоратных, цианидных и ацетатных анионов в водных растворах.The material from this composition has selective, proportional and reversible electrochemical sensitivity to the content of only chloride, bromide, iodide, perchlorate, cyanide and acetate anions in aqueous solutions.
Однако материал имеет следующие недостатки:However, the material has the following disadvantages:
1. Он не обладает чувствительностью к ионам водорода, проявляющейся в избирательном, пропорциональном и обратимом изменении окраски в присутствии ионов водорода, т.к. порфирины, входящие в его состав, не способны изменять окраску в присутствии ионов водорода, а поливинилхлорид не обладает избирательной проницаемостью по отношению к ионам водорода.1. It does not have a sensitivity to hydrogen ions, which manifests itself in a selective, proportional and reversible color change in the presence of hydrogen ions, because the porphyrins included in its composition are not able to change color in the presence of hydrogen ions, and polyvinyl chloride does not have selective permeability with respect to hydrogen ions.
2. В процессе эксплуатации хемосенсорного материала тестируемый раствор загрязняется и срок службы материала сокращается за счет того, что порфирины, растворенные в пластификаторе, распределенном в структуре полимера, и сам пластификатор вымываются растворителями, попадая в тестируемый раствор.2. During the operation of the chemosensor material, the test solution becomes contaminated and the service life of the material is reduced due to the fact that the porphyrins dissolved in the plasticizer distributed in the polymer structure and the plasticizer itself are washed out by solvents entering the test solution.
Сущность изобретенияSUMMARY OF THE INVENTION
Изобретательской задачей является поиск полимерного хемо-сенсорного материала, включающего полимер и замещенный порфирин, который обладал бы способностью к избирательному, пропорциональному и обратимому изменению окраски в присутствии ионов водорода и не загрязнял бы тестируемый раствор.An inventive task is to search for a polymer chemo-sensor material, including a polymer and substituted porphyrin, which would be capable of selective, proportional and reversible color change in the presence of hydrogen ions and would not contaminate the test solution.
Поставленная задача решена полимерным хемосенсорным материалом, включающим полимер и замещенный порфирин, который в качестве полимера содержит триацетат целлюлозы в количестве 99,997-99,99 мас.%, а в качестве замещенного порфирина - тетра-аммонийную соль 5,10,15,20-тетракис(4-сульфонафтофенил)-21Н,23Н-порфирина в количестве 0,003-0,01 мас.%.The problem is solved by a polymeric chemosensor material, including a polymer and substituted porphyrin, which contains 99.997-99.99 wt% cellulose triacetate as a polymer, and tetra-ammonium salt 5,10,15,20-tetrakis as substituted porphyrin (4-sulfonaphthophenyl) -21H, 23H-porphyrin in an amount of 0.003-0.01 wt.%.
Изобретение позволяет придать полимерному хемосенсорному материалу чувствительность к ионам водорода, которая проявляется в избирательном, пропорциональном и обратимом изменении окраски в растворах с различным содержанием ионов водорода, и не загрязняет исследуемые растворы.EFFECT: invention makes it possible to impart a sensitivity to hydrogen ions to a polymeric chemosensor material, which is manifested in selective, proportional and reversible color change in solutions with different contents of hydrogen ions, and does not contaminate the studied solutions.
Сведения, подтверждающие возможность воспроизведения изобретенияInformation confirming the reproducibility of the invention
Для приготовления композиции используют следующие вещества:The following substances are used to prepare the composition:
1. Триацетат целлюлозы может использоваться любой, обладающий прозрачностью, например, CAS 9012-09-3, Ферганское производственное объединение «Азот».1. Cellulose triacetate can be used with any transparency, for example, CAS 9012-09-3, Fergana Production Association “Nitrogen”.
2. Муравьиная кислота CAS 64-18-6 ЧДА (86,5-99,7%) ГОСТ 5848-73.2. Formic acid CAS 64-18-6 PSA (86.5-99.7%) GOST 5848-73.
3. Тетрааммонийная соль 5,10,15,20-тетракис(4-сульфонатофенил)-21Н,23Н-порфина. Она была получена по методике [Busby C.A., Dinello R.K., Dolphin D.A convenient preparation of ms-tetra(p-sulphonatophenil)porphyrin. - Can. J. Chem., 1975, Vol.53, №11, P.1554]. Тетрафенилпорфин (2 г) и концентрированную серную кислоту (50 мл) растирали в фарфоровой ступке до однородной консистенции. Полученную смесь помещали в колбу на 100 мл, снабженную мешалкой, и нагревали на паровой бане при перемешивании 6 часов, после чего оставляли на 3 дня. Содержимое колбы выливали на 150 г льда. Выпавший зеленый осадок порфирина отделяли центрифугированием и сразу несколько раз промывали ацетоном (3 порциями по 50 мл). Полученную тетрасульфокислоту тетрафенилпорфина смешивали с 50 мл воды и переводили в аммонийную соль осторожной нейтрализацией 10%-ным водным аммиаком. После отгонки воды под вакуумом при 333-343 К выделяли сырой продукт. Окончательную очистку тетрааммонийной соли 5,10,15,20-тетракис(4-сульфонатофенил)-21Н,23Н-порфина осуществляли хроматографией на окиси алюминия II степени активности. В качестве растворителя и элюента использовали н-бутанол, насыщенный аммиаком. Для приготовления элюента н-бутанол и водный 25% аммиак встряхивали в делительной воронке. Затем смесь оставляли до полного расслоения. Верхний бутанольный слой осторожно отделяли от водного и использовали для хроматографии. Малиновую зону аммонийной соли тетрасульфокислоты тетрафенилпорфина собирали в приемник, после чего целевой продукт экстрагировали 1-2 мл дистиллированной воды. После упаривания воды получали чистый целевой продукт с выходом 80%.3. The tetraammonium salt of 5,10,15,20-tetrakis (4-sulfonatophenyl) -21H, 23H-porphin. It was obtained by the method of [Busby C.A., Dinello R.K., Dolphin D.A convenient preparation of ms-tetra (p-sulphonatophenil) porphyrin. - Can. J. Chem., 1975, Vol. 53, No. 11, P.1554]. Tetraphenylporfin (2 g) and concentrated sulfuric acid (50 ml) were ground in a porcelain mortar to a homogeneous consistency. The resulting mixture was placed in a 100 ml flask equipped with a stirrer and heated in a steam bath with stirring for 6 hours, after which it was left for 3 days. The contents of the flask were poured onto 150 g of ice. The precipitated green precipitate of porphyrin was separated by centrifugation and immediately washed several times with acetone (3 portions of 50 ml). The resulting tetrasulfonic acid tetraphenylporfin was mixed with 50 ml of water and transferred to the ammonium salt by careful neutralization with 10% aqueous ammonia. After distillation of the water under vacuum at 333-343 K, the crude product was isolated. The final purification of the tetraammonium salt of 5,10,15,20-tetrakis (4-sulfonatophenyl) -21H, 23H-porphin was carried out by chromatography on alumina of the II degree of activity. As solvent and eluent, n-butanol saturated with ammonia was used. To prepare the eluent, n-butanol and aqueous 25% ammonia were shaken in a separatory funnel. Then the mixture was left until complete separation. The upper butanol layer was carefully separated from the aqueous layer and used for chromatography. The raspberry zone of the ammonium salt of tetrasulfonic acid tetraphenylporfin was collected in a receiver, after which the target product was extracted with 1-2 ml of distilled water. After evaporation of water, a pure target product was obtained in 80% yield.
Изобретение реализуется следующим образом.The invention is implemented as follows.
Пример 1. Изготовление полимерного хемосенсорного материала.Example 1. The manufacture of polymer chemosensory material.
Материал получают в виде полимерной пленки методом сухого формования. Для этого 2 г (99.997 мас.%) порошка триацетата целлюлозы заливают 24 мл муравьиной кислоты и эту смесь оставляют на 24 часа при комнатной температуре для набухания. Затем добавляют 0,012 г (0.003 мас.%) тетрааммонийной соли 5,10,15,20-тетракис(4-сульфонатофенил)-21Н,23Н-порфина, периодически перемешивая смесь стеклянной палочкой. Затем раствор пропускают через фильтр Шота для отделения механических примесей и получения однородного раствора. Далее при помощи аппликатора формуют полимерную пленку, после чего сформованную пленку оставляют на 24 часа на воздухе для удаления муравьиной кислоты. Сформованную пленку отделяют от стеклянной подложки при помощи воды. Избыток тетрааммонийной соли 5,10,15,20-тетракис(4-сульфонатофенил)-21Н,23Н-порфина с поверхности сформованной пленки отмывают путем замачивания пленки в дистиллированной воде при 25°С в течение 30 мин. На заключительном этапе пленку помещают в вакуумный шкаф на 24 часа при 25°С для окончательной просушки. Толщину пленки регулируют подвижной планкой, способной опускаться и подниматься вертикально. Толщина пленки, измеренная при помощи толщиномера ИЗВ-1 с погрешностью 0,5 мкм, составила 20-25 мкм.The material is obtained in the form of a polymer film by dry molding. To do this, 2 g (99.997 wt.%) Of cellulose triacetate powder is poured into 24 ml of formic acid and this mixture is left for 24 hours at room temperature for swelling. Then, 0.012 g (0.003 wt.%) Of the tetraammonium salt of 5,10,15,20-tetrakis (4-sulfonatophenyl) -21H, 23H-porphin is added, periodically stirring the mixture with a glass rod. Then the solution is passed through a Shot filter to separate mechanical impurities and obtain a homogeneous solution. Then, with the help of an applicator, a polymer film is formed, after which the formed film is left for 24 hours in air to remove formic acid. The formed film is separated from the glass substrate with water. Excess tetraammonium salt of 5,10,15,20-tetrakis (4-sulfonatophenyl) -21H, 23H-porphin from the surface of the formed film is washed by soaking the film in distilled water at 25 ° C for 30 minutes. At the final stage, the film is placed in a vacuum oven for 24 hours at 25 ° C for final drying. The film thickness is regulated by a movable bar, capable of lowering and rising vertically. The film thickness, measured using an IZV-1 thickness gauge with an accuracy of 0.5 μm, was 20–25 μm.
Пример 2. Определение чувствительности полимерного хемосенсорного материала к ионам водорода.Example 2. Determination of the sensitivity of the polymer chemosensor material to hydrogen ions.
Полимерную пленку, полученную как описано в примере 1, помещают в оптическую кювету, заполненную буферным раствором с рН 6.86, выдерживают 30 минут и записывают электронный спектр поглощения пленки при температуре 25°C с помощью регистрирующего спектрофотометра Agilent 8453 в интервале от 350 до 850 нм, фиксируют длину волны максимумов поглощения пленки, которые равны 420, 483 и 698 нм. Затем рН раствора изменяют с помощью буферных растворов до 4.01, 3.56 и 1.68 и при каждом значении рН также записывают электронный спектр поглощения пленки. В интервале рН от 6.86 до 1.68 наблюдают постепенное изменение цвета пленочного материала от почти бесцветного слабо-розового до интенсивного зеленого и в электронном спектре поглощения фиксируют уменьшение интенсивности полосы поглощения при 420 нм и рост интенсивности полос поглощения при 483 и 698 нм. При этом интенсивность окраски пленочного материала, количественно определяемая поглощением, при 483 и 698 нм, пропорциональна количеству ионов водорода в растворе.The polymer film obtained as described in example 1 was placed in an optical cuvette filled with a buffer solution with a pH of 6.86, held for 30 minutes, and the electronic absorption spectrum of the film was recorded at a temperature of 25 ° C using an Agilent 8453 recording spectrophotometer in the range from 350 to 850 nm, fix the wavelength of the absorption maximums of the film, which are 420, 483 and 698 nm. Then, the pH of the solution is changed with buffer solutions to 4.01, 3.56 and 1.68, and the electronic absorption spectrum of the film is also recorded at each pH value. In the pH range from 6.86 to 1.68, a gradual change in the color of the film material from almost colorless faint pink to intense green is observed, and a decrease in the intensity of the absorption band at 420 nm and an increase in the intensity of absorption bands at 483 and 698 nm are recorded in the electronic absorption spectrum. In this case, the color intensity of the film material, quantitatively determined by the absorption, at 483 and 698 nm, is proportional to the number of hydrogen ions in the solution.
Эксперимент повторяли три раза. При одинаковых значениях рН растворов положение полос и величина поглощения максимумов в электронном спектре поглощения испытуемого полимерного хемосенсорного материала совпали. С увеличением рН анализируемого раствора изменяется интенсивность окраски полимерной пленки.The experiment was repeated three times. At the same pH values of the solutions, the position of the bands and the maximum absorption in the electronic absorption spectrum of the test polymer chemosensor material coincided. With increasing pH of the analyzed solution, the color intensity of the polymer film changes.
Параметры электронных спектров поглощения полимерной пленки с различным содержанием компонентов полимерной композиции, помещенной в раствор с различным содержанием ионов водорода (рН) при температуре 25°С, приведены в таблице.The parameters of the electronic absorption spectra of a polymer film with a different content of the components of the polymer composition placed in a solution with a different content of hydrogen ions (pH) at a temperature of 25 ° C are shown in the table.
Данные таблицы с очевидностью подтверждают, что заявленный хемосенсорный материал обладает способностью к избирательному, пропорциональному и обратимому изменению окраски в растворах с различным содержанием ионов водорода и не загрязняет исследуемый раствор. Об избирательности заявленного материала свидетельствует тот факт, что при переходе от щелочной среды анализируемого раствора к кислой в электронном спектре пленки наблюдается уменьшение интенсивности поглощения полосы при 420 нм и рост интенсивности поглощения при 483 и 698 нм. О пропорциональности отклика материала на величину рН раствора свидетельствует величина поглощения максимума полосы при 483 и 698 нм. Изменение содержания ионов водорода в растворе обратимо изменяет интенсивность окраски пленки. Это позволяет многократно использовать один и тот же материал для экспресс-анализа растворов в средах с изменяющимся рН.These tables clearly confirm that the claimed chemosensor material is capable of selective, proportional and reversible color change in solutions with different contents of hydrogen ions and does not pollute the test solution. The selectivity of the claimed material is evidenced by the fact that during the transition from the alkaline medium of the analyzed solution to acidic in the electronic spectrum of the film, a decrease in the absorption intensity of the band at 420 nm and an increase in the absorption intensity at 483 and 698 nm are observed. The proportionality of the response of the material to the pH of the solution is evidenced by the absorption maximum of the band at 483 and 698 nm. A change in the content of hydrogen ions in the solution reversibly changes the color intensity of the film. This allows you to reuse the same material for rapid analysis of solutions in environments with changing pH.
Claims (1)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2009130520/05A RU2412959C1 (en) | 2009-08-10 | 2009-08-10 | Polymer chemosensory material |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2009130520/05A RU2412959C1 (en) | 2009-08-10 | 2009-08-10 | Polymer chemosensory material |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2412959C1 true RU2412959C1 (en) | 2011-02-27 |
Family
ID=46310588
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2009130520/05A RU2412959C1 (en) | 2009-08-10 | 2009-08-10 | Polymer chemosensory material |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2412959C1 (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2786858C1 (en) * | 2021-12-29 | 2022-12-26 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Ивановский государственный химико-технологический университет" | Polymer ph sensor material |
-
2009
- 2009-08-10 RU RU2009130520/05A patent/RU2412959C1/en not_active IP Right Cessation
Non-Patent Citations (3)
Title |
---|
БУМИСТРОВ В.А. и др. Пластические массы, 2005, №4, с.34, 35. * |
РЖ 19ГД. Аналитическая химия. 05.10-19Г.89 Баланс чувствительность-селективность в сенсорах масс-случай металлопорфиринов, 2005, №10. * |
Успехи химии порфиринов. - Под ред. О.А. Голубчикова. - СПб.: изд-во НИИ химии СПбГУ, 2001, т.3, с.314-325. * |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2786858C1 (en) * | 2021-12-29 | 2022-12-26 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Ивановский государственный химико-технологический университет" | Polymer ph sensor material |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Qin et al. | A thiocoumarin-based colorimetric and ratiometric fluorescent probe for Hg 2+ in aqueous solution and its application in live-cell imaging | |
Wang et al. | A novel porphyrin-based near-infrared fluorescent probe for hypochlorite detection and its application in vitro and in vivo | |
He et al. | A fluorescent chemical sensor for Hg (II) based on a corrole derivative in a PVC matrix | |
CN108844931B (en) | Simultaneous detection of SO with LZQ fluorescent probe2Derivatives and use in HSA | |
CN107216270A (en) | A kind of application for detecting hydrogen sulfide high selectivity response type fluorescence probe | |
Basu et al. | Amidothiourea based colorimetric receptors for basic anions: evidence of anion induced deprotonation of amide–NH proton and hydroxide induced anion⋯ π interaction with the deprotonated receptors | |
CN107286173B (en) | Rhodol derivative and preparation method and application thereof | |
US8557811B2 (en) | Dual-color imaging method of sodium/calcium activities using two-photon fluorescent probes and preparation method of two-photon fluorescent probes | |
Wu et al. | A red-to-near-infrared fluorescent probe for the detection of thiophenol based on a novel hydroxylflavone-quinoline-amino molecular system with large Stokes shift | |
KR101584606B1 (en) | Two-photon fluorescent probes, preparation method for thereof and methods for imaging of pH using the same | |
CN111748005B (en) | GalNAc modified methylene blue derivative, preparation method and application thereof, liver-targeting fluorescent probe and HClO detection method | |
RU2412959C1 (en) | Polymer chemosensory material | |
Srivastava et al. | Quinazoli-4-one ionic liquid as a fluorescent sensor for NH3 detection: Interaction with ctDNA, theoretical investigation and live cell bioimaging | |
CN115490700B (en) | Fluorescent probe for rapidly detecting nitrite ions and application thereof | |
CN113683604B (en) | Ratio type near-infrared fluorescent probe for detecting sulfur dioxide derivatives in crop mitochondria and preparation method and application thereof | |
CN114989806B (en) | Composite probe for rapidly detecting malachite green and detection method thereof | |
CN114539181B (en) | Fluorescent probe for rapidly detecting aluminum ions and zinc ions and preparation method thereof | |
US8642764B1 (en) | Julolidine conjugates and methods for their preparation and use | |
Muthukumar et al. | Optochemical ammonia gas sensing properties of meso-substituted porphyrin derivatives immobilized Nafion film on glass slide | |
KR101069760B1 (en) | 2-(2-Styrylpyridin-4(1H)-ylidene)malononitrile Derivatives, Their Preparation and Applications | |
CN110551499B (en) | Fluorescent probe for detecting copper ions and synthetic method thereof | |
EP0457182B1 (en) | Method having increased sensitivity, for the determination of an ion, the use of suitable substances and corresponding means therefor | |
CN110804044B (en) | Fluorescent probe, preparation method thereof and application of fluorescent probe in reversible detection of in-vivo bisulfite/hydrogen peroxide | |
CN113582950A (en) | Ratio type hydrogen polysulfide fluorescent probe and preparation method and application thereof | |
CN113072927A (en) | Preparation and application of near-infrared nano fluorescent probe based on ZIF material |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20130811 |