RU2522902C1 - Luminescent sensor for ammonia vapours - Google Patents

Luminescent sensor for ammonia vapours Download PDF

Info

Publication number
RU2522902C1
RU2522902C1 RU2012151750/28A RU2012151750A RU2522902C1 RU 2522902 C1 RU2522902 C1 RU 2522902C1 RU 2012151750/28 A RU2012151750/28 A RU 2012151750/28A RU 2012151750 A RU2012151750 A RU 2012151750A RU 2522902 C1 RU2522902 C1 RU 2522902C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
ammonia
quantum dots
sample
embedded
pores
Prior art date
Application number
RU2012151750/28A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU2012151750A (en
Inventor
Анвар Саматович Баймуратов
Александр Васильевич Баранов
Михаил Александрович Баранов
Кирилл Вадимович Богданов
Андрей Викторович Вениаминов
Галина Николаевна Виноградова
Юлия Александровна Громова
Виктор Валерьевич Захаров
Михаил Юрьевич Леонов
Александр Петрович Литвин
Ирина Владимировна Мартыненко
Владимир Григорьевич Маслов
Мария Викторовна Мухина
Анна Олеговна Орлова
Пётр Сергеевич Парфёнов
Владимир Анатольевич Полищук
Вадим Константинович Турков
Елена Владимировна Ушакова
Анатолий Валентинович Фёдоров
Сергей Александрович Черевков
Original Assignee
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Санкт-Петербургский национальный исследовательский университет информационных технологий, механики и оптики"
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Санкт-Петербургский национальный исследовательский университет информационных технологий, механики и оптики" filed Critical Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Санкт-Петербургский национальный исследовательский университет информационных технологий, механики и оптики"
Priority to RU2012151750/28A priority Critical patent/RU2522902C1/en
Publication of RU2012151750A publication Critical patent/RU2012151750A/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2522902C1 publication Critical patent/RU2522902C1/en

Links

Images

Landscapes

  • Investigating Or Analysing Materials By The Use Of Chemical Reactions (AREA)
  • Investigating, Analyzing Materials By Fluorescence Or Luminescence (AREA)
  • Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Fluid Adsorption Or Reactions (AREA)

Abstract

FIELD: chemistry.
SUBSTANCE: sensor includes semiconductor nanocrystals (quantum dots), imbedded into a near-wall layer of track pores of polyethylene terephthalate membranes, with the pores remaining empty. If ammonia vapours are present in an air sample, ammonia molecules bind with quantum dot surfaces, which results in decrease of quantum dot luminescence.
EFFECT: invention solves the tasks of increasing sensitivity, accuracy of determination of ammonia vapour concentration, terms of exploitation and simplification of the sensor manufacturing.
5 dwg, 1 ex

Description

Изобретение относится к устройствам и материалам для обнаружения и определения концентрации паров аммиака в атмосфере или пробе воздуха (химическим сенсорам) и может быть использовано в медицине, биологии, экологии и различных отраслях промышленности.The invention relates to devices and materials for detecting and determining the concentration of ammonia vapors in the atmosphere or air sample (chemical sensors) and can be used in medicine, biology, ecology and various industries.

Известны «Сенсоры на аммиак», основанные на электрохимических методах детектирования паров аммиака, где наблюдается изменение сопротивления токопроводящего материала или электролита в результате его взаимодействия с молекулами аммиака (Патент США №5252292, МПК G01N 27/04, заявка 524562, дата приоритета 17.05.1990, дата публикации 12.10.1993,) [1], (Патент США №36495055, МПК G01N 27/30, заявка 803781, дата приоритета 03.03.1969, дата публикации 14.02.1972) [2]. Недостатками данных устройств являются наличие исходного сигнала (электрического сопротивления) от матрицы в отсутствие аналита - невозможна реализация нуль-метода, достаточно узкий динамический диапазон чувствительности (20-100 млн-1), чувствительность уровня сигнала к условиям окружающей среды (температуры и влажности воздуха), невозможность дистанционной регистрации сигнала.Known are “Sensors for ammonia” based on electrochemical methods for the detection of ammonia vapors, where there is a change in the resistance of the conductive material or electrolyte as a result of its interaction with ammonia molecules (US Patent No. 5252292, IPC G01N 27/04, application 524562, priority date 05.17.1990 , publication date 10/12/1993,) [1], (US Patent No. 3,649,055, IPC G01N 27/30, application 803781, priority date 03/03/1969, publication date 02/14/1972) [2]. The disadvantages of these devices are the presence of a source (electric resistance) of the matrix in the absence of analyte - impossible to implement a null method, a sufficiently narrow dynamic range of sensitivity (20-100 mn -1), sensitive to the signal level of the ambient environment conditions (temperature and humidity) , inability to remotely register a signal.

Известны сенсоры на пары аммиака, основанные на изменении электронного спектра поглощения полимерной пленки при контакте с молекулами аммиака «Детектор аммиака основанный на полианилине» (Патент США №US 6406669 B1, МПК G01N 27/77, заявка 09/760,121, дата приоритета 12.01.2001, дата публикации 18.06.2002) [3]. Такой сенсор обладает низкой инерционностью и характеризуется линейным откликом в широком диапазоне концентраций: от 180 до 18000 млн-1. Известны колорометрические газовые сенсоры на пары аммиака, на основе гидрофобной микропористой мембраны с внедренным органическим красителем, взаимодействующим с молекулами аммиака «Сенсор на аммиака на основе гидрофобной мембране» (Патент США №US 2003/0113932 А1, МПК G01N 21/77, заявка 10/024670, дата приоритета 14.12.2001, дата публикации 19.06.2003) [4]. Однако сенсоры, основанные на абсорбционных методах детектирования, на несколько порядков уступают в чувствительности детектирующим устройствам, основанным на изменении люминесцентного сигнала и, как следствие, принципиально обладают значительно худшей чувствительностью по сравнению с люминесцентными сенсорами.Sensors for ammonia vapors are known based on a change in the electronic absorption spectrum of a polymer film upon contact with ammonia molecules "Polyaniline-based ammonia detector" (US Patent No. US 6406669 B1, IPC G01N 27/77, application 09 / 760,121, priority date 01/12/2001 , publication date 06/18/2002) [3]. Such a sensor has a low inertia, and is characterized by a linear response over a wide concentration range from 180 to 18000 million -1. Known colorimetric gas sensors for ammonia vapors based on a hydrophobic microporous membrane with an embedded organic dye interacting with ammonia molecules "Sensor for ammonia based on a hydrophobic membrane" (US Patent No. US 2003/0113932 A1, IPC G01N 21/77, application 10 / 024670, priority date 12/14/2001, publication date 6/19/2003) [4]. However, sensors based on absorption detection methods are several orders of magnitude inferior in sensitivity to detection devices based on a change in the luminescent signal and, as a result, fundamentally have significantly worse sensitivity compared to luminescent sensors.

Наиболее близок к заявляемому изобретению и принят в качестве прототипа сенсор на пары аммиака, содержащий рН-чувствительный флуорофор, изменяющий интенсивность люминесценции в присутствии молекул аммиака за счет депротонации флуорофора, внедренный в гидрофобную полимерную мембрану, проницаемую для молекул аммиака «Гидрофобная флуоресцентная полимерная мембрана для детектирования аммиака» (Патент США №6013529, МПК G01N 33/00, заявка 08/906711, дата приоритета 05.08.1997, дата публикации 11.01.2000) [5]. Прототип имеет следующие недостатки.Closest to the claimed invention and adopted as a prototype is a sensor for ammonia vapors containing a pH-sensitive fluorophore that changes the luminescence intensity in the presence of ammonia molecules due to deprotonation of the fluorophore, embedded in a hydrophobic polymer membrane permeable to ammonia molecules "Hydrophobic fluorescent polymer ammonia "(US Patent No. 6013529, IPC G01N 33/00, application 08/906711, priority date 08/05/1997, publication date 11/01/2000) [5]. The prototype has the following disadvantages.

1. Необходимость тщательного подбора полимера, при внедрении в который молекул органического флуорофора не будет происходить депротонирование последнего.1. The need for careful selection of the polymer, when the molecules of the organic fluorophore are introduced into it, deprotonation of the latter will not occur.

2. Достаточно сложный технологически емкий процесс изготовления полимерной матрицы, в которой молекулы органического флуофора должны быть распределены равномерно по всему объему матрицы в изолированном друг от друга состоянии.2. A fairly complex technologically intensive process for the manufacture of a polymer matrix, in which the molecules of the organic fluorophore must be distributed evenly throughout the entire volume of the matrix in an isolated state.

3. Органические флуорофоры имеют низкую фотостабильность и, как следствие, изменение люминесцентного отклика от матрицы с внедренным органическим флуорофором может быть связано как с наличием молекул аммиака, так и с фотодеградацией самого флуорофора. Данное обстоятельство принципиально снижает точность детектирования отклика от сенсорного элемента и, соответственно, приводит к снижению его чувствительности.3. Organic fluorophores have low photostability and, as a result, a change in the luminescence response from the matrix with an embedded organic fluorophore can be associated both with the presence of ammonia molecules and with photodegradation of the fluorophore itself. This circumstance fundamentally reduces the accuracy of detecting the response from the sensor element and, accordingly, leads to a decrease in its sensitivity.

Решается задача повышения чувствительности и срока эксплуатации при упрощении технологии изготовления сенсора.The problem of increasing the sensitivity and service life while simplifying the manufacturing technology of the sensor is being solved.

Сущность предлагаемого изобретения заключается в том, что в качестве флуорофора используются ярко люминесцирующие полупроводниковые нанокристалы сферической формы (квантовые точки), интенсивность люминесценции которых уменьшается при адсорбции молекул аммиака на поверхность квантовых точек пропорционально концентрации аммиака в пробе. Квантовые точки внедрены в пристеночный слой пор полиэтилентерефталатных трековых мембран таким образом, что сами поры остаются свободными, что позволяет прокачивать через образец пробу воздуха и, соответственно, снизить порог чувствительности сенсора.The essence of the invention lies in the fact that as a fluorophore brightly luminescent semiconductor nanocrystals of a spherical shape (quantum dots) are used, the luminescence intensity of which decreases upon adsorption of ammonia molecules on the surface of quantum dots in proportion to the concentration of ammonia in the sample. Quantum dots are embedded in the parietal layer of pores of polyethylene terephthalate track membranes in such a way that the pores themselves remain free, which allows an air sample to be pumped through the sample and, accordingly, to lower the sensitivity threshold of the sensor.

Предлагаемый сенсор для детектирования паров аммиака имеет следующие преимущества:The proposed sensor for the detection of ammonia vapor has the following advantages:

1. Повышение чувствительности и точности определения концентрации паров аммиака за счет возможности прокачивания через сенсорный элемент большого объема воздушной пробы, содержащей пары аммиака. Данное условие достигается тем, что квантовые точки внедряются в пристеночный слой сквозных пор трековой мембраны, а сами поры остаются свободными. Очевидно, что принудительное прокачивание большого объема анализируемой пробы воздуха будет приводить к снижению нижней границы обнаружимости паров аммиака по сравнению с сенсорными элементами на основе полимерных мембран, не имеющих сквозных трековых пор нанометрового или микронного диаметра.1. Increasing the sensitivity and accuracy of determining the concentration of ammonia vapor due to the ability to pump through the sensor element a large volume of an air sample containing ammonia vapor. This condition is achieved by the fact that quantum dots are introduced into the parietal layer of the through pores of the track membrane, and the pores themselves remain free. Obviously, the forced pumping of a large volume of the analyzed air sample will lead to a decrease in the lower limit of detectability of ammonia vapors compared to sensor elements based on polymer membranes that do not have through track pores of nanometer or micron diameter.

2. Увеличенный срок эксплуатации сенсорного элемента, что обусловлено лучшей фотостабильностью квантовых точек по сравнению с фотостабильностью органических флуорофоров.2. The increased life of the sensor element, which is due to the better photostability of quantum dots in comparison with the photostability of organic fluorophores.

3. Упрощение технологии изготовления сенсора заключается в том, что для создания сенсорного элемента, чувствительного к парам аммиака, достаточно пропитать раствором гидрофобных полупроводниковых квантовых точек полиэтилентерефталатную мембрану, которая выпускается в промышленных масштабах. При этом квантовые точки внедряются в пристеночные слои трековых пор в квази изолированном состоянии, пространственное распределение квантовых точек по объему матрицы задается распределением трековых пор, плотность которых имеет характерные значения 108÷109 пор/см2.3. Simplification of the sensor manufacturing technology consists in the fact that to create a sensor element sensitive to ammonia vapors, it is enough to impregnate a polyethylene terephthalate membrane, which is produced on an industrial scale, with a solution of hydrophobic semiconductor quantum dots. In this case, quantum dots are introduced into the wall layers of track pores in a quasi-isolated state, the spatial distribution of quantum dots over the matrix volume is determined by the distribution of track pores, the density of which has characteristic values of 10 8 ÷ 10 9 pores / cm 2 .

Сущность предлагаемого изобретения поясняется на фиг.1-5, на которых представлены:The essence of the invention is illustrated in figures 1-5, which show:

Фиг.1. Схематичное изображение полимерной мембраны с полупроводниковыми квантовыми точками, внедренными в приповерхностные слои трековых пор.Figure 1. Schematic representation of a polymer membrane with semiconductor quantum dots embedded in the surface layers of track pores.

Фиг.2. Схематичное изображение установки для контролируемой подачи/откачки паров аммиака: 1 - полиэтилентерефталатная трековая мембрана с внедренными CdSe/ZnS квантовыми точками; 2 - камера, заполняемая парами аммиака; 3 - вентиль; 4 - камера с водным раствором аммиака; 5 - герметичная пробка; 6 - водный раствор аммиака; 7 - вентиль; 8 - отвод для удаления паров аммиака из камеры 2.Figure 2. Schematic illustration of the installation for the controlled supply / pumping of ammonia vapors: 1 - polyethylene terephthalate track membrane with embedded CdSe / ZnS quantum dots; 2 - a chamber filled with ammonia vapors; 3 - valve; 4 - a chamber with an aqueous solution of ammonia; 5 - tight stopper; 6 - an aqueous solution of ammonia; 7 - valve; 8 - tap to remove ammonia vapor from the chamber 2.

Фиг.3. Спектры люминесценции образца полимерной трековой мембраны с внедренными CdSe/ZnS квантовыми точками с диаметром ядра 2.5 нм, возбуждение светом с длиной волны 405 нм: 1 - до взаимодействия с парами аммиака; 2 - после выдерживания образца в парах аммиака (Спаров аммиака=13 млн-1) в течение 2 минут; на вставке приведен спектр поглощения образца после взаимодействия с парами аммиака.Figure 3. Luminescence spectra of a polymer track membrane sample with embedded CdSe / ZnS quantum dots with a core diameter of 2.5 nm, excitation by light with a wavelength of 405 nm: 1 - before interaction with ammonia vapors; 2 - the sample after aging in an ammonia vapor (C vapor ammonia = 13 million -1) for 2 minutes; the inset shows the absorption spectrum of the sample after interaction with ammonia vapors.

Фиг.4. Зависимость степени тушения люминесценции (Q=1-I/I0, где I0 и I - интенсивность люминесценции квантовых точек до и после взаимодействия образца с парами аммиака соответственно) квантовых точек CdSe/ZnS с диаметром ядра 2.5 нм, внедренных в полиэтилентерефталатную трековую мембрану, от концентрации паров аммиака, возбуждение светом с длиной волны 405 нм. Figure 4. Dependence of the degree of luminescence quenching (Q = 1-I / I 0 , where I 0 and I are the luminescence intensities of quantum dots before and after the interaction of the sample with ammonia vapors, respectively) of CdSe / ZnS quantum dots with a core diameter of 2.5 nm embedded in a polyethylene terephthalate track membrane , on the concentration of ammonia vapors, excitation by light with a wavelength of 405 nm.

Фиг.5. Зависимость относительной интенсивности люминесценции CdSe/ZnS квантовых точек, внедренных в образец полимерной трековой мембраны, от номера цикла сорбции/десорбции молекул аммиака на их поверхности.Figure 5. Dependence of the relative luminescence intensity of CdSe / ZnS quantum dots embedded in the polymer track membrane sample on the number of the sorption / desorption cycle of ammonia molecules on their surface.

Пример.Example.

Для демонстрации работоспособности предполагаемого сенсора ярко люминесцирующие гидрофобные полупроводниковые квантовые точки CdSe/ZnS с диаметром ядра 2.5 нм, синтезированные согласно процедуре высокотемпературного органометаллического синтеза, описанного в работе (В.О. Dabbousi, J. Rodriguez-Viejo, F.V. Mikulec, J.R. Heine, H. Mattoussi, R. Ober, K.F. Jensen, and M.G. Bawendi: (CdSe)ZnS Core-Shell Quantum Dots: Synthesis and Characterization of a Size Series of Highly Luminescent Nanocrystallites// J. Phys. Chem. B, 1997, 101 (46), pp.9463-9475) [6], были внедрены в пристеночные слои пор полиэтилентерефталатных трековых мембран со сквозными цилиндрическими порами диаметром 0.5 мкм (ФЛЯР ОИЯИ, Дубна, Россия). Схематическое изображение образца мембраны с внедренными квантовыми точками приведено на Фиг.1. Для этого образцы мембран пропитывались раствором квантовых точек в толуоле, согласно процедуре, описанной в работе (А.О. Orlova, Yu. A. Gromova, А.V. Savelyeva, V.G. Maslov, M. V. Artemyev, A. Prudnikau, A.V. Fedorov and A V Baranov. Track membranes with embedded semiconductor nanocrystals: structural and optical examinations. Nanotechnology. 22 (2011) 455201 (7pp)) [7].To demonstrate the operability of the proposed sensor, brightly luminescent hydrophobic CdSe / ZnS semiconductor quantum dots with a core diameter of 2.5 nm synthesized according to the high-temperature organometallic synthesis procedure described in (V.O. Dabbousi, J. Rodriguez-Viejo, FV Mikulec, JR Heine, H Mattoussi, R. Ober, KF Jensen, and MG Bawendi: (CdSe) ZnS Core-Shell Quantum Dots: Synthesis and Characterization of a Size Series of Highly Luminescent Nanocrystallites // J. Phys. Chem. B, 1997, 101 (46 ), pp.9463-9475) [6], were introduced into the parietal layers of the pores of polyethylene terephthalate track membranes with through cylindrical pores with a diameter of 0.5 μm (FLAR JINR, Dubna, Russia). A schematic representation of a membrane sample with embedded quantum dots is shown in FIG. 1. For this, membrane samples were impregnated with a solution of quantum dots in toluene according to the procedure described in (A.O. Orlova, Yu. A. Gromova, A.V. Savelyeva, VG Maslov, MV Artemyev, A. Prudnikau, AV Fedorov and AV Baranov. Track membranes with embedded semiconductor nanocrystals: structural and optical examinations. Nanotechnology. 22 (2011) 455201 (7pp)) [7].

Для исследования влияния паров аммиака на спектральные свойства квантовых точек, внедренных в полиэтилентерефталатные трековые мембраны, образцы мембран помещались в герметичную камеру, к которой обеспечивалась контролируемая подача воздуха, содержащего пары аммиака. На Фиг.2 приведено схематичное изображение камеры для контролируемой подачи/откачивания паров аммиака. Образец мембраны 1 с внедренными квантовыми точками помещается в герметичную камеру 2, которая соединена с камерой 4. В камеру 4 через отверстие, закрываемое пробкой 5, помещается водный раствор аммиака. После установления в камере 4 равновесной концентрации паров аммиака вентиль 3 открывается и камера 2 заполняется парами аммиака определенной концентрации. Образец мембраны с внедренными квантовыми точками выдерживается в парах аммиака фиксированное время (например, в течение 2 минут). После этого образец вынимается и проводится регистрация его люминесцентного отклика.To study the effect of ammonia vapors on the spectral properties of quantum dots embedded in polyethylene terephthalate track membranes, membrane samples were placed in a sealed chamber to which a controlled supply of air containing ammonia vapors was provided. Figure 2 shows a schematic illustration of a chamber for the controlled supply / pumping of ammonia vapor. A sample of the membrane 1 with embedded quantum dots is placed in a sealed chamber 2, which is connected to the chamber 4. In the chamber 4 through the hole closed by the stopper 5, is placed an aqueous solution of ammonia. After the equilibrium concentration of ammonia vapors is established in chamber 4, the valve 3 opens and chamber 2 is filled with ammonia vapors of a certain concentration. A membrane sample with embedded quantum dots is held in ammonia vapor for a fixed time (for example, for 2 minutes). After this, the sample is removed and its luminescent response is recorded.

На Фиг.3 приведены спектры поглощения и люминесценции образца полиэтилентерефталатной мембраны с внедренными полупроводниковыми квантовыми точками до и после взаимодействия образца с парами аммиака.Figure 3 shows the absorption and luminescence spectra of a sample of a polyethylene terephthalate membrane with embedded semiconductor quantum dots before and after the interaction of the sample with ammonia vapor.

Выдерживание образца мембраны в течение 2 минут в герметичной камере, наполненной парами аммиака (Спаров аммиака=13 млн-1), приводит к уменьшению интенсивности люминесценции квантовых точек на 60%. Уменьшение люминесценции квантовых точек сопровождается сокращением их времени затухания люминесценции. Это свидетельствует об адсорбции молекул аммиака на поверхность квантовых точек, внедренных в полиэтилентерефталатную трековую мембрану. Следует отметить, что взаимодействие образца с парами аммиака не приводит к изменению спектра поглощения квантовых точек, внедренных в образец (см. фиг.3, вставку).Incubation of the sample membrane for 2 minutes in a sealed chamber filled with ammonia vapors (ammonia vapors C = 13 million -1) leads to a decrease of the luminescence intensity of the quantum dots is 60%. A decrease in the luminescence of quantum dots is accompanied by a decrease in their luminescence decay time. This indicates the adsorption of ammonia molecules on the surface of quantum dots embedded in a polyethylene terephthalate track membrane. It should be noted that the interaction of the sample with ammonia vapors does not lead to a change in the absorption spectrum of quantum dots embedded in the sample (see Fig. 3, inset).

Для определения динамического диапазона концентрации паров аммиака в воздухе, в котором образец полимерной трековой мембраны с внедренными квантовыми точками может быть использован в качестве сенсорного элемента на пары аммиака, образцы мембран выдерживались в течение 2 минут в камере 2, в которой создавалось определенное давление паров аммиака. Было установлено, что увеличение концентрации паров аммиака в камере от 0 до 20 млн-1 приводит к линейному уменьшению интенсивности люминесценции квантовых точек, внедренных в полимерную трековую мембрану. На Фиг.4 приведена зависимость степени тушения люминесценции квантовых точек, внедренных в образцы полимерных мембран от концентрации паров аммиака.To determine the dynamic range of the concentration of ammonia vapors in air, in which a sample of a polymer track membrane with embedded quantum dots can be used as a sensor element for ammonia vapors, the membrane samples were kept for 2 minutes in chamber 2, in which a certain ammonia vapor pressure was created. It was found that increasing the concentration of ammonia in the vapor chamber from 0 to 20 million -1 results in a linear decrease of the luminescence intensity of the quantum dots embedded in a polymer track membrane. Figure 4 shows the dependence of the degree of quenching of the luminescence of quantum dots embedded in samples of polymer membranes on the concentration of ammonia vapor.

Для повторного использования полиэтилентерефталатной трековой мембраны с внедренными квантовыми точками CdSe/ZnS в качестве сенсорного элемента необходимо после взаимодействия образца с парами аммиака осуществить его десорбцию с поверхности квантовых точек. Для этого нами была использована установка, приведенная на Фиг.2. Образец 1 мембраны, прореагировавший с парами аммиака, помещался в камеру 2, к трубке с вентилем 7 подсоединялся вакуумный насос. Откачивание воздуха приводило к снижению давления воздуха в камере 2 и, как следствие, к десорбции молекул аммиака с поверхности квантовых точек, внедренных в образец полимерной мембраны. Следует отметить, что при этом наблюдалось восстановление люминесцентного отклика образца до исходного уровня, которое сопровождалось увеличением времени затухания люминесценции квантовых точек, внедренных в образец.To reuse a polyethylene terephthalate track membrane with embedded CdSe / ZnS quantum dots as a sensor element, it is necessary after desorption of the sample with ammonia vapors to desorb it from the surface of quantum dots. For this, we used the installation shown in Figure 2. The membrane sample 1, which reacted with ammonia vapors, was placed in chamber 2, and a vacuum pump was connected to the tube with valve 7. Pumping out air led to a decrease in air pressure in chamber 2 and, as a result, to desorption of ammonia molecules from the surface of quantum dots embedded in a sample of a polymer membrane. It should be noted that, at the same time, the luminescence response of the sample was restored to the initial level, which was accompanied by an increase in the decay time of the luminescence of quantum dots embedded in the sample.

Для исследования возможности многократного использования образца полиэтилентерефталатной трековой мембраны с внедренными CdSe/ZnS квантовыми точками в качестве сенсорного элемента на пары аммиака полный цикл сорбции/десорбции молекул аммиака на поверхность квантовых точек, внедренных в образец, был произведен 8 раз. На Фиг.5 приведена интенсивность люминесценции образца полимерной трековой мембраны с внедренными CdSe/ZnS квантовыми точками в зависимости от наличия или отсутствия паров аммиака (Спаров аммиака=13 млн-1) в камере 1 (см. Фиг.2). Нами было установлено, что восьмикратное повторение полного цикла сорбции/десорбции молекул аммиака на поверхность квантовых точек, внедренных в образец, не приводит к сколько-нибудь заметному изменению их интенсивности люминесценции на каждом этапе цикла. Это свидетельствует о высокой воспроизводимости отклика образца на присутствие паров аммиака, на высокую стабильность квантовых точек, внедренных в полимерную трековую мембрану и, как следствие, на возможность многократного использования нашего образца в качестве сенсорного элемента на пары аммиака.To study the possibility of reusing a sample of a polyethylene terephthalate track membrane with embedded CdSe / ZnS quantum dots as a sensor element on ammonia pairs, a complete sorption / desorption cycle of ammonia molecules on the surface of quantum dots embedded in the sample was performed 8 times. Figure 5 shows the luminescence intensity of the polymer sample track membrane with embedded CdSe / ZnS quantum dots, depending on the presence or absence of ammonia vapors (ammonia vapor -1 = 13 million) in the chamber 1 (see FIG. 2). We found that an eightfold repetition of the complete sorption / desorption cycle of ammonia molecules on the surface of quantum dots embedded in a sample does not lead to any noticeable change in their luminescence intensity at each stage of the cycle. This indicates a high reproducibility of the response of the sample to the presence of ammonia vapors, to the high stability of quantum dots embedded in the polymer track membrane, and, as a consequence, to the possibility of multiple use of our sample as a sensor element on ammonia vapors.

Таким образом, решаются задачи повышения чувствительности, точности определения концентрации паров аммиака, срока эксплуатации и упрощения изготовления сенсора.Thus, the tasks of increasing sensitivity, the accuracy of determining the concentration of ammonia vapor, the life of the device and simplifying the manufacture of the sensor are solved.

Источники информацииInformation sources

1. Патент США №5252292, МПК G01N 27/04, заявка 524562, дата публикации 12.10.1993, дата приоритета 17.05.1990).1. US patent No. 5252292, IPC G01N 27/04, application 524562, publication date 10/12/1993, priority date 05/17/1990).

2. Патент США №3649505, 5 МПК G01N 27/30, заявка 803781, дата публикации 14.02.1972, дата приоритета 03.03.1969.2. US patent No. 3649505, 5 IPC G01N 27/30, application 803781, publication date 02/14/1972, priority date 03/03/1969.

3. Патент США №US 6406669 B1, МПК G01N 27/77, заявка 09/760121, дата публикации 18.06.2002, дата приоритета 12.01.20013. US patent No.US 6406669 B1, IPC G01N 27/77, application 09/760121, publication date 06/18/2002, priority date 01/12/2001

4. Патент США №US 2003/0113932 A1, МПК G01N 21/77, заявка 10/024,670, дата публикации 19.06.2003, дата приоритета 14.12.2001.4. US patent No.US 2003/0113932 A1, IPC G01N 21/77, application 10 / 024,670, publication date 06/19/2003, priority date 12/14/2001.

5. Патент США №6013529, МПК G01N 33/00, заявка 08/906,711, дата публикации 11.01.2000, дата приоритета 05.08.1997.5. US patent No. 6013529, IPC G01N 33/00, application 08 / 906,711, publication date 11/01/2000, priority date 05/08/1997.

6. В.О. Dabbousi, J. Rodriguez-Viejo, F.V. Mikulec, J.R. Heine, H. Mattoussi, R. Ober, K.F. Jensen, and M.G. Bawendi: (CdSe)ZnS Core-Shell Quantum Dots: Synthesis and Characterization of a Size Series of Highly Luminescent Nanocrystallites//J. Phys. Chem. B, 1997, 101 (46), pp.9463-9475.6. V.O. Dabbousi, J. Rodriguez-Viejo, F.V. Mikulec, J.R. Heine, H. Mattoussi, R. Ober, K.F. Jensen, and M.G. Bawendi: (CdSe) ZnS Core-Shell Quantum Dots: Synthesis and Characterization of a Size Series of Highly Luminescent Nanocrystallites // J. Phys. Chem. B, 1997, 101 (46), pp. 9463-9475.

7. A.O. Orlova, Yu. A. Gromova, A.V. Savelyeva, V.G. Maslov, M.V. Artemyev, A. Prudnikau, A.V. Fedorov and A V Baranov. Track membranes with embedded semiconductor nanocrystals: structural and optical examinations. Nanotechnology. 22 (2011) 455201 (7pp).7. A.O. Orlova, Yu. A. Gromova, A.V. Savelyeva, V.G. Maslov, M.V. Artemyev, A. Prudnikau, A.V. Fedorov and A V Baranov. Track membranes with embedded semiconductor nanocrystals: structural and optical examinations. Nanotechnology. 22 (2011) 455201 (7pp).

Claims (1)

Люминесцентный сенсор на пары аммиака в атмосфере или воздушной пробе, состоящий из гидрофобной полимерной мембраны с флуорофором, отличающийся тем, что полимерная мембрана имеет сквозные поры нанометрового или микронного диаметра, при этом флуорофор внедрен в пристеночный слой сквозных пор, а в качестве флуорофора используют ярко люминесцирующие полупроводниковые квантовые точки, интенсивность люминесценции которых изменяется при связывании молекул аммиака с поверхностью квантовых точек. A luminescent sensor for ammonia vapors in the atmosphere or in an air sample, consisting of a hydrophobic polymer membrane with a fluorophore, characterized in that the polymer membrane has through pores of nanometer or micron diameter, while the fluorophore is embedded in the parietal layer of through pores, and bright fluorescent is used as a fluorophore semiconductor quantum dots whose luminescence intensity changes when ammonia molecules bind to the surface of quantum dots.
RU2012151750/28A 2012-12-03 2012-12-03 Luminescent sensor for ammonia vapours RU2522902C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2012151750/28A RU2522902C1 (en) 2012-12-03 2012-12-03 Luminescent sensor for ammonia vapours

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2012151750/28A RU2522902C1 (en) 2012-12-03 2012-12-03 Luminescent sensor for ammonia vapours

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2012151750A RU2012151750A (en) 2014-06-10
RU2522902C1 true RU2522902C1 (en) 2014-07-20

Family

ID=51214077

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2012151750/28A RU2522902C1 (en) 2012-12-03 2012-12-03 Luminescent sensor for ammonia vapours

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2522902C1 (en)

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2755332C2 (en) * 2018-12-25 2021-09-15 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Российский химико-технологический университет имени Д.И. Менделеева" (РХТУ им. Д.И. Менделеева) Sensitive element of luminescent sensor for optical detection of molecular bromine and bromine-containing substances in gas environment and method for its production
RU2758182C2 (en) * 2017-12-26 2021-10-26 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Российский химико-технологический университет имени Д. И. Менделеева" (РХТУ им. Д. И. Менделеева) Method for manufacturing luminescent sensor material and luminescent sensor device for the analysis of acidic and basic components in gas phase
RU2760679C2 (en) * 2019-12-25 2021-11-29 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Российский химико-технологический университет имени Д.И. Менделеева" (РХТУ им. Д.И. Менделеева) Sensitive layer of optical luminescent sensor on quantum dots and its manufacturing method
RU2828816C1 (en) * 2023-12-08 2024-10-21 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Пензенский государственный университет" QUANTUM SENSOR BASED ON QUANTUM DOT WITH IMPURITY COMPLEX (A++e) IN AN EXTERNAL ELECTRIC FIELD

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6013529A (en) * 1997-08-05 2000-01-11 Bayer Corporation Hydrophobic fluorescent polymer membrane for the detection of ammonia
US6521185B1 (en) * 1995-10-23 2003-02-18 American Research Corporation Of Virginia Fluorescent probes based on the affinity of a polymer matrix for an analyte of interest
RU96977U1 (en) * 2010-03-25 2010-08-20 Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Петрозаводский государственный университет" OZONE CONCENTRATION METER
RU2437079C2 (en) * 2010-02-24 2011-12-20 Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Воронежский государственный университет" (ГОУ ВПО ВГУ) Method of determining impurity gas in atmospheric air
RU2456579C1 (en) * 2011-02-07 2012-07-20 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Санкт-Петербургский национальный исследовательский университет информационных технологий, механики и оптики" (НИУ ИТМО) Dissociative luminescent nanosensor of metal ions and hydrogen in aqueous solutions

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6521185B1 (en) * 1995-10-23 2003-02-18 American Research Corporation Of Virginia Fluorescent probes based on the affinity of a polymer matrix for an analyte of interest
US6013529A (en) * 1997-08-05 2000-01-11 Bayer Corporation Hydrophobic fluorescent polymer membrane for the detection of ammonia
RU2437079C2 (en) * 2010-02-24 2011-12-20 Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Воронежский государственный университет" (ГОУ ВПО ВГУ) Method of determining impurity gas in atmospheric air
RU96977U1 (en) * 2010-03-25 2010-08-20 Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Петрозаводский государственный университет" OZONE CONCENTRATION METER
RU2456579C1 (en) * 2011-02-07 2012-07-20 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Санкт-Петербургский национальный исследовательский университет информационных технологий, механики и оптики" (НИУ ИТМО) Dissociative luminescent nanosensor of metal ions and hydrogen in aqueous solutions

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2758182C2 (en) * 2017-12-26 2021-10-26 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Российский химико-технологический университет имени Д. И. Менделеева" (РХТУ им. Д. И. Менделеева) Method for manufacturing luminescent sensor material and luminescent sensor device for the analysis of acidic and basic components in gas phase
RU2755332C2 (en) * 2018-12-25 2021-09-15 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Российский химико-технологический университет имени Д.И. Менделеева" (РХТУ им. Д.И. Менделеева) Sensitive element of luminescent sensor for optical detection of molecular bromine and bromine-containing substances in gas environment and method for its production
RU2760679C2 (en) * 2019-12-25 2021-11-29 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Российский химико-технологический университет имени Д.И. Менделеева" (РХТУ им. Д.И. Менделеева) Sensitive layer of optical luminescent sensor on quantum dots and its manufacturing method
RU2828816C1 (en) * 2023-12-08 2024-10-21 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Пензенский государственный университет" QUANTUM SENSOR BASED ON QUANTUM DOT WITH IMPURITY COMPLEX (A++e) IN AN EXTERNAL ELECTRIC FIELD

Also Published As

Publication number Publication date
RU2012151750A (en) 2014-06-10

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Watkins et al. Portable, low-cost, solid-state luminescence-based O2 sensor
Caron et al. Ultra trace detection of explosives in air: Development of a portable fluorescent detector
EP2635624B1 (en) Optical sensor and sensing system for oxygen monitoring in fluids using molybdenum cluster phosphorescence
CN104458678A (en) Measuring Membrane for Optochamical or Amperometric Sensor
RU2522902C1 (en) Luminescent sensor for ammonia vapours
Ando et al. Development of technologies for sensing ozone in ambient air
WO2018154078A1 (en) An analytical test substrate as fluorescent probe for performing a detection of an analyte, a portable device for performing such detection and a system thereof
Urriza-Arsuaga et al. Luminescent sensor for O2 detection in biomethane streams
RU2522735C9 (en) Electric sensor for hydrazine vapours
Ferris et al. An ionophore-based persistent luminescent ‘Glow Sensor’for sodium detection
US9310309B1 (en) Method of sensing acidic/acid-forming and oxidizable gases for use as a residual filter life indicator
CN104697969B (en) Sensor and method for manufacturing the same
Ong et al. Fluorescent gas sensors based on nanoporous optical resonators (microcavities) infiltrated with sensory emissive polymers
US20100207035A1 (en) Fluorescence based sensors utilizing a mirrored cavity
Cirulnick et al. Optical oxygen sensors with improved lifetime incorporating Titania beads and polydimethylsiloxane coatings
Xu et al. Development of Dissolved Oxygen Sensor Based on Time‐domain Lifetime Measurement with a Sensing Film Fabricated by Embedding PtOEP in Highly Stable and Highly Hydrophobic Fluorinated Matrix
Sohn Enhanced explosive sensing based on silole-modified luminescent porous silicon
Bhopate et al. Fluorescent chemosensor for quantitation of multiple atmospheric gases
RU2758182C2 (en) Method for manufacturing luminescent sensor material and luminescent sensor device for the analysis of acidic and basic components in gas phase
CN104251856A (en) Peroxide gas sensor and preparation method thereof, and peroxide gas detection method
RU2755332C2 (en) Sensitive element of luminescent sensor for optical detection of molecular bromine and bromine-containing substances in gas environment and method for its production
Costa-Fernández et al. Portable fibre optic oxygen sensor based on room-temperature phosphor escence lifetime
CN113125396A (en) Sensor refreshing system
Chao et al. An organic hydrogel film with micron-sized pillar array for real-time and indicator-free detection of Zn2+
CN101299025A (en) CdTe quantum point fluorimetric determination method of chlorine dioxide in water