RU2786858C1 - ПОЛИМЕРНЫЙ pH-СЕНСОРНЫЙ МАТЕРИАЛ - Google Patents

ПОЛИМЕРНЫЙ pH-СЕНСОРНЫЙ МАТЕРИАЛ Download PDF

Info

Publication number
RU2786858C1
RU2786858C1 RU2021139536A RU2021139536A RU2786858C1 RU 2786858 C1 RU2786858 C1 RU 2786858C1 RU 2021139536 A RU2021139536 A RU 2021139536A RU 2021139536 A RU2021139536 A RU 2021139536A RU 2786858 C1 RU2786858 C1 RU 2786858C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
polymer
hydrogen ions
phthalonitrile
solution
diazenyl
Prior art date
Application number
RU2021139536A
Other languages
English (en)
Inventor
Алёна Сергеевна Малясова
Екатерина Алексеевна Кострова
Татьяна Вячеславовна Тихомирова
Мария Евгеньевна Матис
Original Assignee
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Ивановский государственный химико-технологический университет"
Filing date
Publication date
Application filed by Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Ивановский государственный химико-технологический университет" filed Critical Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Ивановский государственный химико-технологический университет"
Application granted granted Critical
Publication of RU2786858C1 publication Critical patent/RU2786858C1/ru

Links

Images

Abstract

Изобретение относится к химической промышленности, а именно к получению полимерного хемосенсорного материала, и может быть использовано в качестве обратимых оптических индикаторов для избирательной, непрерывной, длительной и незагрязняющей регистрации присутствия и содержания ионов водорода в растворах. Полимерный pH-сенсорный материал содержит полимер, согласно изобретению в качестве полимера используется диацетат целлюлозы и дополнительно содержится 4-[(E)-(4'-гидроксифенил)диазенил]фталонитрил при следующем содержании компонентов, масс.%: диацетат целлюлозы – 99,90-99,95, 4-[(E)-(4'-гидроксифенил)диазенил]фталонитрил – 0,05-0,10. Технический результат заключается в повышении чувствительности хемосенсорного материала к ионам водорода или сокращении времени обнаружения ионов водорода в растворе до мгновенной, а также в упрощении и сокращении процесса получения исходных компонентов. 3 ил., 1 табл., 9 пр.

Description

Изобретение относится к химической промышленности, а именно, к получению полимерного хемосенсорного материала и может быть использовано в качестве обратимых оптических индикаторов для избирательной, непрерывной, длительной и незагрязняющей регистрации присутствия и содержания ионов водорода в растворах.
Широкое развитие получили методы анализа с использованием ионов или молекул, позволяющих за счет специфического взаимодействия с исследуемым объектом оценивать его параметры, например, органические полимерные хемосенсоры благодаря их точности определения pH, износостойкости, непрерывной работе, экологичности и дешевизне.
Известна полимерная композиция для хемосенсорного материала [Пат. 2412959 РФ, МПК C08L 1/12, C09B 47/28, G01N 21/80. Полимерный хемосенсорный материал / Шейнин В.Б., Агеева Т.А., Кувшинова С.А., Койфман О.И.; заявитель и патентообладатель Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Ивановский государственный химико-технологический университет" (ИГХТУ) (RU), Учреждение Российской академии наук Институт химии растворов РАН (ИХР РАН) (RU). - № 2009130520/05; заявл. 10.08.2009; опубл. 27.02.2011, Бюл. №6]. Она содержит, вес. %: триацетат целлюлозы - 99,997-99,99; тетра-аммонийная соль 5,10,15,20-тетракис(4-сульфонафтофенил)-21Н,23Н-порфирина - 0,003-0,01. Материал из этой композиции обладает селективным оптическим откликом на содержание ионов водорода в растворах, не загрязняет тестируемый раствор и может быть многократно использован в средах с изменяющимся рН.
Однако материал имеет следующие недостатки:
1. Он не обладает мгновенной чувствительностью к ионам водорода, так как для хемосенсорного полимерного материала необходимо 30 минут нахождения в исследуемом растворе для обнаружения ионов водорода.
2. Требует сложный многостадийный синтез и выделение исходной тетра-аммонийной соли 5,10,15,20-тетракис(4-сульфонафтофенил)-21Н,23Н-порфирина
Техническим результатом изобретения является повышение чувствительности хемосенсорного материала к ионам водорода или сокращение времени обнаружения ионов водорода в растворе до мгновенной, упрощение и сокращение процесса получения исходных компонентов.
Указанный результат достигается тем, что в полимерном pH-сенсорном материале, содержащем полимер, согласно изобретению, в качестве полимера используется диацетат целлюлозы и дополнительно содержится 4-[(E)-(4'-гидроксифенил)диазенил]фталонитрила при следующем содержании компонентов, масс.%:
диацетат целлюлозы - 99,90-99,95;
4-[(E)-(4'-гидроксифенил)диазенил]фталонитрил - 0,05-0,10.
Технический результат достигается за счет того, что в полимерном pH-сенсорном материале за счет свойств заявляемого сочетания компонентов возникает мгновенная чувствительность к ионам водорода, которая проявляется в избирательном, пропорциональном и обратимом изменении окраски в растворах с различным содержанием ионов водорода.
Изобретение поясняется чертежом, где на фиг. 1 показано изменение электронных спектров поглощения 4-[(E)-(4'-гидроксифенил)диазенил]-фталонитрила в дихлорметане (ДХМ) при добавлении гидроокиси тетрабутиламмония (C Bu4NOH = 0,05÷1,35 M), данное исследование является предварительным опытом для установления пределов чувствительности исследуемого фталонитрила в растворах с различным значением pH. На фиг. 2 показано изменение цвета раствора 4-[(E)-(4'-гидроксифенил)диазенил]-фталонитрила в зависимости от pH среды. На фиг. 3 показан исследуемый материал при опускании в раствор с pH 12.
Для приготовления композиции используют следующие вещества:
1. Диацетат целлюлозы, обладающий прозрачностью, марки CAS 9012-09-3, Ферганское производственное объединение «Азот».
2. Уксусная кислота CAS 64-18-6 ЧДА (86,5-99,7%) ГОСТ 5848-73.
3. 4-[(E)-(4'-гидроксифенил)диазенил]фталонитрил. Он был получен по методике [Тихомирова, Т.В. Синтез и свойства металлофталоцианинов, содержащих в своем составе азохромофоры / Т.В. Тихомирова, С.А. Знойко, Г.П. Шапошников // Журнал общей химии. - 2018. - Т. 88. - № 6. - С. 984-991]. Диазотирование 0,6 г (0,0042 моль) 4-аминофталонитрила (1) проводили по известной методике [Носова Г.И., Якиманский А.В., Кудрявцев В.В., Абрамов И.Г., Лысков В.Б., Маковкина О.В., Горбань Н.Б. Замещенные 4-фенилазофталонитрилы и полимеры с нелинейными оптическими свойствами, содержащие эти фрагменты в боковой и основной цепи полимера // Патент РФ 2 369 597. 2007 Бюл. № 28]. Полученный раствор прибавляли по каплям при интенсивном перемешивании к охлажденному щелочному раствору 1,2 г (0,0042 моль). 4-гидрокси-бензойной кислоты в 25 мл 20 %-го водного раствора Na2CO3, не допуская нагревания реакционной массы выше 8-10°С. Окончание реакции контролировали по пробе на вытек с динатриевой солью 3-гидрокси-4-нитрозо-2,7-нафталиндисульфоновой кислоты, среда нейтральная. Образовавшийся осадок отфильтровывали, промывали водой и сушили. Продукт (3) экстрагировали хлороформом. Очистку целевого продукта проводили, используя колоночную хроматографию на силикагеле М60 (элюент - хлороформ).
Figure 00000001
Изобретение реализуется следующим образом.
Пример 1.
Изготовление полимерного pH-сенсорного материала.
Материал получают в виде полимерной пленки методом полива раствора полимера на холодную поверхность. Для этого 3,7 г (99,95 мас. %) порошка диацетата целлюлозы заливают 30 мл уксусной кислоты и эту смесь оставляют на 24 часа при комнатной температуре для набухания.
Затем добавляют 0,00185 г (0,05 мас. %) 4-[(E)-(4'-гидроксифенил) диазенил]фталонитрила, периодически перемешивая смесь стеклянной палочкой. Затем раствор пропускают через фильтр Шота для отделения механических примесей и получения однородного раствора. Аккуратно распределяют раствор и полимерный материал равномерно по всей поверхности чашки и устанавливают в строго горизонтальном положении в сушильный шкаф, нагретый до 50-60°С. Чашки выдерживают в шкафу до полного удаления растворителя. Сформованную пленку отделяют от чашки Петри при помощи воды. Избыток 4-[(E)-(4'-гидроксифенил) диазенил]фталонитрила 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, составляет 20-25 мкм.
Состав этого и остальных примеров полимерного pH-сенсорного материала приведены в таблице.
Определение чувствительности полимерного pH-сенсорного материала к ионам водорода проводили следующим образом.
Полимерную пленку, полученную, как описано в примерах 1-9 (табл.), помещают в оптическую кювету, заполненную буферным раствором с рН 8.42, выдерживают 2 секунды и записывают электронный спектр поглощения пленки при температуре 25°C с помощью регистрирующего спектрофотометра спектрофотометре Shimadzu UV-1800 в интервале от 300 до 900 нм, фиксируют длину волны максимума поглощения пленки, которая равна 369 нм. Затем рН раствора изменяют с помощью буферных растворов до 9.1, 10, 11 и 12.6 и при каждом значении рН также записывают электронный спектр поглощения пленки. В интервале рН от 8.42 до 12.6 наблюдают постепенное изменение цвета пленочного материала от желтого до интенсивного красного и в электронном спектре поглощения фиксируют уменьшение интенсивности полосы поглощения при 369 нм и рост интенсивности полосы поглощения при 561 нм. При этом интенсивность окраски пленочного материала, количественно определяемая поглощением, при 561 нм, пропорциональна количеству ионов водорода в растворе.
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.
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, также приведены в таблице.
Таблица

при-мера
Содержание диацетата целлюлозы, мас. % Содержание фталонитрила мас. % рН Длина волны максимума поглощения, нм /Поглощение, ед.
1. 99.95 0.05 9,34 380 / 0,35 - -
2. 99.95 0.05 11,20 380 / 0,27 - 507 / 0,17
3. 99.95 0.05 12,92 - 386 / 0,21 507 / 0,25
4. 99.93 0.07 9,34 380 / 0,58 - -
5. 99.93 0.07 11,20 380 / 0,43 - 507 / 0,32
6. 99.93 0.07 12,92 - 386 / 0,28 507 / 0,43
7. 99.90 0.1 9,34 380 / 0,82 - -
8. 99.90 0.1 11,20 380 / 0,68 - 507 / 0,55
9. 99.90 0.1 12,92 - 386 / 0,51 507 / 0,70
Данные таблицы с очевидностью подтверждают, что заявленный полимерный pH-сенсорный материал обладает способностью к мгновенному, избирательному, пропорциональному и обратимому изменению окраски в присутствии ионов водорода. Об избирательности заявленного материала свидетельствует тот факт, что при переходе от кислой среды анализируемого раствора к щелочной в электронном спектре пленки наблюдается уменьшение интенсивности поглощения полосы при 369 нм и рост интенсивности поглощения при 561 нм. О пропорциональности отклика материала на величину рН раствора свидетельствует величина поглощения максимума полосы при 561 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.

Claims (2)

  1. Полимерный pH-сенсорный материал, содержащий полимер, отличающийся тем, что в качестве полимера использован диацетат целлюлозы и дополнительно содержит 4-[(E)-(4'-гидроксифенил)диазенил]фталонитрила при следующем содержании компонентов, масс.%:
  2. диацетат целлюлозы 99,90-99,95 4-[(E)-(4'-гидроксифенил)диазенил]фталонитрил 0,05-0,10
RU2021139536A 2021-12-29 ПОЛИМЕРНЫЙ pH-СЕНСОРНЫЙ МАТЕРИАЛ RU2786858C1 (ru)

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2786858C1 true RU2786858C1 (ru) 2022-12-26

Family

ID=

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2128678C1 (ru) * 1997-02-18 1999-04-10 Тюменский государственный нефтегазовый университет Триацетатцеллюлозная композиция для получения пленок
RU2389745C2 (ru) * 2008-07-30 2010-05-20 Сергей Пантелеймонович Громов Хемосенсорные оптоматериалы для определения катионов металлов большого ионного радиуса и ионов диаммония на основе краунсодержащих бисстириловых красителей, иммобилизованных в полимерные пленки, и способы их получения
RU2399585C1 (ru) * 2009-06-09 2010-09-20 Учреждение Российской академии наук Институт геологии и минералогии им. В.С. Соболева Сибирского отделения РАН (Институт геологии и минералогии СО РАН, ИГМ СО РАН) Способ получения композиционной оптической хемосенсорной пленки
RU2412959C1 (ru) * 2009-08-10 2011-02-27 Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Ивановский государственный химико-технологический университет" (ИГХТУ) Полимерный хемосенсорный материал
WO2017070769A1 (ru) * 2015-10-29 2017-05-04 ШИРИПОВ, Владимир Яковлевич Комбинированное оптическое покрытие и способ его изготовления (варианты)

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2128678C1 (ru) * 1997-02-18 1999-04-10 Тюменский государственный нефтегазовый университет Триацетатцеллюлозная композиция для получения пленок
RU2389745C2 (ru) * 2008-07-30 2010-05-20 Сергей Пантелеймонович Громов Хемосенсорные оптоматериалы для определения катионов металлов большого ионного радиуса и ионов диаммония на основе краунсодержащих бисстириловых красителей, иммобилизованных в полимерные пленки, и способы их получения
RU2399585C1 (ru) * 2009-06-09 2010-09-20 Учреждение Российской академии наук Институт геологии и минералогии им. В.С. Соболева Сибирского отделения РАН (Институт геологии и минералогии СО РАН, ИГМ СО РАН) Способ получения композиционной оптической хемосенсорной пленки
RU2412959C1 (ru) * 2009-08-10 2011-02-27 Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Ивановский государственный химико-технологический университет" (ИГХТУ) Полимерный хемосенсорный материал
WO2017070769A1 (ru) * 2015-10-29 2017-05-04 ШИРИПОВ, Владимир Яковлевич Комбинированное оптическое покрытие и способ его изготовления (варианты)

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Кострова Е.А. Хемосенсорные материалы на основе фталодинитрилов. Ивановский государственный химико-технологический университет. VIII Молодежная конференция ИОХ РАН: сборник тезисов докладов. Москва: МАКС Пресс, 15.05.2019 г. - 184 с., 66 с. *

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Xiang et al. Highly sensitive and selective optical chemosensor for determination of Cu2+ in aqueous solution
Qin et al. A thiocoumarin-based colorimetric and ratiometric fluorescent probe for Hg 2+ in aqueous solution and its application in live-cell imaging
Yan et al. Synthesis and spectral analysis of fluorescent probes for Ce4+ and OCl− ions based on fluorescein Schiff base with amino or hydrazine structure: application in actual water samples and biological imaging
Ngororabanga et al. A highly selective and sensitive ESIPT-based coumarin–triazole polymer for the ratiometric detection of Hg 2+
US5599913A (en) Chromoionophores, optical sensors containing them and a method for determining the presence of alkali metal cations or of a base
Shi et al. An isophorone-based NIR probe for hydrazine in real water samples and hermetic space
CN109239039B (zh) 一种基于荧光探针的乙醛检测方法及其应用
Huang et al. An optical-fiber sensor based on time-gated fluorescence for detecting water content in organic solvents
CN107417681B (zh) 一种含有香豆素-噻二唑基席夫碱荧光探针化合物及其制备方法和用途
RU2786858C1 (ru) ПОЛИМЕРНЫЙ pH-СЕНСОРНЫЙ МАТЕРИАЛ
Wu et al. Two 1, 8-naphthalimides as proton-receptor fluorescent sensors for detecting pH
CN112210369B (zh) 一种后合成修饰的mof-pc材料及其制备方法和应用
Rasch et al. Pyrene-Based Macrocrosslinkers with Supramolecular Mechanochromism for Elastic Deformation Sensing in Hydrogel Networks
CN111635376B (zh) 一种三价As检测探针、制备方法及其用途
CN113004256A (zh) 一种检测汞离子的比率型探针及其制备方法和应用
CN105820183B (zh) 含α,β-不饱和酮氟硼吡咯化合物及其在亚硫酸盐检测中的应用
CN108641714B (zh) 基于罗丹明衍生物的Hg2+荧光探针及其制备方法和应用
Qian et al. A NIR fluorescent sensor for biothiols based on a dicyanoisophorone derivative with a large Stokes shift and high quantum yield
Wei et al. Highly sensitive fluorescent hydrazone derivatives for sensing of Cu2+ and its application for actual environment detection
KR101535188B1 (ko) 구리 이온 선택성을 갖는 로다민 유도체, 이의 제조 방법 및 이를 이용한 구리 이온의 검출 방법
CN113024410A (zh) 一种可视化检测氨气和胺类物质的荧光传感材料及其制备方法和应用
Zhukova et al. Assessment of the composition of aqueous-organic mixtures end extraction phases by solvatochromism of 4-((octylylpyridinium) ethenyl) phenolate dyes
CN115353498B (zh) 一种苯并噻唑类锌离子荧光探针及其制备方法
CN112110913A (zh) 一种可用于水合肼检测的新型荧光探针及试纸的制备和应用
CN109705105A (zh) 一种检测氰化物的比率型近红外荧光探针的制备方法及用途