Химики СПбГУ разработали высокочувствительный сенсор для выявления ртути в окружающей среде

Химики Санкт-Петербургского университета в сотрудничестве с коллегами из Университета ИТМО, Университета Ливерпуля (Великобритания) и Делфтского технического университета (Нидерланды) разработали высокочувствительный сенсор для определения ртути. Разработка ученых открывает доступ к новому классу соединений, которые могут применяться для обнаружения тяжелых металлов в окружающей среде.

Результаты исследования опубликованы в журнале Американского химического общества Inorganic Chemistry.

Ртуть и ее соединения являются чрезвычайно токсичными и способны вызывать широкий круг заболеваний нервной системы, печени, почек, дыхательных путей и других органов. Соединения ртути способны накапливаться в организме и приводить к серьезным хроническим отравлениям даже при воздействии малых количеств ртути в течение нескольких лет. ВОЗ рассматривает ртуть в качестве одного из десяти основных химических веществ или групп химических веществ, представляющих значительную проблему для общественного здравоохранения. Промышленные предприятия, горнодобывающая промышленность и сжигание горючих ископаемых являются источниками загрязнения природной среды ртутью; кроме того, ртуть содержится в люминесцентных лампах и медицинских термометрах и при неправильной утилизации может попасть в окружающую среду. Поэтому задача определения в окружающей среде содержания ртути, в том числе и находящейся в крайне малом количестве, является крайне важной для повышения качества жизни.

Одним из наиболее чувствительных методов количественного анализа в химии являются методы, основанные на измерении люминесценции — светимости вещества под воздействием внешнего излучения. Высокая чувствительность люминесцентных методов анализа обуславливает их особую роль при качественном и количественном определении микропримесей в высокочистых веществах, в токсикологии, при анализе фармацевтических препаратов. При этом одними из наиболее перспективных сенсоров, применяемых в данном методе, являются люминесцирующие металлорганические соединения. Атом металла в составе этих соединений — обычно это атом платины или иридия — обеспечивает эффективное свечение, а подбор структуры органического фрагмента позволяет добиться высокой чувствительности по отношению к определяемому веществу.

Научная группа доцента СПбГУ кандидата химических наук Михаила Кинжалова уже несколько лет занимается разработкой материалов с заданными свойствами на основе комплексов металлов платиновой группы с ациклическими диаминокарбеновыми лигандами.

Традиционно такие комплексы используются в катализе органических реакций, так как позволяют проводить синтезы фармацевтически важных органических соединений в экологически безопасных условиях. Однако в области химического анализа такие соединения ранее не применялись, поэтому открытые учеными сенсорные свойства этого класса положили основу новому классу сенсоров.

Доцент СПбГУ кандидат химических наук Михаил Кинжалов

В ходе исследования ученые синтезировали шесть новых типов люминесцирующих комплексов иридия с диаминокарбеновыми лигандами и проанализировали отклик их излучения на наличие катионов металлов. Несмотря на то, что все соединения обладают высокоэффективной люминесценцией, излучение только одного типа комплексов исчезает при добавлении соединений ртути. Это позволяет использовать данный комплекс в качестве высокочувствительного сенсора на ртуть — предел обнаружения токсина составляет 0,04 мг/л, что на порядок больше ПДК ртути в рыбе и морепродуктах. На обнаружение ртути не влияет присутствие соединений других тяжелых металлов: меди, цинка, свинца, кадмия, серебра и других. Разработанная методика, основанная на оптическом детектировании, позволяет в течение всего нескольких минут в лабораторных условиях получить информацию о наличии и концентрации соединений ртути в жидкостях.