Красноярские наноалмазы помогут проверить качество воды

Водный раствор с небольшими фрагментами алмазов мгновенно окрашивается в яркие цвета, если в исследуемой жидкости есть опасные соединения

Ученые из Красноярского научного центра Сибирского отделения РАН предложили способ обнаружения фенолов в воде с помощью наноалмазов. Новый метод позволяет находить загрязнения максимально быстро и просто. Соответствующая статья опубликована в журнале Journal of Nanoscience and Nanotechnology.

Фенолы — это крайне токсичные органические соединения, способные нанести серьезный ущерб человеческому организму. Простой контакт кожи с рядом фенолов вызывает на ней ожоги. В начале 2000-х годов в бассейне реки Амур случилась экологическая катастрофа — в реку попало огромное количество фенола, что создало высокую опасность для здоровья местных жителей. Поэтому изобретение способов быстрого выявления этих вредоносных соединений в воде — весьма важная задача.

Красноярские исследователи предложили использовать для этого необычный порошок из детонационных наноалмазов. Так называют наноразмерные частицы алмазов, получаемые взрывом (например, тротил-гексогеновой смеси), который проводится в закрытой камере при нехватке кислорода. Из-за последнего фактора углерод не может окислиться, а огромное давление преобразует часть его в мельчайшие алмазы. К свободным химическим связям поверхностных атомов углерода после взрыва присоединяются присутствующие вокруг них примеси, например, углеводородные, а также атомы металлов.

Красноярские биофизики с помощью таких добавок к поверхности алмазных частиц получили наноалмазы, обладающие высокой коллоидной устойчивостью в различных средах. Это значит, что они, при добавлении жидкости, будут образовывать равномерную взвесь. При этом исключительно стабильную — наночастицы в ней могут годами находиться во взвешенном состоянии, не слипаясь и не выпадая в осадок.

Более того, подобные наноалмазы сохраняют коллоидную стабильность даже после многих циклов замораживания-оттаивания, после просушивания, кипячения и автоклавирования. Исходные наноалмазы — до модификации их поверхности примесями — такими свойствами не обладают, из них крайне сложно получить устойчивую взвесь даже при длительной обработке ультразвуком, перемешивающим наночастицы.

С химической точки зрения самая ценная черта таких взвесей — то, что устойчивые к образованию комков модифицированные наноалмазы могут играть роль катализатора — нерасходуемого ускорителя химических реакций. Поэтому если их добавить к смеси реагента для определения фенолов — аминоантипирина, перекиси водорода и фенола, то раствор, куда добавляют анализируемую на предмет наличия фенолов воду, быстро окрасится в ярко-малиновый цвет.

Исследователи установили, что такой итог реакции связан с наличием на поверхности наночастиц алмаза примесей ионов железа и меди. За счет этого простое добавление взвеси наноалмазов в воду со следами фенолов позволит максимально быстро и надежно обнаружить их присутствие по яркой окраске раствора. По интенсивности этой окраски спектральным методом можно довольно точно определить концентрацию фенолов в образце.

Ученые оценили возможность многократного применения наночастиц для такого экспресс-анализа загрязненности. После каждого теста частицы отмывали и вновь запускали реакцию. Оказалось, что один и тот же образец наноалмазов можно использовать для выявления фенолов не менее семи раз. Сейчас исследователи работают над созданием твердого носителя с наночастицами алмазов — это позволит еще больше упростить выявление опасных загрязнений в воде.