Fiber optic sensor modified by grafting of the molecularly imprinted polymer for the detection of ammonium in aqueous media

Abstract

АннотацияПредмет исследования. Предложены новые химические сенсоры на основе оптических волокон, модифицирован-ных графтингом молекулярно-импринтированного полимера, для детектирования аммония в водных растворах. По-вышенные концентрации аммония в природных водах способствуют эвтрофикации, поэтому контроль его содержа-ния в природных водоемах имеет большое значение для экологического мониторинга. В настоящее время такой мо-ниторинг практически не проводится в связи с отсутствием соответствующих сенсоров. Привлекательным подходом к разработке химических сенсоров для удаленного контроля является использование полимерных оптических воло-кон. К преимуществам полимерных оптоволокон относятся высокая механическая устойчивость к ударам и вибра-ции, возможность реализации мультиплексирования и дистанционных измерений, низкая стоимость. Метод. Поли-мерный слой импринтированный ионами аммония наносился методом графтинга на поверность метилметакрилатно-го оптоволокна. Метакриловая кислота использовалась в качестве мономера, диметакрилат этиленгликоля в качестве кросслинкера, 2,2′-азобис(2-метилпропионамидин) дигидрохлорид в качестве радикального инициатора, аммоний в качестве импринтируемой молекулы и смесь воды с этанолом 4:1 в качестве растворителя. Были оптимизированы условия синтеза полимера с использованием интенсивности прошедшего через оптоволокно света, равномерности полимерного слоя и отклика в растворах аммония в качестве критериев оптимизации. Основные результаты. Раз-работаны химические сенсоры на основе полимерных оптических волокон, модифицированных графтингом молеку-лярно-импринтированного полимера, для детектирования ионов аммония в воде. Разработана методика графтинга молекулярно-импринтированного полимера на поверхность оптических волокон. Установлено, что высокие концен-трации мономера и кросслинкера приводят к повреждению оптоволокна, а продолжительное время полимеризации к уменьшению его светопропускающей способности. Использование полимеризационной смеси следующего состава: метакриловая кислота -2,1 ммоль/л, диметакрилат этиленгликоля -7,7 ммоль/л и NH 4 Cl -0,3 ммоль/л -и времени полимеризации 15 мин позволяет получить оптический сенсор, обладающий откликом к ионам аммония в водных растворах. Практическая значимость. Результаты работы могут найти применение в экологическом мониторинге аммония в природных водах, в частности, в дистанционных in situ системах измерения. Кроме того, разработанная и оптимизированная схема графтинга молекулярно-импринтированного полимера может быть использована для раз-работки оптоволоконных сенсоров для определения других веществ. Ключевые слова полимерный оптоволоконный сенсор, молекулярный импринтинг, графтинг, детектирование аммония.