Se světlem k lepším senzorům

Týmu z VŠCHT se ve spolupráci s francouzskými kolegy z IM2NP a ISEN Toulon podařilo prozkoumat jev, který výrazně vylepšuje schopnosti ftalocyaninových senzorů oxidu dusičitého (NO₂). Fotoregenerace (světlem stimulovaná desorpce analytu) prodlužuje životnost citlivé vrstvy, zvyšuje frekvenci měření a snižuje spotřebu senzoru.

Oxid dusičitý (dráždivý plyn, jeden z význačných atmosférických polutantů s PEL limitem cca 1000 ppb) se konvenčně monitoruje např. pomocí chemirezistorů na bázi oxidů kovů, z nichž ty nejlepší dosahují detekčních limitů v řádu jednotek parts per billion (ppb). Tyto senzory však pracují za zvýšených teplot (> 200 °C) a trpí nízkou selektivitou k NO₂. Proto jsou hledány alternativy v podobě řady organických materiálů, které lze pro jejich strukturní variabilitu snadněji upravit na míru k detekcím jednoho analytu. Mezi slibné kandidáty pro monitoring NO₂ patří právě ftalocyaniny.

Je to však ona silná interakce s NO₂, která v praxi omezuje použití těchto materiálů, neboť silně vázaný analyt lze jen obtížně rychle a šetrně desorbovat před dalším měřicím cyklem. Dosud se tak činilo hlavně zvyšováním teploty (> 150 °C), které nakonec vede k rychlejšímu stárnutí citlivé vrstvy. Jiné návrhy, jak usnadnit desorpci NO₂, spočívaly v nanostrukturování či předžíhávání citlivé vrstvy. Další přístup, který byl demonstrován na optických senzorech, navrhnul použít k urychlení desorpce UV záření. Zvláště systémy s osvitem bodovaly dobrou regenerací, avšak jejich citlivost a mez detekce byly horší a další nevýhodou byla vyšší komplexita (a tím i cena optických senzorů).

Na VŠCHT se však podařilo původní fotoregenerační metodiku přepracovat a rozšířit za účelem jejího použití na klasických jednoduchých ftalocyaninech takovým způsobem, že výsledné senzory disponují jak vysokou citlivostí s nízkou mezí detekce (< 20 ppb), tak rychlou a snadnou regenerací při nízkých teplotách (celý měřicí cyklus se podařilo stlačit pod 2 minuty, teplotu senzoru na 55 °C).

Podrobnosti viz vědecký článek:

Phthalocyanine photoregeneration for low power consumption chemiresistors, David Tomecek, Martin Hruska, Premysl Fitl, Jan Vlcek, Eva Maresova, Sarka Havlova, Lionel Patrone, and Martin Vrnata, ACS Sensors Just Accepted Manuscript, DOI: 10.1021/acssensors.8b00922