Колорометрические сенсоры

Данный тип оптических хемосенсоров предложен группой исследователей из химического факультета университета Иллинойса. Они предложили сделать матрицу, элементы которой будут изменять спектр поглощения или отражения при взаимодействии с аналитом. То есть, визуально будет изменяться цвет и интенсивность цвета сенсорных элементов данного матричного сенсора.

В качестве сенсорного материала используются красители чувствительные изменениям химического состава их окружения, которые наносят на различные матрицы. В качестве чувствительных красителей или оптических молекулярных индикаторов (ОМИ), используются три группы красителей. Первая группа – сольватохромные красители - наиболее известные представители этой группы бетаин Райхардта и краситель Нильский Красный. Вторая группа рН–индикаторы - наиболее часто используется Метиловый Красный. Третья группа – красители, содержащие ионы металлов, в качестве которых используются различные производные металлопорфиринов (рисунок 4).

Рисунок 4. Типы красителей, используемые в колорометрических сенсорах.

В качестве материалов, в которые помещаются оптические молекулярные индикаторы, используются различные доступные материалы, например, пластинки для тонкослойной хроматографии, полимерные плёнки, пористые мембраны.

Матрица является одноразовой и изготовляется довольно легко. Приготавливаются базовые растворы ОМИ, которые затем наносятся с помощью микропипеток (0.1 мкл) на подложку. Для изготовления матрицы используется 24 различных красителя. Таким образом, детекторная часть колориметрического сенсора представляет собой подложку размером 1х1 см, на которую нанесены различные красители (рисунок 5).

Рисунок 5. Матрица колориметрического сенсора.

Считывание сигнала происходит с помощью обыкновенного планшетного сканера. Сначала сканируется матрица до взаимодействия с аналитом, затем сканируется матрица после взаимодействия с аналитом, первое изображение вычитается из второго, получившийся результат является характеристикой аналита. На рисунке 6. приведены отклики матрицы на различные аналиты.

Рисунок 6. Отклик матрицы на различные аналиты.

Для получения заданной концентрации аналитов, то есть для пробоподготовки, используется система на основе прецизионного насоса, который позволяет точно дозировать количество вещества, необходимое для создания определённой концентрации паров аналитов. В качестве газа носителя используется азот.

Отличительной особенностью данного сенсора является его высокая чувствительность, для некоторых аналитов она составляет десятки ppm, что сравнимо с чувствительностью хроматографов. Но это достигается некоторым принесением в жертву принципа неспецифичности сенсорных элементов матричного сенсора, так как используются металлопорфирины, которые являются высокоселективными соединениями к некоторым типам аналитов. Этим же объясняется то, что матрицы можно использовать только один раз.