Научная деятельность Николая Альфредовича Платэ

Химические сенсоры

В 1993 г. в лаборатории Николая Альфредовича в ИНХС РАН были начаты исследования по разработке нового поколения газовых пьезорезонансных химических сенсоров - миниатюрных высокочувствительных приборов, предназначенных для количественного определения веществ в сверхмалых концентрациях в газовых средах. Эти исследования проводились совместно с академиком Б.Ф. Мясоедовым и сотр. (ГЕОХИ РАН) и Военным университетом радиационной, химической и биологической защиты МО РФ, а сейчас успешно продолжаются в Институте.

Эффективность химического сенсора определяется двумя его главными составляющими - химическим чувствительным слоем, селективно и обратимо взаимодействующим с детектируемым веществом (аналитом), и физическим трансдьюсером, который не просто фиксирует сигнал от аналита, но усиливает его и управляет им, повышая селективность и надежность сенсора. Проводимые под руководством Николая Альфредовича работы были направлены как на совершенствование физического трансдьюсера, так и на создание новых высокоэффективных чувствительных слоев и на фундаментальные исследования взаимодействий, обеспечивающих селективность и обратимость.

Полимеры очень перспективны для использования в сенсорной технологии и, особенно, в качестве интерактивных материалов. Однако круг исследованных полимеров как интерактивных материалов пьезорезонансных сенсоров был очень узок (в основном, полиизобутилены, полипропилен, полибутадиены, полисилоксаны), и возможности, которые предоставляет великое многообразие высокомолекулярных соединений, способных к химическому взаимодействию, реализованы пока в очень малой степени.

В лаборатории Николая Альфредовича (совместно с И.С. Калашниковой, В.Н. Перченко, В.В. Барановым, Л.Е. Лединой, Г.Л. Камневой) был проведен скрининг карбо- и гетероцепных полимеров различной природы, в том числе впервые синтезированных в Институте. (поликислоты, полиоснования, полиспирты, полиэфиры,металлосодержащие полимеры, полимеры с мембранными свойствами). В результате был создан уникальный банк данных о полимерных интерактивных материалах для пьезорезонансных сенсоров, насчитывающий более 200 полимеров. В ходе этих исследований впервые подбор интерактивных материалов для химических сенсоров осуществляли с использованием полимеров с мембранными свойствами. Оказалось, что такие полимеры, как правило, являются эффективными материалами для этих целей. Так, большой интерес представляют Si- содержащие стеклообразные полимеры с мембранными свойствами (политриметилсилилпропин, политриметилсилилстирол, политриметилсилилнорборнен, поливинилтриметилсилан и др.), проявившие высокую эффективность и селективность при определении концентрации углеводородов или бензинов в воздухе.

Интересные и важные в практическом плане результаты были получены также при исследовании модифицированной полималеиновой кислоты (ПМК) и комплексов хлоридов металлов с N-замещенными полиэтилениминами (ПЭИ). Модификацией ПМК и ПЭИ удалось получить интерактивные материалы с хорошими метрологическими характеристиками для определения в воздухе аммиака и диметилгидразина. Так, пределы обнаружения 1,1-диметилгидразина, аммиака и бензина составляют 0.5, 5.0 и 10.0 мг/м³ при ПДК 1.0, 20 и 100-300 мг/м³ соответственно.

Разработанные полимерные чувствительные слои были использованы при создании прибора оригинальной конструкции - адаптивного сенсорного газоанализатора. Настройка и измерения осуществляются автоматически, прибор может работать как в режиме мониторинга, так и для единичных измерений. Реализация в приборе идеологии адаптации позволяет путем замены чувствительных сенсорных датчиков, фильтрующих материалов и корректировки программы использовать один прибор для селективного определения широкого спектра веществ.

Такой подход можно рассматривать как альтернативу мультисенсорным приборам, в которых одновременно работают несколько разных сенсорных датчиков, каждый из которых имеет свой отклик на определяемое вещество, и реализуется метод распознавания образов.