Более точный сенсор для свинцовой краски
Энн-Арбор - В основе прототипа более точного определения краски, содержащей свинец, лежит новая рецептура молекулярного геля, разработанная в Университете штата Мичиган.
Тест позволяет легко увидеть, содержит ли осколок краски больше допустимых 5 тыс. частей на миллион ядовитого металла, который был запрещен в красителях с 1978 года. Государственные учреждения используют этот порог, чтобы определить лакокрасочные материалы как «свинецсодержащие» и Управление по охране окружающей среды требует, чтобы домашние тест-наборы могли дифференцировать значение выше и ниже этой отметки. Тем не менее, эти домашние комплекты имеют значительный предел погрешности, и они показывают много ложных положительных результатов, говорят исследователи.
Новый тест является более понятным и точным, чем его аналоги. Он состоит из флакона, содержащего растворитель краски и небольшое количество некоторых солей, которые, в сочетании с определенной концентрацией свинца, образуют гель.
Пользователи опускают кусочек краски внутрь, нагревают смесь и ожидают, чтобы увидеть, как раствор реагирует. Если образуется гель, и гель остается в верхней части перевернутого флакона, это положительный результат на то, что в краске содержится свинец, по меньшей мере, 5 тыс. частей на миллион. Если раствор остается жидким и не образуется гель, там еще может быть некоторое количество свинца в краске, но его недостаточно, чтобы потребовать специальных мер для ремонта или ее удаления.
«Что хорошо, так это то, что не имеет значения, какой цвет краски вы проверяете и это так просто: каждые может определить разницу между жидкостью и гелем», — сказала Газина Вейц, ученый со степенью доктора в области химии и первый автор статьи о научной работе, опубликованной в Журнале Американского химического общества.
Тест может помочь домовладельцам и арендаторам лучше понять их уровень риска. Исследователи говорят, что это также продвигает современную науку вперед. Он демонстрирует более рациональный подход к созданию целевых молекулярных гелей, желеподобных веществ, которые являются очень перспективными в зондировании, биомедицине и практическом применении экологических очистных работ.
«Большинство молекулярных гелей обнаружены по счастливой случайности», — сказала Энн Мак-Нил, профессор химии в Колледже литературы, науки и искусства и макромолекулярной науки, и инженерии в Колледже инженерии.
«В других случаях, исследователи могли бы взять гель, который уже был обнаружен, и использовать его для различных целей. Изобрести абсолютно новый очень сложно. Эта статья о совершенно ином подходе».
Для того чтобы придумать свой рецепт, исследователи сначала предполагали, что исследуя рост кристаллов, можно получить представление об образовании геля. Кристаллы представляют собой жесткие твердые вещества, а гели находятся между твердыми телами и жидкостями.
Затем они обратились к Кембриджской базе структурных данных, глобальному хранилищу более 800 тыс. кристаллических структур. Любой исследователь, который сообщает о новой кристаллической структуре, требуется ввести ее в базу данных.
Они искали кристаллы, которые содержат свинец. Затем они сузили поиск. Рассматривая гели под микроскопом, они знали, что гели часто напоминают чаши спагетти - клубки длинных волокон. Из возможных кристаллических структур, им пришло в голову, что длинная нить будет наиболее близкой к игольчатому кристаллу. Таким образом, команда исследователей нацелилась на кристаллические структуры, которые содержат свинец, и создали форму стержня. Затем исследователи использовали эти молекулы в качестве отправной точки.
«Мы были удивлены тем, насколько хорошо это сработало», — сказала МакНил.
Не все уверены в том, что их результаты не были счастливой случайностью.
«Мы сделали предположение о том, что, когда кристалл растет и образует игольчатую форму, силы могут быть аналогичны тем, которые получаются, когда формируется гель», — сказала МакНил. — «Похоже, что это сработал, но некоторые люди думают, что это было большое предположение».
Исследовательская группа МакНила планирует протестировать новый процесс разработки на геле, который не содержит металл, чтобы увидеть, сможет ли их рецепт служить в качестве шаблона для других.
Статью назвали «Разработка сенсора на основе геля с использованием прогнозирования морфологии кристаллов». Исследования проводились в течение нескольких лет, и свой вклад внесли большое количество людей: постдокторский ученый Газина Вейц (финансируется за счет Фонда поддержки доцентов Мичиганского университета), бывший аспирант Келси Картер (финансируется Национальным научным фондом преддокторских стипендий и Управлением военно-морских исследований) и приглашенный преддипломный студент Сара Кокс (финансируется за счет Национального научного фонда Центра исследовательского опыта для студентов университетов химических наук).
Университет проводит патентную защиту интеллектуальной собственности и ищет партнеров по коммерциализации, чтобы помочь вывести технологию на рынок.