„Elektroniczny nos” wdycha mieszaninę lotnych związków organicznych

Gdy rozcieńczalnik do farb, atrament i kleje wysychają, mogą uwalniać lotne związki organiczne (LZO), które mogą niekorzystnie wpływać na zdrowie. Zazwyczaj jednym takim LZO jest ksylen, który istnieje jako trzy izomery z tymi samymi pierwiastkami, ale w nieco innych układach. Ponieważ izomery są bardzo podobne, trudno je monitorować osobno. Teraz naukowcy z ACS Sensors opracowali nos elektryczny („nos elektroniczny”) z porowatymi membranami metaloorganicznymi (MOF), które mogą dokładnie rozróżniać mieszaniny izomerów ksylenu.

Ksylen, czasami nazywany ksylolem, jest uważany za szkodliwy, jeśli jego duże ilości są wdychane lub wchłaniane przez skórę. Każdy izomer, o-ksylen, m-ksylen i p-ksylen oddziałuje inaczej u ludzi i innych ssaków, dlatego ważne jest, aby monitorować środowisko dla każdego izomeru, a nie tylko jego skumulowaną obecność. Wcześniej badacze wykorzystywali chromatografię gazową do identyfikacji trzech form ksylenu. Ale ta procedura wymaga dużych, drogich narzędzi, a analizy zajmują dużo czasu. Dlatego Lars Heinke wraz z kolegami chciał sprawdzić, czy filmy MOF można połączyć w proste, szybsze czujniki do wykrywania i pomiaru obecności każdego izomeru w powietrzu z osobna.

Naukowcy przygotowali sześć różnych porowatych folii MOF, o których wiadomo, że absorbują izomery ksylenu, i nałożyli je na czujniki grawitacyjne w układzie zwanym „elektronicznym nosem”. We wstępnych eksperymentach zespół wykazał, że folie MOF mają różną wrażliwość na oksylen, m-ksylen i b-ksylen. Następnie przetestowali zdolność nosów elektronicznych do rozróżniania izomerów ksylenu w mieszaninach o stężeniach 10 ppm i 100 ppm, limitów narażenia Narodowego Instytutu Bezpieczeństwa i Higieny Pracy USA. Analizując dane z matrycy czujników za pomocą algorytmu uczenia maszynowego, zespół może określić skład mieszanin z 86% dokładnością dla mieszaniny 10 ppm i 96% dokładnością dla mieszaniny 100 ppm. Naukowcy twierdzą, że elektroniczny nos oparty na MOF jest prostym urządzeniem do rozróżniania trzech form ksylenu w monitorowaniu środowiska i testach diagnostycznych.

Autorzy potwierdzają finansowanie Fundacji Aleksandra von Humboldta, Chińskiej Rady Stypendialnej (CSC) i Deutsche Forschungsgemeinschaft.

Podsumowanie artykułu będzie dostępne 8 czerwca o godzinie 8:00 czasu wschodniego tutaj: https://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/acssensors.2c00301.

American Chemical Society (ACS) to organizacja non-profit zarejestrowana przez Kongres Stanów Zjednoczonych. Misją ACS jest rozwijanie szerszego przedsięwzięcia i praktyków chemii z korzyścią dla Ziemi i wszystkich jej mieszkańców. Towarzystwo jest światowym liderem w promowaniu doskonałości w edukacji naukowej i zapewnianiu dostępu do informacji i badań związanych z chemią poprzez swoje liczne rozwiązania badawcze, recenzowane czasopisma, konferencje naukowe, e-booki oraz cotygodniowe periodyczne wiadomości z chemii i inżynierii. Czasopisma Amerykańskiej Akademii Nauk należą do najczęściej cytowanych, najbardziej zaufanych i najczęściej czytanych w literaturze naukowej; Jednak sam ACS nie prowadzi badań chemicznych. Jako lider w dziedzinie rozwiązań informacji naukowej, dział CAS współpracuje z globalnymi innowatorami w celu przyspieszenia osiągnięć poprzez koordynację, łączenie i analizowanie globalnej wiedzy naukowej. Główne biura ACS znajdują się w Waszyngtonie i Columbus w stanie Ohio.