Sciencemag.cz
Doporučujeme
Vlákna jako čidla plynů, integrovaná do textilií, mohou být základem nové generace inteligentních oděvů.
Včasný záchyt úniku toxických plynů je nejdůležitějším faktorem pro ochranu veřejného zdraví i zajištění bezpečnosti práce. V současnosti se k měření koncentrací toxických nebo výbušných plynů používají elektrochemické, katalytické nebo infračervené senzory. Tyto techniky dosáhly vysoké citlivosti a selektivity. Jsou schopny měřit v koncentracích tisíců až desítek ppm. Jde však o poměrně robustní a nákladná zařízení.
Vývoj posledních let hledá alternativní cestu detekce plynů pomocí malých, levných a opakovaně použitelných senzorů. Rachel Owyeungová a její kolegové z Tufts University v Medfordu (Massachusets, USA) vyvinuli metodu detekce plynů pomocí textilních vláken. Vlákna vykazují jistou pružnost, příznivou nasákavost a dokáží změnit barvu už při nízké koncentraci plynu pod hranicí 50 ppm.
Vlákno, jako trojrozměrný objekt, je navíc velice vhodné pro analytická měření a jeho největší výhodou je možnost integrace do běžně nošeného pracovního nebo civilního oděvu. Změnu barvy vlákna lze odečítat pouhým okem nebo pro přesnější měření s využitím aplikace v chytrém telefonu. V dnešní době jsou tato zařízení velmi rozšířena a kvalita jejich fotoaparátů umožňuje vyhodnocovat snímané obrazy přímo, bez použití speciálních doplňků.
Příprava vlákna pro detekci plynů je levná a jednoduchá. Nejprve se ponoří do roztoku barviva a dále se dvoustupňovým ochranným procesem zajistí, aby obarvené vlákno bylo chráněno před vyluhováním a opotřebením. Prvním krokem je očištění vlákna kyselinou octovou, která otevírá a zdrsňuje povrch vlákna, čímž umožní aktivnější interakce mezi molekulami barviva. Druhým krokem je potažení vlákna hydrofobním elastomerem, který mu dodá potřebnou pružnost a zajistí, aby povrch odpuzoval vodu, a tím zabránil vymývání barviva během praní.
Vědecký tým testoval vlákna na detekci dvou známých a běžně se vyskytujících těkavých plynů – amoniaku a plynného chlorovodíku. Ty se mohou uvolňovat například z čisticích prostředků nebo umělých hnojiv. Pro konkrétní pokus vybrali výzkumníci dvě barviva. Bromthymolová modř posloužila jako indikátor amoniaku a methylčerveň jako detektor chlorovodíku.
Bromthymolová modř a methylčerveň jsou slabé kyseliny. Žlutavá barva vlákna napuštěného bromthymolovou modří se v přítomnosti amoniaku změní na modrou. Čím vyšší je koncentrace amoniaku, tím výraznější je modrá složka. Důvodem je deprotonace hydroxylové skupiny a přeskupení konjugovaného systému barviva.
V případě použití methylčerveně pro detekci chlorovodíku se barva vlákna přemění ze žluté na červenou. V obou případech lze systém zpětně protonovat. Přeskupení funkčních skupin se zvrátí a vlákno se opět jeví v původní barvě.
Pro tyto jednoduché důkazy nebylo k vyhodnocení barevných změn nutné použít chytrý telefon. Změny byly patrné lidským okem. Avšak pro přesnější a složitější barevné popisy spekter budou tato zařízení nezbytná. V budoucnu snad dokonce nahradí v řadě aplikací složité spektroskopické přístroje.
Vlákna jako čidla plynů, integrovaná do textilií, mohou být základem nové generace inteligentních oděvů. Uplatnění jistě najdou v lékařském, vojenském a záchranářském odvětví. Navíc jsou opakovaně použitelná, omyvatelná a cenově dostupná.
Reference:
ChemistryViews: Your Clothes Detect Gasses [online]. Dostupné z: https://www.chemistryviews.org/…_Gasses.html.
Rachel E. Owyeung, Matthew J. Panzer, Sameer R. Sonkusale. Colorimetric Gas Sensing Washable Threads for Smart Textiles. Scientific Reports, 2019; 9 (1) DOI: 10.1038/s41598–019–42054–8.
autor: Kateřina Habrdová
Převzato z Matfyz.cz, upraveno.
