Технологию, которая за несколько минут поможет определить утечку хлористого водорода — одного из самых распространенных соединений на производстве, предложила группа ученых из подведомственных Минобрнауки России Северо-Осетинского государственного университета имени К. Л. Хетагурова (СОГУ) и Университета ИТМО. В будущем новый способ поможет создать компактные и недорогие детекторы утечки газов для предприятий пищевой и химической промышленности.
Галогеноводороды — соединения галогенов с водородом, в результате которых получаются бесцветные и токсичные для человека газы: хлористый (HCl), бромистый (HBr) и йодистый (HI) водород. Эти химические соединения часто используются на предприятиях, например при производстве соды или моющих средств. Избыток галогеноводородов в организме человека может вызвать отравление. Однако если высокое содержание веществ (от 1000 молекул на миллион молекул воздуха) человек и сам способен определить по запаху, то обнаружить их низкое содержание (менее десяти молекул на миллион молекул воздуха) можно только с помощью специальных сенсоров утечки газа.
Команде российских ученых удалось разработать простой и чувствительный фотонный дизайн для обнаружения галогеноводородов на основе перовскитных нанолазеров. Сейчас технология помогает всего за несколько минут определять утечку одного из самых часто используемых на производстве соединений — хлористого водорода.
Предложенный метод позволяет находить опасную концентрацию газообразных галогеноводородов в широком диапазоне 5–500 молекул химического соединения на миллион молекул воздуха.
«Сложность эксперимента заключалась не только в проведении исследований в особых in situ условиях, но и во временных и пространственных ограничениях: скорости химических реакций, диффузии ионов, естественной деградации, малых размеров объектов. Благодаря активному научно-техническому взаимодействию Университета ИТМО с Северо-Осетинским государственным университетом имени К. Л. Хетагурова на базе Центра коллективного пользования «Физика и технологии наноструктур» мы смогли сконфигурировать установки особым способом и провели in situ исследования методами рентгеновской фотоэлектронной спектроскопии с ионным профилированием и рентгеновской дифракции», — прокомментировал опубликованные результаты исследования Сослан Хубежов.
Ученый отметил, что подобные методы и подходы уникальны и реализуются лишь в ведущих научно-исследовательских лабораториях мира.
По словам ученых, в перспективе сенсоры можно сделать более чувствительными и адаптировать их для обнаружения других видов галогеноводородов.
Проект реализован в рамках программы Минобрнауки России «Приоритет 2030», которая является одной из мер государственной поддержки вузов нацпроекта «Наука и университеты», а также поддержан Российским научным фондом.
В состав исследовательской группы вошли научный сотрудник физического факультета ИТМО и директор Центра коллективного пользования «Физика и технологии наноструктур» Северо-Осетинского государственного университета имени К. Л. Хетагурова Сослан Хубежов, а также сотрудники лаборатории гибридной нанофотоники и оптоэлектроники ИТМО Дарья Маркина, Анатолий Пушкарев, Михаил Машарин, Иван Цибизов, Дмитрий Долгинцев, Иван Тертеров, Сергей Макаров и Сергей Аношкин.