Odseki

ARRS Temeljni projekti

Hitra in natančna detekcija vodikovega peroksida (H2O2) v plinski fazi s prenosno napravo za merjenje je pomembno za izboljšavo nekaterih zdravstvenih in okoljskih problematik, lahko pa so tudi pomemben dejavnik pri preprečevanju terorističnih napadov. Povišane koncentracije plinastega H2O2 v izdihanem dihu so povezane z nekaterimi hudimi boleznimi, kot sta pljučni rak in astma, zato je enostavna analiza izdihanega zraka hitrorastoče področje kliničnega monitoringa pri nebolnišniški oskrbi.

Dandanašnji večji teroristični bombni napadi, predvsem londonski samomorilski teroristični napad leta 2005, vrsta terorističnih napadov v Parizu (2015), bombardiranje letališča v Bruslju in v več postaj podzemne železnice (2016) ter napad v Manchestrski Areni (2017) so bili izvedeni z uporabo zelo eksplozivnih organskih perokso spojin, tj. triacetontriperoksida, 1,4,7-trimetil-1,4,7-trietil-1,4,7-ciklononatriperoksana, heksametilenetriperoksid diamina itd. Ti eksplozivi se žal pogosto uporabljajo tudi v improviziranih eksplozivnih napravah na trenutnih vojnih območjih in še vedno predstavljajo nevarnost, saj jih je zelo enostavno izdelati iz običajnih gospodinjskih kemikalij (kot so H2O2, aceton, sečnina itd.) in ker ne vsebujejo običajnih nitro skupin, jih je zelo težko zaznati s standardnimi analitskimi tehnikami.

Poleg tega se H2O2 veliko uporablja v različnih panogah kot močno oksidacijsko sredstvo in/ali belilo (npr. v prehrambeni industriji in v proizvodnja papirja); lahko je tudi pomemben sestavni del raketnega goriva, čiščenja odpadnih voda, organske in anorganske sinteze in kot učinkovito razkužilo. Povišane koncentracije plinastega H2O2 lahko resno vplivajo na zdravje ljudi v zaprtih prostorih in lahko predstavljajo resno tveganje za okolje.

V zadnjih nekaj letih je bilo predlaganih več možnih metod detekcije. Temeljijo na kromatografiji, luminiscenci, Ramanski spektroskopiji, merjenju razlik v električni upornosti in elektrokemijskih metodah, ki pa so večinoma namenjene merjenju H2O2 v raztopinah. Ti pristopi ponujajo odlično občutljivost in selektivnost, vendar je treba analize opraviti v specializiranih laboratorijih. Poleg tega sta potrebna draga instrumentacija in usposobljeno osebje.

Elektrokemija, zlasti elektrokemijski plinski senzorji, ponujajo odlično platformo za direktne, hitre in občutljive meritve različnih elektroaktivnih vrsti kjerkoli. Poleg tega nedavna miniaturizacija elektronike in senzorjev omogočata zelo majhne sklope naprav in resnično prenosnost pri nizkih stroških. Ta projekt bo omogočil razvoj hitrih, prenosnih, občutljivih in zanesljivih plinskih senzorjev za zgodnje opozarjanje za odkrivanje sledi (<50 nM) H2O2 v zraku. Projekt bo obravnaval več pomembnih vprašanj v zvezi z odkrivanjem H2O2: (i) razvoj ustreznih poltrdnih elektrolitov, ki zagotavljajo dobro topnost plinastega H2O2, omogočanje njegove akumulacije za doseganje izboljšane občutljivosti in zaznavanja pri sobni temperaturi; (ii) preiskava ustreznih elektrodnih materialov in razvoj novih elektrokemijskih merilnih metod, vključno z omogočanjem elektrokatalitskih redoks procesov H2O2 za znižanje njegovih po naravi visoke redoks prenapetosti, s čimer bi se izognili morebitnim interferencam, podprto z matematičnim modeliranjem in bazičnimi študijami; (iii) zagotavljanje prenosnosti senzorjev s preučevanjem miniaturizacije in razvoja majhnih senzorjev, ki jih lahko upravljamo s prenosniki, tabličnimi računalniki ali pametnimi telefoni. Pričakujemo, da bo predlagana preiskava privedla do zelo uporabnih novih plinskih senzorjev za plinasti H2O2 in pomembnih novih znanj na področju varovanja zdravja, okolja, preprečevanja terorizma in elektrokemijskih plinskih senzorjev.

Oba projektna partnerja (Oddelek za anorgansko in analizno kemijo na Poljskem in Kemijski inštitut v Sloveniji) imata dolgoletne izkušnje na področju predlaganih raziskav. Medtem ko je glavna usmeritev poljske skupine elektroanalizna kemija s poudarkom na metodološkem razvoju naprednih elektroanaliznih tehnik, ima slovenska skupina več izkušenj z elektrokemijskimi plinskimi senzorji in sintezo specifičnih elektrokatalizatorjev in elektrolitov na osnovi ionskih tekočin in polimerov. Tudi metodologije, ki jih uporabljata oba partnerja, se v veliki meri dopolnjujejo. Projektni partnerji so že sodelovali v preteklosti na področju elektrokemijskih senzorjev za merjenje strupenih kovinskih ionov na osnovi elektrode modificirane z bizmutovim filmom. S tem projektom želimo razširiti naše skupne dejavnosti na naše skupno področje interesa - prenosne elektrokemijske plinske senzorje za dejansko praktično uporabo.

Kemijski inštitut (Slovenija)

dr. Vasko Jovanovski, vodja

dr. Primož Jovanovič

dr. Milutin Smiljanić

dr. Mohammed Azeezulla Nazrulla

Univerza v Lodžu (Poljska)

Valentin Mirčeski - vodja

Darek Guziejewski

Nabi Ullah