КОМПОЗИЦИЯ МАТЕРИАЛОВ СЕНСОРОВ ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ХИМИЧЕСКИХ СОЕДИНЕНИЙ ПРИ СЛЕДОВЫХ КОНЦЕНТРАЦИЯХ И СПОСОБ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ СЕНСОРОВ

1. Способ количественного измерения концентрации химического соединения, содержащегося в растворе образца, сенсорной пленкой, причем указанный способ включает:
контакт указанного образца с автономной сенсорной пленкой;
измерение изменения оптического свойства указанной автономной сенсорной пленки, полученного контактом указанного образца с указанным автономным сенсором; и
преобразование указанного изменения оптического свойства в указанную концентрацию.
2. Способ по п.1, в котором сенсорная пленка является автономной, так что она не нуждается во вспомогательных реагентах снаружи пленки для измерения концентрации химического соединения, и в котором оптический отклик находится в УФ-, видимом или ближнем ИК спектральных диапазонах, причем указанное изменение оптического свойства включает изменение упругого рассеяния, неупругого рассеяния, поглощения, интенсивности люминесценции, времени жизни люминесценции или вида поляризации, и указанное преобразование проводят с использованием калибровочной кривой.
3. Способ по п.1, в котором сенсорную пленку получают покрытием поверхности прозрачной пластмассы тонким слоем химической смеси и позволяют ему высохнуть, причем указанная пленка имеет толщину от 10 до 20 микрон.
4. Способ по п.1, дополнительно включающий получение гидрогелевой сенсорной пленки, имеющей химический состав, включающий индикатор, который изменяет свои оптические свойства при воздействии на него химического соединения, содержащегося в растворе образца, и воздействие на пленку фиксированного количества раствора образца.
5. Способ по п.4, дополнительно включающий измерение поглощения пленкой при длине волны близкой к максимуму пика поглощения (λmax) индикатора с использованием оптического сканирующего оборудования; и количественное определение концентрации химического соединения, содержащегося в растворе образца, используя среднее поглощение, измеренное сенсорной пленкой.
6. Способ по п.5, в котором химическая композиция, добавляемая в пленки гидрогелей, включает органическую соль или поверхностно-активное вещество и кислоту.
7. Способ по п.5, в котором сенсор включает, по меньшей мере, один специфичный аналитический реагент, включающий молибдатную соль и краситель, и рН-модификатор, включающий, по меньшей мере, одну сульфоновую кислоту.
8. Способ по п.5, в котором индикатор иммобилизуют в пленке гидрогеля, создавая ионную пару между индикатором и ионом четвертичного аммония, четвертичного фосфония, четвертичного имидазолия, четвертичного пиридиния, четвертичного пирролидиния или четвертичного сульфония, где концентрация соли четвертичного аммония, четвертичного фосфония, четвертичного имидазолия, четвертичного пиридиния, четвертичного пирролидиния или четвертичного сульфония существенно выше стехиометрического количества, требующегося для ионной пары индикатора.
9. Способ по п.8, в котором концентрация соли четвертичного аммония, соли четвертичного фосфония, четвертичного имидазолия, четвертичного пиридиния, четвертичного пирролидиния или соли четвертичного сульфония примерно в 5-1000 раз больше стехиометрических количеств относительно индикатора.
10. Способ по п.5, в котором индикатор является рН модифицированным в пленке гидрогеля посредством использования кислоты, выбранной из группы, состоящей из сульфоновой кислоты, фосфоновой кислоты, карбоновой кислоты и фенола, где концентрация кислоты существенно выше стехиометрического количества, требующегося для ионной пары индикатора.
11. Способ по п.5, в котором сенсорная пленка выбрана из группы, состоящей из сенсора на фосфат, пленки сенсора на молибдат, пленки сенсора на магний, пленки сенсора на жесткость воды, пленки сенсора на кальций, пленки сенсора на сульфит, пленки сенсора на щелочность и пленки сенсора на хлор.
12. Способ по п.1, в котором сенсорная пленка представляет собой пленку сенсора на молибдат, приготовленную добавлением бромпирогаллол красного (Bromopyrogallol Red), пленку сенсора на кальций, приготовленную добавлением хлорфосфоназо III, пара-толуолсульфоновой кислоты и хлорида бензилдиметилтетрадециламмония (зефирамина) к ПГЭМА.
4
13. Способ по п.1, в котором сенсорная пленка представляет собой сенсорную пленку на магний, приготовленную добавлением ксилидил синего (Xylidyl Blue 1), натриевой соли и бромида тетрабутиламмония (ТБАБ), полиэтиленимина, этиленгликоль-бис(аминоэтиловый эфир)-N,N,N',N'-тетрауксусной кислоты, тетранатриевой соли (EGTA-Na) к ПГЭМА.
14. Способ по п.1, в котором сенсорная пленка представляет собой сенсорную пленку на жесткость воды, приготовленную добавлением оксазинового, тиазинового, азо, трифенилметанового, цианинового, карбоцианинового или инолинового красителя, соли металла и полиалкиленимина к ПГЭМА.
15. Способ по п.1, в котором сенсорная пленка представляет собой сенсорную пленку на молибдат, кальций или сульфит, приготовленную добавлением оксазинового, тиазинового, азо, трифенилметанового, цианинового, карбоцианинового или инолинового красителя, сульфоновой кислоты, фосфоновой кислоты, карбоновой кислоты или/и фенола, и соли четвертичного аммония, четвертичного фосфония, четвертичного пиридиния, четвертичного пирролидиния, четвертичного имидазолия или четвертичного сульфония к ПГЭМА (ММ 300000).
16. Способ по п.1, в котором сенсорная пленка представляет собой сенсорную пленку на сульфит, приготовленную добавлением бриллиантового зеленого и бромида тетрабутиламмония (ТБАБ) к ПГЭМА.
17. Способ по п.1, в котором сенсорная пленка представляет собой сенсорную пленку на хлор, приготовленную добавлением нафиона (Nafion) к оксазиновому, тиазиновому, азо, трифенилметановому, цианиновому, карбоцианиновому или инолиновому красителю к ПГЭМА.
18. Способ по п.1, в котором сенсорная пленка представляет собой сенсорную пленку на фосфат, приготовленную с использованием, по меньшей мере, одного специфичного аналитического реагента, включающего комплекс металла и краситель, модификатора рН, включающего, по меньшей мере, одну сульфоновую кислоту и, по меньшей мере, одного неводного растворителя.
19. Способ по п.1, в котором сенсорная пленка представляет собой двухслойную сенсорную пленку, приготовленную покрытием пленки, содержащей оксазиновый, тиазиновый, азо, трифенилметановый, цианиновый, карбоцианиновый или инолиновый краситель, соль четвертичного аммония, четвертичного фосфония, четвертичного пиридиния, четвертичного пирролидиния, четвертичного имидазолия или четвертичного сульфония, и соль фосфата металла в ПГЭМА, второй пленкой, содержащей соль четвертичного аммония, четвертичного фосфония, четвертичного пиридиния, четвертичного пирролидиния, четвертичного имидазолия или четвертичного сульфония, и соль фосфата металла в ПГЭМА.
20. Способ по п.1, дополнительно включающий добавление полимерной добавки в течение формирования гидрогелевой сенсорной пленки, причем указанная добавка представляет собой нафион, для создания сенсорной пленки для измерения хлора.
21. Способ по п.1, в котором сенсорная пленка представляет собой сенсорную пленку на хлор и полимерную суперкислотную добавку, такую как нафион, а индикатор представляет собой перхлорат 2-[2-[3-[(1,3-дигидро-3,3-диметил-1-пропил-2H-индол-2-илиден)этилиден]-2-фенокси-1-циклогексен-1-ил]этенил]-3,3-диметил-1-пропилиндолиния.
22. Способ количественного измерения концентрации химического соединения, содержащегося в растворе образца, множеством сенсорных пленок, причем указанный способ включает:
приготовление множества гидрогелевых сенсорных пленок, которые изменяют свои оптические свойства в ультрафиолетовой, видимой или ближней инфракрасной области при воздействии на них химического соединения, содержащегося в растворе образца, где химическая композиция, добавленная в гидрогелевые пленки, включает рН индикатор, поверхностно-активное вещество и кислоту;
варьирование концентрации кислоты в каждой из множества пленок предварительно определенным образом,
воздействие на пленки фиксированного количества раствора образца;
измерение поглощения пленок при длине волны поблизости от максимума пика поглощения индикатора, используя оптическое сканирующее оборудование; и
количественное определение концентрации химического соединения, содержащегося в растворе образца, с использованием среднего поглощения, измеренного для сенсорных пленок.
23. Способ по п.22, в котором сенсорные пленки представляют собой сенсорные пленки на щелочность, и где концентрация кислоты в пленке, имеющей наиболее низкую концентрацию кислоты, составляет примерно 0,8 мас.% относительно сухого ПГЭМА (гидрогель), а концентрация кислоты в пленке, имеющей наиболее высокую концентрацию кислоты, составляет 35 мас.% относительно сухого ПГЭМА.
24. Автономный сенсор, включающий:
по меньшей мере, один специфичный аналитический реагент, включающий молибдатную соль и краситель; и
модификатор рН, включающий, по меньшей мере, одну сульфоновую кислоту.
25. Автономный сенсор по п.24, в котором указанный краситель включает, по меньшей мере, одно вещество из группы, состоящей из азокрасителей, оксазиновых красителей, тиазиновых красителей, трифенилметановых красителей, и их любые комбинации.
26. Автономный сенсор по п.24, дополнительно включающий, по меньшей мере, одну добавку из группы, состоящей из полиэтиленгликолей, полипропиленгликолей, полиоксиэтиленалкильных эфиров, поливиниловых спиртов, и их любые комбинации.
27. Автономный сенсор по п.24, дополнительно включающий усилитель сигнала, включающий, по меньшей мере, одно вещество из группы, состоящей из щавелевых кислот, сульфоновых кислот, оксалатов, сульфонатов, и их любые комбинации.
28. Автономный сенсор по п.27, в котором указанный усилитель сигнала и указанный модификатор рН образованы из одного и того же вещества.
29. Автономный сенсор по п.24, дополнительно включающий полимерную матрицу.
30. Автономный сенсор по п.29, в котором указанная полимерная матрица включает, по меньшей мере, один гидрогель из группы, состоящей из полигидроксиэтилметакрилатов, полиметилметакрилатов, полиакриловых кислот, полиметакриловых кислот, полиглицерилметакрилата, поливиниловых спиртов, полиэтиленоксидов, полиакриламидов, поли(N-акриламидов), поли(N,N-диметиламинопропил-N'-акриламида), полиэтилениминов, полиакрилатов натрия/калия, полисахаридов, поливинилпирролидона и их сополимеров.
31. Автономный сенсор на фосфат, включающий:
по меньшей мере, один специфичный аналитический реагент, включающий комплекс металла и краситель;
модификатор рН, включающий, по меньшей мере, одну сульфоновую кислоту; и
по меньшей мере, один неводный растворитель.
32. Автономный сенсор на фосфат по п.31, в котором указанный комплекс металла включает, по меньшей мере, один комплекс из группы, состоящей из металлических комплексов цинка, металлических комплексов меди, и их любую комбинацию.
33. Автономный сенсор на фосфат по п.31, в котором указанный краситель включает, по меньшей мере, один краситель из группы, состоящей из красителей на основе катехола, трифенилметановых красителей, тиазиновых красителей, оксазиновых красителей, антраценовых красителей, азокрасителей, фталоцианиновых красителей, и их любую комбинацию.
34. Автономный сенсор на фосфат по п.31, дополнительно включающий полимерную матрицу.
35. Автономный сенсор на фосфат по п.34, в котором указанная полимерная матрица включает, по меньшей мере, один гидрогель из группы, состоящей из полигидроксиэтилметакрилатов, полиметилметакрилатов, полиакриловых кислот, полиметакриловых кислот, полиглицерилметакрилата, поливиниловых спиртов, полиэтиленоксидов, полиакриламидов, поли(N-акриламидов), поли(N,N-диметиламинопропил-N'-акриламида), полиэтилениминов, полиакрилатов натрия/калия, полисахаридов, поливинилпирролидона и их сополимеров.
36. Сенсор, используемый для определения концентрации химического соединения в образце при следовых концентрациях, причем сенсор включает гидрогелевую сенсорную пленку, включающую соль четвертичного аммония, четвертичного фосфония, четвертичного имидазолия, четвертичного пиридиния, четвертичного пирролидиния или четвертичного сульфония, и индикатор, краситель, пигмент или реагент и/или их комбинации, где индикатор, краситель, пигмент или реагент и/или их комбинации изменяют свое оптическое свойство в ультрафиолетовом, видимом или ближнем инфракрасном спектральном диапазоне при воздействии химического соединения, содержащегося в растворе образца, и где индикатор иммобилизован в пленке гидрогеля посредством образования ионной пары с солью четвертичного аммония, четвертичного фосфония, четвертичного имидазолия, четвертичного пиридиния, четвертичного пирролидиния или четвертичного сульфония, где концентрация соли четвертичного аммония существенно выше, чем стехиометрическое количество, требующееся для образования ионной пары.