Оренбургский государственный университет

Разработка и создание лабораторного образца люминесцентно-оптического измерителя концентрации молекулярного кислорода

Исследована кинетика кросс-аннигиляции электронных возбужденных состояний синглетного кислорода и триплетных органических молекул на поверхности раздела газ-конденсированная фаза и в кислородопроницаемых средах при импульсном лазерном инициировании системы - для использования в разработке датчика молекулярного кислорода. Определено, каким образом структурные особенности организации системы сказываются на характере протекания фотореакций в порах, нанокластерах, молекулярных слоях (включая мономолекулярные слои, синтезированные по технологии Ленгмюра-Блоджетт), а также на поверхностях сорбентов. Разработан алгоритм обработки результатов измерений для установления величины концентрации молекулярного кислорода в газовой фазе или в исследуемой матрице по измеренным сигналам импульсной люминесценции.

Произведена адаптация ранее разработанного метода люминесцентного мониторинга фотогенерации синглетного кислорода на основе измерения кинетики замедленной флуоресценции сенсибилизатора и независимого метода наблюдения за кислородным тушением триплетных состояний зондов-красителей - по рассеянию света голографической решеткой, записанной на примесных органических молекулах с триплетным фотохромизмом. Исследован процесс флуорогенной кросс-аннигиляции с участием молекулярного кислорода в пористых образцах (силохром, оксидные слои анодированного алюминия) и полимерных пленках, включая полимер-силохромные композиты. Обнаружены эффекты изменения кислородного тушения люминесценци молекул-зондов в результате уменьшения кислородопроницаемости приповерхностной области активированного слоя после нанесения экранирующего покрытия из молекул поверхностно-активных веществ. Показана возможность изменения чувствительности кислородного датчика в широком диапазоне концентраций. Произведено описание кинетики процессов в пористых наноструктурах с учетом флуктуационных эффектов населенности наношу активными молекулами, а также взаимодействия молекул кислорода с поверхностью полости.

Для обработки результатов экспериментов с жидкими макромолекулярными растворами создана специальная математическая модель, учитывающая неоднородное пространственное распределение "окрашенных" звеньев макроцепи при ее нахождении в клубковом или глобулярном состоянии. Определены оптимальные концентрационные режимы измерения для зонда-сенсибилизатора и молекулярного кислорода - для применения в разрабатываемом сенсорном устройстве. Разработаны специальные кинетические модели, учитывающие анизотропию транспортных характеристик молекулярного кислорода в мономолекулярном слое Ленгмюра-Блоджетт, вклад десорбции растворенных в монослое ПАВ реагентов в общую кинетическую картину процесса. Исследован вариант развитой латеральной диффузии молекул кислорода, и для всех кинетических моделей осуществлена их алгоритмическая и численная реализация в виде программ расчета характеристик процесса на ЭВМ. Исследовано влияние полидисперсности наноструктуры на наблюдаемое затухание аннигиляционной флуоресценции при импульсном лазерном инициировании системы.

Изготовлен лабораторный вариант лазерного измерителя концентрации молекулярного кислорода, и завершено конструирование опытных образцов прибора в виде малогабаритных лабораторных установок, содержащих твердотельный лазер с диодной накачкой, лазер зондирования, фотоприемник (ФЭУ), систему питания и синхронизации, компьютеризированный блок управления, анализа и отображения. Завершены схемотехнические работы по созданию электронной обвязки и автоматизации люминесцентно-оптического измерительного комплекса уменьшенных габаритов.