كشف ثاني أكسيد الكربون بطريقة سريعة ورخيصة

تمكن علماء من جامعة كيوتو في اليابان من توضيح كيفية الكشف عن تركيبة المواد في الغلاف الجوي باستخدام بوليمر يغير شكله حسب التغيرات في البيئة

من الممكن اكتشاف غازات معينة في الهواء باستخدام العديد من الطرق الحالية، ولكن عادة ما تعاني كل طريقة من هذه الطرق من عيب واحد أو أكثر، بما في ذلك ارتفاع تكلفة الطاقة، والأجهزة المرهقة، وانخفاض معدل الكشف والحساسية للرطوبة.

تمكن فريق بحث من جامعة كيوتو في اليابان من التغلب على أوجه القصور هذه باستخدام نهج فريد يستخدم مادة مبتكرة رخيصة الثمن قادرة على تحديد موقع غاز محدد بسرعة ودقة في مجموعة متنوعة من الظروف. علاوة على ذلك، بالإضافة إلى كونه قابلاً لإعادة الاستخدام، فإن المركب الجديد يصدر مستويات مختلفة من الضوء المرئي استجابةً لتركيزات الغاز المتفاوتة، وهي القدرة التي تسمح بتطوير أجهزة كشف سهلة الاستخدام.

تصف النتائج، التي نُشرت مؤخرًا في المجلة العلمية Nature Materials، استخدام مادة بلورية مرنة (بوليمر التنسيق المسامي، PCP) الذي يغير تكوينه اعتمادًا على التغيرات التي تحدث في البيئة. عند إضافة جزيء ينبعث منه مضان (ديستيل بنزين، DSB) إلى هذا المركب، تصبح التركيبة المدمجة حساسة بشكل انتقائي لغاز ثاني أكسيد الكربون بينما تشع بكثافة متغيرة اعتمادًا على تركيزات الغاز.

يوضح البروفيسور تاكاشي إيمورا: "كان الاختبار الحقيقي بالنسبة لنا هو معرفة ما إذا كان التركيب المشترك يمكنه التمييز بين ثاني أكسيد الكربون والأسيتيلين، وكلاهما لهما خصائص فيزيائية وكيميائية مماثلة". "تُظهر النتائج التي توصلنا إليها بوضوح أن تركيبة نوع PCP-DSB تتفاعل بشكل مختلف تمامًا مع الغازين، مما يسمح بالكشف الدقيق عن ثاني أكسيد الكربون في مجموعة متنوعة من التطبيقات."

في تكوينها الأصلي، تكون مادة DSB عبارة عن جزيء مسطح وطويل ينبعث منه الضوء الأزرق. عندما تندمج هذه المادة في هيكل PCP، تلتوي مادة DSB، مما يتسبب في تشوه الهيكل المتكامل بأكمله. في هذا التكوين، يتم تقليل إشعاع المادة بشكل كبير.

ويضيف الباحث الرئيسي: "في هذه المناسبة، رأينا أن وجود غاز ثاني أكسيد الكربون يتسبب في تحول جزيئات DSB إلى شكلها المسطح الذي ينبعث منها ضوء ساطع، وكذلك العودة إلى شكلها الأصلي". "والأهم من ذلك، أن هذه الخطوات قابلة للعكس ولا توجد تغييرات كبيرة في التركيبة، وهي حقيقة تسمح بتطوير مجموعة واسعة من أجهزة كشف الغاز الانتقائية ورخيصة الثمن والقابلة لإعادة الاستخدام."

أخبار الدراسة