Согласно статистике, большая часть случаев травматизма на химических предприятиях приходится на долю химических ожогов кожи, возникающих при контакте с парами кислот. Чтобы обнаружить их утечку, как правило, используют различные датчики: электрохимические, каталитического сгорания, полупроводниковые, инфракрасные.
Проблема в том, что все они работают от источника питания, а это существенно затрудняет их применение в рабочих комбинезонах и других средствах индивидуальной защиты. Научным сотрудникам кафедры органической химии Института химических технологий и промышленной экологии РГУ им. А. Н. Косыгина удалось найти достойную альтернативу. Они разработали автономные гибкие текстильные и полимерно-пленочные pH-сенсоры на основе галохромных красителей, способных изменять цвет при утечке газа и буквально за считанные секунды сигнализировать об опасности. Работает, например, человек в электролизном цехе, повысился уровень концентрации паров соляной кислоты, и тут же тканевая полоска на его защитном костюме приобретает другой цвет. Легкие, почти невесомые, гибкие, не требующие источника питания тканевые датчики позволят сделать спецодежду более комфортной и безопасной, не удорожая ее. И это немаловажный фактор.
Нынешний кризис заставляет предприятия сокращать издержки и экономить. Часто под сокращение попадают как раз затраты на средства индивидуальной защиты. Изобретение косыгинцев позволит позаботиться о безопасности своих сотрудников, не увеличивая расходы.
«Использование наших рН-индикаторов, представляющих собой всего лишь небольшой кусочек специально обработанной ткани,— поясняет Валентина Мелешенкова, которой принадлежит авторство этих оригинальных сенсоров,— не влечет за собой ни увеличения стоимости защитного костюма, ни усложнения его функционала. Сами датчики изготавливаются из волокон синтетического происхождения, в частности из полиамида-6 (polyamide 6 (PA6)), на поверхность которого наносится небольшое количество кислотных и дисперсных азокрасителей».
Отметим, что под хромофорной системой подразумевается совокупность всех структурных элементов молекулы, взаимодействие которых обеспечивает интенсивное поглощение света в видимой области спектра. Основа такой системы, ее ключевой структурный элемент — достаточно протяженная цепочка сопряженных двойных связей. В более сложных случаях это несколько изолированных, разветвленных или перекрещивающихся цепочек в составе одной молекулы.
Уникальные красители, созданные на основе новых моно- и бисазосоединений 2,4,6-тригидроксинитробензола и 2,6-дигироксинитробензола,— ноу-хау ученых из РГУ им. А. Н. Косыгина.
Чувствительность и эффективность окрашенных текстильных рН-датчиков были исследованы и проверены. Для этих целей были использованы водные растворы хлороводорода и аммиака различных концентраций. Выяснилось, что под воздействием паров соляной кислоты цвет ткани с красновато-коричневого в течение нескольких минут превратился в ярко-оранжевый. Когда же сенсоры подвергались «атаке» газообразного аммиака, их цвет в течение нескольких секунд изменился с оранжевого на темно-красный, но при их удалении из стимулирующей среды он быстро возвратился к исходному желтому.
В зависимости от структуры азосоединений диапазон изменения окраски может различаться. Так, например, один из датчиков в диапазоне pH от 1 до 3 демонстрирует преображение цвета с оранжевого до фиолетового, в то время как другой фиксирует изменения окраски в нескольких диапазонах: цвет ткани варьируется от оранжевого до желтого при pH 0–2 и от желтого до красного при pH от 2 до 6.
Также была проведена оценка образцов в качестве датчиков на определение паров кислот и аммиака в воздухе рабочей зоны. Результаты экспериментов показали, что pH-чувствительные текстильные материалы могут эффективно за короткий промежуток времени обнаруживать пары кислот и аммиака невооруженным глазом, а также проявлять высокую устойчивость к агрессивным средам, что дает возможность использовать их многоразово. А индикаторы по летучим кислотам, которые, по словам Валентины Мелешенковой, на отлично прошли проверку на устойчивость к влажным обработкам и внешним механическим воздействиям, уже сейчас можно брать в разработку и конструкторам, и производственникам. А главная задача косыгинцев в ближайшие годы — создать текстильные рН-сенсоры под самые разные риски.
