Ученые из Малайзии исследовали возможность обнаружения пестицидов с помощью квантовых точек ZnCdSe, об этом они сообщили на страницах журнала Advances in Natural Sciences: Nanoscience and Nanotechnology.

Ученые изучили влияние пестицидов с коммерческими названиями Dipel (активный компонент Bacillus thuringiensis, действует на кишечник насекомого и оно погибает), Silven 85% WP (активный компонент carbaryl, используется для борьбы с насекомыми), Water-Dispersable Granules WG (активный компонент acibenzolar) на фотолюминесценцию квантовых точек (КТ) ZnCdSe.

Рис. 1. ПЭМ изображение квантовых точек.

Для синтеза КТ использовались гидрат ацетата кадмия (cadmium acetate hydrate, Cd(CH3CO2)2), ацетат цинка (zinc acetate, Zn(O₂CCH₃)₂), октадецен (octadecene, C₁₈H₃₆), триоктилфосфин (tri-n-octylphosphine, TOP), оксид триоктилфосфина (tri-n-octylphosphine oxide, TOPO), селеновый порошок и олеиновая кислота (oleic acid, СН₃(СН₂)₇СН=СН(СН₂)₇СООН). Сначала путем растворения 16 мг кремниевого порошка в 3 мл ТОР приготовили ТOPSe-прекурсор.

Полученный раствор нагрели до 200^o С и выдержали при этой температуре в течение 1 часа, а затем охладили до комнатной температуры. Второй цинк-кадмиевый прекурсор получили путем растворения 27 мг гидрата кадмия ацетата, 20 мг ацетата цинка и 0,8 мг ТОРО в 8,5 мл ТОР, 0,6 мл олеиновой кислоты и 10 мл октадецена. Раствор нагрели до 350^o С. Поддерживая температуру, в горячий раствор цинк-кадмиевого прекурсора добавили 1 мл ТОР-Se прекурсора.

По прошествии 5 мин полученные наночастицы ZnCdSe изъяли из раствора, при этом понизив температуру колбы с раствором, чтобы остановить процесс кристаллизации. Синтезированные ZnCdSe очистили центрифугированием со скоростью 4000 об/мин.

Очищенный раствор ZnCdSe затем использовался для получения тонких пленок из квантовых точек (о различных методах нанесения можно почитать здесь): 30 мл раствора ZnCdSe нанесли на тыльную поверхность зонда из оптоволокна (ПЭМ изображение на рис.1). Средний размер полученных наночастиц оказался равен 5 нм.

Рис. 2. Схема установки.

Оптическая схема экспериментальной установки показана на рис. 2. В качестве источника излучения использовался диод (403,6 нм, мощность 40 мВт). Спектры фотолюминесценции и оптического поглощения КТ сняли на спектрометрах Perkin-Elmer LS 55 и Perkin-Elmer Lamda 900 UV/VIS/NIR соответственно (рис. 3).

Рис. 3. Спектры поглощения (a) и фотолюминесценции (b) ZnCdSe квантовых точек в растворе и спектр фотолюминесценции квантовых точек в пленке (с). Спектр фотолюминесценции КТ достаточно узок (ширина на полувысоте 38 нм), что объясняется небольшим разбросом наночастиц по размерам. Его максимум находится в оранжевой области спектра (590 нм). Пик поглощения находится на длине волны 574 нм. При погружении в воду квантовые точки люминесцируют с максимумом на длине волны 593 нм, при этом спектр сильно расширяется (рис.3с).

Учеными было изучено изменение спектра фотолюминесценции квантовых точек при погружении их в водный раствор и раствор с пестицидами. Для этого сравнили интенсивность спектров люминесценции КТ, погруженных в деионизированную воду и в раствор с пестицидами (рис.4).

Рис. 4. Сравнение интенсивности спектров люминесценции КТ, погруженных в деионизированную воду (черные квадратики), и погруженных в раствор 20 мг/л Sevin 85% WP.

Оказалось, что ширина спектра, его форма и пик от вида пестицида значительно не зависят. Эти параметры определяются размером КТ и их формой.

При погружении КТ в раствор с пестицидами происходит лишь небольшое «тушение» интенсивности. «Тушение» спектра объясняется по-разному. Например, форстеровским резонансным переносом энергии (передачей энергии возбуждения между молекулами-хромофорами в ближнем поле за счет диполь-дипольного взаимодействия), или транспортом электронов при контакте молекул пестицида-акцепторов с поверхностью КТ-доноров (соответственно уменьшением вклада электронов КТ в люминесценцию). С увеличением концентрации пестицидов от 2,5 до 2500 мг/л интенсивность спектра фотолюминисценции КТ уменьшается линейно (рис.5).

Рис. 5. Зависимость интенсивности фотолюминесценции в зависимости от концентрации пестицидов.

Степень чувствительности КТ к различным пестицидам показана на рис. 6 и определяется наклоном кривой к оси абсцисс (чем больше угол между кривой и осью, тем сильнее чувствительность). Ученые считают, что квантовые точки ZnCdSe можно использовать для определения наличия пестицидов в жидкостях.

Рис. 6. Зависимость падения фотолюминесценции КТ (в %) от концентрации пестицидов.

Результаты исследований опубликованы в статье:

N A Bakar, M M Salleh, A A Umar and M Yahaya The detection of pesticides in water using ZnCdSe quantum dot films. – Adv. Nat. Sci: Nanosci. Nanotechnol. 2 025011 doi: 10.1088/2043–6262/2/2/025011.