Nanostructured Coatings Based on Langmuir–Blodgett Films of Perfluorodecanoic Acid for Flexible Sensors for the Analysis of Lead Ions in Water

Nanostructured Coatings Based on Langmuir–Blodgett Films of Perfluorodecanoic Acid for Flexible Sensors for the Analysis of Lead Ions in Water = Наноструктурированные покрытия на основе Ленгмюра–Блоджетт плёнок перфтордекановой кислоты для гибких датчиков анализа ионов свинца в воде / G. B. Melnikova [et al.] // Приборы и методы измерений. – 2024. – Т. 15, № 1. – С. 7-17.

Abstract

As a result of anthropogenic activities, the environment is polluted by heavy metals. The most important task is to find methods to control their content in water. Track-etched membranes (TeMs) can be relatively easily modified by nanometer layers of functional materials with using the Langmuir‒Blodgett technique, which makes it possible to specifically change the structural, selective properties of the membrane surface and obtain new materials with desired properties. The aim of the work was to develop flexible sensors for the analysis of lead ions in water based on poly(ethylene terephthalate) (PET) TeMs with perfluorodecanoic acid (PFDA) nanolayers. Techniques for modifying TeMs based on PET with a monolayer coating based on PFDA by the Langmuir‒Blodgett method, and with two-layer coatings, formed by soaking PET TeMs/PFDA in xylenol orange solutions have been developed. The microstructure and local mechanical properties of the sensor surface were studied by atomic force microscopy, and the wettability and values of the specific surface energy of PET TeMs before and after modification were evaluated using the ''sessile'' drop method. Based on the measurement of electrochemical characteristics, it was found that PET TeMs/PFDA have a higher response of electrochemical characteristics compared to PET TeMs and PET TeMs/PFDA/XO. The limit of detection for lead ions in aqueous solutions at pH = 12 was of 0.652 μg/l within 5 measurements.

Abstract in another language

В результате антропогенной деятельности в окружающую среду поступает большое количество тяжёлых металлов. Важнейшей задачей является поиск методов контроля их содержания в воде. Трековые мембраны могут быть относительно легко модифицированы нанометровыми слоями функциональных материалов с использованием метода Ленгмюра‒Блоджетт, что позволяет направленно изменять структурные, селективные свойства поверхности мембран и получать новые материалы с заданными характеристиками. Цель работы ‒ разработка гибких сенсоров на основе трековых мембран из полиэтилентерефталата с нанослоями перфтордекановой кислоты для анализа ионов свинца в воде. Разработаны методики модификации полиэтилентерефталатных трековых мембран (ПЭТФ ТМ) монослойным покрытием на основе перфтордекановой кислоты (ПФДК) методом Ленгмюра–Блоджетт, а также двухслойными покрытиями ПФДК/ксиленоловый оранжевый (КО) путём выдерживания ПЭТФ ТМ/ПФДК в растворах красителя. Методом атомно-силовой микроскопии изучена микроструктура и локальные физико-механические свойства поверхности датчиков, методом «лежащей» капли оценена смачиваемость и значения удельной поверхностной энергии ПЭТФ ТМ до и после модификации. На основании измерения вольт-амперных характеристик установлено, что ПЭТФ ТМ/ПФДК имеют более высокий отклик электрохимических характеристик по сравнению с ПЭТФ ТМ и ПЭТФ ТМ/ПФДК/КО. Предельно допустимая концентрация обнаружения ионов свинца в водных растворах при рН = 12 составила 0,652 мкг/л в пределах 5 измерений.