Razvoj elektrokemijskega plinskega senzorja za zgodnje odkrivanje hlapnih perokso eksplozivov

Večina terorističnih bombnih napadov v zadnjih dveh desetletjih imajo en skupni imenovalec: zelo eksplozivne organske perokso spojine, kot npr. triaceton triperoksid (TATP), 1,4,7-trimetil-1,4,7-trietil-1,4,7-ciklononatriperoksan (TBTP) heksametilen triperoksid diamin (HMTD), tetrametilen diperoksid dikarbamid (TMDD) itd. Ti eksplozivi se v zadnjih letih pogosto uporabljajo v improviziranih eksplozivnih napravah (IED) na vojnih območjih in še vedno predstavljajo grožnjo, saj jih je zelo enostavno izdelati iz običajnih gospodinjskih kemikalij (z navodili, ki jih je lahko najti na internetu) in jih je, kot ne-nitro eksplozive, zelo težko detektirati s standardnimi analiznimi tehnikami. V zadnjih letih je bilo predlaganih več tehnik detekcije te grožnje. Temeljijo na HPLC-MS, GC-MS, IR in Ramanski spektroskopiji, luminescenci, merjenju upornosti in elektrokemijskih metodah (v raztopinah). Ti analizni pristopi nudijo odlično občutljivost in selektivnost, vendar je treba analize narediti v specializiranih laboratorijih, zato vzorčenje in analiza lahko traja dolgo časa, to pa je ključni parameter pri preprečevanju terorizma. Poleg tega so potrebni dragi instrumenti in usposobljeno osebje. Zaradi visoke afinitete organskih peroksidov za sublimacijo, ti niso primerni za prenašanje iz terena v laboratorij, zato je odkrivanje na kraju samem (on-site) ključnega pomena. Po drugi strani pa so elektrokemija in še posebej elektrokemijski plinski senzorji odlična platforma za neposredne, hitre, občutljive in lokalne meritve različnih elektroaktivnih zvrsti. Poleg tega moderna elektronska in senzorska miniaturizacija omogoča zelo majhne senzorske sklope. Ta projekt bo olajšal razvoj hitrih, prenosnih, občutljivih in zanesljivih plinskih senzorjev za odkrivanje sledov (<50 nM) perokso eksplozivov v zraku. Projekt bo obravnaval več pomembnih vprašanj v zvezi z odkrivanjem eksplozivov: i) razvoj elektrolita, ki zagotavljajo dobro topnost plinskih eksplozivov, s čimer bomo dosegli njihovo akumulacijo in s tem izboljšano občutljivost. Elektrolit mora hkrati pospešiti kemijsko razgradnjo eksploziva, kar vodi v nastanek H2O2, ki se ga lahko enostavno detektira na elektrodni površini pri normalnih pogojih; ii) preiskava ustreznih elektrodnih materialov za občutljivo zaznavanje H2O2, ki omogočajo elektrokatalitične redoks procese; iii) zagotavljanje prenosljivosti senzorjev s študijo miniaturizacije in razvoja majhne elektronike, napajane z baterijami, ki jih upravljajo prenosniki, tablice ali pametni telefoni. Pričakujemo, da bo predlagana raziskava privedla do zelo uporabnih novih plinskih senzorjev za doma narejene eksplozive in pomembnega novega znanja na področju preprečevanja terorizma in elektrokemijskih plinskih senzorjev. Vsako odkritje v tem okviru bo objavljeno v revijah z visokim faktorjem vpliva, možna pa je tudi uspešna komercializacija. V širšem smislu bodo rezultati projekta pomembni za povečanje varnosti. Oba projektna partnerja (Odsek za kemijo materialov na Kemijskem inštitutu) (KI) in Laboratorij za analizno kemijo in industrijsko analizo FKKT UM imata dolgoletne izkušnje na področju predlaganih raziskav. Medtem ko bo skupina na KI osredotočena na razvoj in testiranje plinskih senzorjev, bo skupina FKKT UM osredotočena na elementno analizo in stabilnost elektrodnih modifikacij ter mehanistične študije elektrokemijskih reakcij z uporabo impedančne spektroskopije. Metodologije, ki jih uporabljata oba partnerja, se v veliki meri dopolnjujejo.