+7 (3822) 609-826
Название проекта:
Свойства углеродных квантовых точек
Создан на базе детского технопарка "Кванториум" Тула
Авторы и руководитель проекта
Фото и краткое описание каждого члена команды
Елена Никитенко
Наставник
Наставник детского технопарка "Кванториум" Тула, педагог дополнительного образования
Мирослава Лагун
Участница команды
Ученица детского технопарка "Кванториум" Тула, волонтёр-эколог, помощник
Галкина Наталья
Участница команды
Ученица детского технопарка "Кванториум" Тула, соавтор проекта, капитан
Подробнее Чернопятов Денис
Участник команды
Ученик детского технопарка "Кванториум" Тула, эко-волонтёр, соавтор проекта
Подробнее Чернопятова Кира
Участница команды
Ученица детского технопарка "Кванториум" Тула, волонтёр, помощник
Подробнее О проекте
Перед нами стояли задачи: изучение свойств углеродных люминесцентных квантовых точек и создание сенсора на их основе.
- Сенсор для определения ионов тяжёлых металлов в жидких средах
- Исследование необходимо для того, чтобы контролировать качество выпиваемой воды
- Проблема загрязнённости воды в регионе
Тема
Изучение свойств углеродных люминесцентных квантовых точек и создание сенсора на их основе
- РазработкиОбзор показал, что на сегодняшний момент существует несколько разработок по данной теме:
- Метод получения углеродной наноточки на основе гарцинии мангостана
- Сенсор на углеродных квантовых точках с функциями распознавания ионов меди и цистеина
- Наш сенсорНаш же сенсор можно назвать более универсальным, так как для его создания не требуются специализированное оборудование и дорогостоящие реагенты (+удобное и компактное использование)
Научные методы
Методы исследования
- Литература и практика
- Теоретические: анализ литературных данных, анализ интернет-ресурсов
- Эмпирические: опрос, наблюдение, мониторинг, лабораторные исследования, моделирование
- Научный методЭтот метод имеет преимущество перед субъективным знанием, так как основывается на систематическом научном наблюдении и способен корректировать себя. Научный метод позволяет связать эмпирические данные с теорией, что согласуется с известными ценностями науки
План исследования
Цель, задачи и ресурсы исследования
- ЦельРазработка сенсора на основе люминесцентных наночастиц для обнаружения тяжёлых металлов в жидких средах
- Задачи
- Изучить информационные источники на предмет имеющихся решений
- Подобрать оптимальную методику синтеза наночастиц без использования токсичных компонентов
- Опробовать различные варианты покрытий для разработанного сенсора
- Разработать наиболее удобную конструкцию сенсора
- Протестировать сенсор
- РесурсыДля создания сенсора УКТ понадобится:
Лимонная кислота, карбамид, глицерин, желатин и вода - ОборудованиеЭлектрическая плитка, предметное стекло, фарфоровые чашки, уф-фонарик
Этапы работы
Практическая часть 1
Смешение компонентов и их нагревание
Для синтеза 10 г лимонной кислоты и 15 г карбамида тщательно растирали, поместили в фарфоровую чашку
Нагревали на плите при температуре 185°C в течение 120-180 минут
Полученную смесь разводили водой до определённой концентрации раствора
Этапы работы
Практическая часть 2
Люминесценция полученного раствора
Полученный тёмно-коричневый раствор исследовали на люминесцентную уф-фонариком
Раствор на предметном стекле
Для закрепления раствора на подложке предварительно готовили следующий раствор:
Раствор
90 г воды, 8 г желатина, 2 г глицерина
Высушенный раствор
5 мл раствора с УКТ внесли в полученную смесь и наносили на стеклянную подложку
Обнаружение ионов тяжёлых металлов
Для первой экспериментальной серии мы добавили раствор с УКТ непосредственно в растворы с концентрацией железа 1 моль/л и меди 0,1 моль/л. Выдержали некоторое количество времени.
Далее сравнили эталонный раствор УКТ в дистиллированной воде с растворами сульфата меди и сульфата железа (III) в которых также содержались УКТ.
Обнаружилось слабое тушение люминесценции и выпадение буроватого хлопьевидного осадка в пробах с растворами сульфатов меди и железа (III) (это доказывает, что точки провзаимодействовали с ионами металлов)
Далее сравнили эталонный раствор УКТ в дистиллированной воде с растворами сульфата меди и сульфата железа (III) в которых также содержались УКТ.
Обнаружилось слабое тушение люминесценции и выпадение буроватого хлопьевидного осадка в пробах с растворами сульфатов меди и железа (III) (это доказывает, что точки провзаимодействовали с ионами металлов)
Первая и вторая экспериментальные серии
Первая серия
Раствор сульфата меди после обработки раствором УКТ
Первая серия
Раствор сульфата железа с УКТ
Вторая серия
Во второй экспериментальной серии готовили по два раствора следующих тяжелых металлов - Ni2+, Co2+ Pb2+ Cd2+ концентрациями 0.01 М и 0.1 М. Помещали сенсор в пробу на 20 мин, после чего высушили на воздухе
Вторая серия
Интенсивность излучения регистрировали визуально путем сравнения исходной люминесценции и после обработки раствором, содержащим ионы тяжелых металлов. Во всех образцах наблюдалось визуальное тушение люминесценции
Итог
Результаты, итоги и перспективы
- РезультатыВ результате проделанной работы нам удалось
получить углеродные квантовые точки из
нетоксичных реагентов без использования
специального оборудования. На основе УКТ был
изготовлен сенсор, удобный для использования в
целях точного экспресс определения тяжелых металлов в воде и других жидких средах. Нам также удалось зафиксировать УКТ с помощью нетоксичной пленки из желатина и глицерина (все цели и поставленные задачи были также выполнены) - ИтогиПреимущества полученного сенсора:
1. Предлагаемый сенсор является универсальным, он
позволяет как детектировать широкий спектр элементов, так и получать точные значения при известном источнике загрязнения
2. Портативность. Пластина-сенсор уже готова к
использованию, ее достаточно просто опустить в пробу
3. Простота получения используемых наночастиц. Нет необходимости проведения дополнительных процедур для получения оболочки, прекурсор ПОС добавляется уже на этапе основного синтеза - Перспективы
- Разработка более удобный формы сенсора (возможны варианты использования тест-полосок)
- Улучшение сенсора-подбор стабилизаторов и условий синтеза для использования в количественном определении тяжёлых металлов