NIMBENanosciences et innovationpour les Matériauxla Biomédecineet l’Énergie

In zwembaden wordt chloor (Cl2) gebruikt als ontsmettingsmiddel om het risico van microbiële verontreinigingen voor de gebruikers tot een minimum te beperken. Maar Cl2 wordt in water omgezet in onderchlorig zuur (HClO), dat reageert met stikstofverbindingen die ontstaan door menselijke activiteit zoals speeksel, zweet, urine en huid. Dit leidt tot de vorming van verschillende chlooramines, zoals monochloramine, dichloramine en het giftige stikstoftrichloride (NCl3). Vanwege zijn geringe oplosbaarheid in water wordt NCl3 voornamelijk in de lucht aangetroffen en veroorzaakt het bij zwemmers en zwembadpersoneel aanzienlijke irritaties aan ogen en luchtwegen. Voorts is uit epidemiologisch onderzoek onlangs gebleken dat het astma kan veroorzaken, vooral bij kinderen. Het NCl3-gehalte kan binnen 10 minuten variëren, afhankelijk van het aantal zwemmers en de omwoeling van het water. Om de atmosfeer in het zwembad snel te kunnen verversen wanneer dat nodig is, is het dus van belang de concentratie van NCl3 te kunnen volgen. Tot nu toe is de enige methode die gebruikt wordt om gasvormig NCl3 te meten nogal traag, aangezien zij gebaseerd is op bemonstering met een patroon van de atmosfeer gedurende 2 uur, gevolgd door analyse in het laboratorium.

Voor de colorimetrische NCl3-sensor heeft het laboratorium een strategie toegepast die vergelijkbaar is met die voor de detectie van formaldehyde. De bekende reactie van NCl3 met jodide-ionen in oplossing leidt tot de vorming van het tri-jodide-ion, I3-, dat absorbeert bij 270 nm. In oplossing kan deze laatste soort met amylose het I3-/Amylose-complex vormen, dat sterk absorbeert in het zichtbare gebied bij 540 nm. Het belangrijkste innovatieve idee was om deze reacties om te zetten in nanoporiën gedoteerd met jodide en amylose. De ontwikkelde sensor kan NCl3 tot 5-200 ppb binnen 20 minuten detecteren in vochtige atmosferen (van 50% tot 75% relatieve vochtigheid) bij omgevingstemperaturen van het zwembad. De sensor is een transparante monolithische matrix van 8X5X2 mm, gedoteerd met natriumjodide en amylose. Bij blootstelling aan NCl3 ontstaat een kleur door de vorming van het complex I3-/amylose; de kleur varieert van lichtroze tot donkerpaars, afhankelijk van de NCl3-concentratie.