2. Описание продукции (результатов исследований)
Специализация компании WQM QDs (Water Quality Monitoring with QDs), для которой предлагается данный продукт, заключается в предоставлении услуг типа экспресс-метод определения наличия катионов тяжелых металлов в водных средах, а также их качественный и количественный анализ. В качестве активной среды хемосенсора используются нанокристаллы (НК) тройные соединений халькогенидов металлов, в частности соединения типа Ag-In-S и Cu-In-S, а также структура ядро-оболочка Ag-In-S / ZnS и Cu-In-S / ZnS на их основе. В присутствии ионов металлов в растворе, содержащем НК происходит тушение фотолюминесценции (ФЛ).
Результаты детектирования удобно представить в виде зависимости Штерна-Фольмера (рис. 2.1), где тангенс угла наклона, в первом приближении, характеризует тип исследуемых катионов. На сегодняшний день, с высокой точностью можно определять концентрации катионов свинца, кадмия, никеля, кобальта, железа и тд.
Рис. 2.1 – Зависимости Штерна-Фольмера для раствора частиц AgInS2/ZnS в присутствии катионов никеля (Ni cations) и кобальта (Co cations) [1]
Отличительной особенностью использования НК является возможность проведения экспресс-методов анализа водных сред. Из-за отсутствия в составе тройных халькогенидные соединений токсичных элементов, использование НК на основе Ag-In-S и Cu-In-S наносит не столь высокий вред окружающей среде, как, например, НК на основе кадмия.
Непосредственных аналогов данной технологии нет, можно отметить некоторые примеры из смежных областей. В качестве хемосенсора по определению ионов тяжелых металлов является органическое соединение – несимметричный каликс[4]арен-бис(краун-эфир), содержащий флуоресцентный фрагмент 1,5 –дигидроксинафталина, за счет чего возможно производить измерение концентрации катионов свинца в растворе за счет эффекта тушения ФЛ [2]. К спектрометрическим методам относится атомно-абсорбционная спектрометрия с разной атомизацией образцов: атомно-абсорбционная спектрометрия с плазменной атомизацией (FAAS) и атомно-абсорбционная спектрометрия с электротермической атомизацией в графитовой кювете (GF AAS). К электрохимическим методам относятся полярографические (вольтамперометрические), потенциометрические, кулонометрические, кондуктометрические и другие методы. Спектральные методы – атомный эмиссионный анализ, атомный абсорбционный анализ, спектрофотометрия, масс-спектрометрия, спектрометрии с индуктивно связанной плазмой (ISP-спектрометрия), рентгеноспектральный анализ.
Рассмотрим преимущества продукции компании WQM QDs. По десятибалльной шкале проведем экспертную оценку основных критериев, результаты опроса представлены на рис. 2.2.
Рис. 2.2 – Многоугольник качеств продукции АО WQM QDs
Данные представлены, на основе экспертной оценки доктора физико-математических наук, профессора В.А. Мошников (каф. МНЭ СПбГЭТУ “ЛЭТИ”), проводящего совместные исследования с группой при ФГБУ «НМИЦ им. В. А. Алмазова» Минздрава России.
Данный проект является максимально интересным по экономическому критерию (стоимость услуги) и минимальному сроку исполнения анализа качества воды.
Согласно опубликованному Минприроды РФ экологическому рейтингу российских городов за 2014 год, Санкт-Петербург входит в десятку лучших по качеству воды и водопотреблению, но к 2017-му году снизился до 12-ой позиции [3], при этом в среднем Российская Федерация входит в первые 50 стран по уровню качества и охране природных и водных ресурсов. Основным источником воды для города является Нева, берущая начало от Ладожского озера, которая поставляет 98% всей потребляемой городом воды, ещё 2% — это вода из скважин, питающих в основном пригороды на юго-востоке. В город река приходит уже достаточно загрязненной, вбирая в себя промышленные и коммунальные сбросы населённых пунктов, смываемую дождями химию с сельскохозяйственных полей, другие загрязнения. Река Нева входит в единую водную систему Северо-Запада России, соответственно, качество воды в ней определяется тем, насколько правильно организована очистка воды, сбрасываемой в Ладогу, Ильмень, Онежское озера и связанные с ними водоемы во всех регионах Северо-Запада. Источники загрязнения не ограничиваются административными границами населенных пунктов и муниципалитетов, и проблема качества воды рек и озёр требует поиска глобальных решений.
На рис. 2.3 представлена динамика зарегистрированных случаев экстремально высокого загрязнения поверхностных вод на территории Российской Федерации за периоды с 2016-2018 годы.
Рис. 2.3 – Число зарегистрированных случаев экстремально высокого загрязнения поверхностных вод [4]
В 2018г. отмечено 28 случаев аварийного загрязнения водных объектов и 6 случаев аварийного загрязнения почв (в 2017г. – 33 и 2 случая, соответственно).
В связи со столь неблагоприятной ситуацией, складывающейся в отношении водных ресурсов на территории Санкт-Петербурга и Ленинградской области, возникает острая необходимость в развитии доступных и быстрых способов диагностики качества воды. Указанные выше методы являются трудоемкими, требуют высоких затрат и специального оборудования узконаправленного характера. Использование НК лишено этих недостатков.
Основной ассортимент составляют хемосенсоры на основе НК Ag-In-S и структуры с оболочкой на их основе Ag-In-S/ZnS, также аналогичных НК на основе меди, т.е. Cu-In-S.
Таким образом, предлагаемый к реализации продукт, позволяет существенно расширить рынок детектирования загрязняющих компонентов в воде, а также помогает при выборе наиболее подходящих водных фильтров.