Колориметрические сенсоры представляют собой системы, способные фиксировать химические или биологические изменения через визуальное изменение цвета. Их принцип действия основан на взаимодействии аналитического вещества с молекулой сенсора, приводящем к изменению электронной структуры и, как следствие, спектральных характеристик. Эти сенсоры широко применяются в аналитической химии, биохимии и медицинской диагностике.
1. Лиганд-металл взаимодействие Многие колориметрические сенсоры построены на основе комплексообразования между органическими лигандами и ионами металлов. Связывание иона изменяет конформацию лиганда, что приводит к сдвигу поглощения в видимой области спектра. Примером служат окрашенные комплексы с ионами переходных металлов (Cu²⁺, Fe³⁺, Zn²⁺), где изменение цвета коррелирует с концентрацией иона в растворе.
2. Протонные и кислотно-основные эффекты pH-чувствительные красители, включаемые в супрамолекулярные системы, демонстрируют смену окраски при протонировании или депротонировании функциональных групп. Эти изменения сопровождаются перераспределением электронной плотности и сдвигом λ_max, что используется для точного визуального определения кислотности среды.
3. Индукция структурных изменений Некоторые сенсоры работают через самосборку или диссоциацию супрамолекулярных комплексов. Например, циклаксаны, калькеры и другие макроциклы изменяют конформацию при связывании определённых анионов или катионов, что сопровождается появлением или исчезновением окрашенных форм.
Молекулярные датчики Используются органические молекулы с хромофорными группами, способные избирательно связываться с целевым аналитом. Основными критериями являются:
Супрамолекулярные комплексы Молекулы-хозяева образуют временные комплексы с целевыми лигандами. Примером служат кукурбитурилы, циклодекстрины, порфирины. Такие системы усиливают спектральный отклик за счёт кооперативного взаимодействия и изменения среды вокруг хромофора.
Наноматериалы и гибридные системы Включение наночастиц (золото, серебро, оксиды металлов) позволяет усиливать сигнал через эффекты плазмонного резонанса. Частицы могут быть функционализированы органическими лигандами, обеспечивая селективное связывание с аналитом и визуальное усиление окраски.
Ионное детектирование
Биологические сенсоры
Окружающая среда и контроль качества
Основные ограничения включают зависимость от растворителя, возможное влияние побочных веществ и ограниченный диапазон измеряемых концентраций. Современные исследования сосредоточены на разработке многоанализных сенсорных массивов, супрамолекулярных сетей с кооперативными эффектами и интеграции с цифровой обработкой цвета для повышения точности и расширения применений в медицинской и экологической аналитике.
Колориметрические сенсоры остаются одним из ключевых направлений супрамолекулярной химии, соединяя фундаментальные принципы взаимодействия молекул с практическими приложениями в аналитике и биотехнологии.