Formation of pyrene excimers in mesoporous organically modified silica thin films for visual detection of nitroaromatic explosives

Pyren çok halkalı aromatik bir hidrokarbon bileşiktir. İki pyren molekülünün çok yakın etkileşimiyle oluşan ekzimer ışımasından dolayı pyren, yaygın bir şekilde tespit edici ve algılayıcı molekül olarak kullanılmaktadır. Bu çalışmada, parlak pyren ekzimer ışımasına sahip mezo boşluklu ince filmler hazırlanmıştır ve bu filmlerin; hızlı ve gözle görülebilir nitroaromatik patlayıcı buharı tespitinde uygulaması gösterilmiştir. Işıyan filmler, pyren moleküllerinin basit bir sol-jel metoduyla kalıp molekül kullanmadan üretilen, mezo boşluklu organik olarak modifiye edilmiş silika (ormosil) yapıya fiziksel olarak hapsedilmesiyle elde edilmiştir. Hem boşluklu hem de boşluksuz ormosil ince filmlerde pyren ekzimerlerinin oluşumu ve kararlılığı incelemiştir. Boşluklu filmlerde ekzimer ışımasının boşluksuz filmdekine oranla önemli derecede daha parlak ve daha kararlı olduğu görülmüştür. Pyren ekzimerlerinin boşluklu filmlerdeki beklenmedik kararlılığı, pyren moleküllerinin nano ölçekli boşluğa sahip ormosil yapıda sıkıştırılmasından kaynaklanmaktadır. Bu çalışmada, içine pyren hapsedilmiş boşluklu ve floresan filmlerin nitroaromatik patlayıcı algılama işlevleri incelenmiştir. Filmler, TNT buharına maruz bırakıldığında hızlı ve gözle görülebilir bir floresans sönümlenme göstermiştir. Yaklaşık 100 nm kalınlığındaki boşluklu bir filmin, 30 saniye boyunca TNT buharına maruz bırakıldıktan sonra floresans sönümlenme verimi % 55,6 olarak hesaplanmıştır. Filmlerin floresans sönümlenmesinin UV ışığı altında kolay bir şekilde gözlemlenebilmesi, nitrolu patlayıcıların çıplak gözle tespitine olanak sağlamaktadır. Ekzimer ışımasının, birçok aromatik ve aromatik olmayan bileşik arasında trinitrotoluen (TNT), dinitrotoluen (DNT) ve nitrobenzen (NB) gibi nitroaromatik bileşiklere karşı seçici özellik gösterdiği gözlemlenmiştir. Ayrıca, filmlerin sönümlenmiş ekzimer floresansı; filmlerin su ile kolay bir şekilde yıkanmasıyla geri kazanılabilmektedir. Filmlerin en az beş kez yıkanıp tekrar kullanılabildiği gösterilmiştir. Bundan dolayı, pyrenli ormosil ince filmler nitroaromatik patlayıcı tespiti uygulamaları için basit malzemeler olarak sunulabilir.