ELEKTRONISCHE NEUS ZIET VLUCHTIGE DAMPEN IN LAGE CONCENTRATIE

Als het aan twee scheikundigen van de universiteit van Illinois ligt, kunnen we straks zien wat we ruiken of juist niet ruiken. De twee onderzoekers, Neal Rakow en Kenneth Suslick, ontwikkelden een sensor waarmee vluchtige organische oplosmiddelen in lage concentratie kunnen worden aangetoond via een simpele kleuringsreactie. Ze maakten daarvoor gebruik van porfyrineringen. Dit zijn aan chlorofyl verwante moleculen in het centrum waarvan zich een positief geladen metaalion heeft genesteld. Wanneer dergelijke metaalionen een binding aangaan met organische moleculen uit de lucht of in oplossing, verandert de golflengte waarbij het porfyrine licht uitstraalt.

Hoewel dit verschijnsel al langer bekend is, zijn Rakow en Suslick er in geslaagd het op een simpele manier met behulp van een scanner zichtbaar te maken. Dit soort sensoren kan worden gebruikt als dosimeters voor allerlei in fabrieken en laboratoria zwevende (gevaarlijke) dampen, en als gevoelige detectoren voor specifieke verbindingen als pesticiden en drugs (Nature, 17 augustus).

Rakow en Suslick brachten kleine hoeveelheden van in totaal tien porfyrines met verschillende metaalionen naast elkaar aan op een dunne laag silica, een mineraal dat als neutrale, vaste ondergrond diende. Vervolgens werden hier organische moleculen in een stikstofstroom overheen gevoerd. Doordat elk molecuul alleen met bepaalde metaalionen een binding aangaat, werd steeds een uniek stippenpatroon verkregen. Zelfs chemisch vergelijkbare moleculen konden van elkaar worden onderscheiden. De kleuring was bovendien omkeerbaar: geen van de geteste moleculen bleek zich zo sterk te binden aan het metaalion dat ze niet meer los konden komen. Omdat de kleurintensiteit evenredig bleek te zijn met de concentratie, waren ook kwantitatieve metingen mogelijk. De minimaal meetbare concentratie lag in sommige gevallen beneden een tiende ppm (parts per million, dat wil zeggen één `vreemd' molecuul op tien miljoen stikstofmoleculen). Dat is niet slecht, maar toch nog altijd minder gevoelig dan onze eigen neus.

De onderzoekers zeggen ook moleculen met dezelfde chemische functionaliteit, maar verschillend van vorm, van elkaar te kunnen onderscheiden. Hiertoe hebben ze de porfyrineringen voorzien van zijgroepen die bepaalde moleculen beter afschermen dan andere.

    • Rob van den Berg