コア/シェル型ポリスチレン/ポリビニルテトラゾール微小球を用いた電顕媒体の透過率による六価クロムの可視化

Cr(VI) visualization via transmittance of electrorheological display medium with core/shell polystyrene/polyvinyltetrazole microspheres.

• Fang-Chang Tsai
• Chih-Feng Huang
• Chien-Hsing Lu
• Jem-Kun Chen

抄録

近年、環境中には大量の重イオン汚染物質が拡散しています。そのため、重金属イオンの拡散を監視するためには、その場で重金属イオンを迅速に検出することが重要である。本研究では、ポリアクリロニトリル(PSM@PAN)を被覆した直径2.2μmのポリスチレンマイクロスフィア(PSM)を乳化剤を用いずに重合して合成し、コア/シェル構造を有するマイクロスフィアを形成した。コア/シェル型ポリスチレン/ポリビニルテトラゾール(PSM@PVT)微小球は、シアノ-テトラゾール変換反応後に得られ、スペーサーシール付きの2つのインジウムスズ酸化物ガラスを使用して構築されたエレクトロレオロジーデバイス(ERD)ディスプレイに装填された。ERD装填は、ERDを介して光を散乱させることでマイクロスフィア溶液を分散させ、その結果、交流電場（AEF）がない場合には透過率が低くなることがわかった。流体媒体中の粒子は、AEF下で粒子の両端に負と正の電荷を誘導するように分極され、その結果、粒子鎖が透過率を向上させた。AEFの存在下で最高度の粒子連鎖を発生させるための最適な周波数は、シェル材料を識別するための指標としても機能する特性周波数（Fc）として定義されています。PSM@PVTのFcは、PVTコーティングから6価クロムを吸着した後、350kHzから30kHzにシフトした。Cr(VI)を吸着させたPSM@PVTのERD負荷の透過率は、Cr(VI)濃度に応じて直線的に増加した。検出限界の約40ngmLは、10-540ngmLの線形範囲で計算された。Cr(VI)を吸着したPSM@PVTのFcは、ERDに共存するNa(I), K(I), Ca(II), Mg(II), Fe(III), Zn(II)の影響を受けなかった。

In the course of time, significant amounts of heavy-ion pollutants have been dispersed into the environment. Rapid on-site detection of heavy metal ions is crucial to monitor their dispersion in the nascent stages. In this study, 2.2-μm-diameter polystyrene microspheres (PSM) were synthesized via emulsifier-free polymerization to coat polyacrylonitrile (PSM@PAN) and form core/shell-structured microspheres. Core/shell polystyrene/polyvinyltetrazole (PSM@PVT) microspheres were obtained after a cyano-to-tetrazole conversion reaction, loaded in an electrorheological device (ERD) display constructed using two indium tin oxide glasses with a spacer seal. The ERD loading dispersed the microsphere solution by scattering light through the ERD, resulting in a low transmittance in the absence of an alternating electric field (AEF). Particles in the fluid medium were polarized to induce negative and positive charges at each end of the particles under the AEF, and the resultant particle chains enhanced transmittance. The optimal frequency to generate the highest degree of particle chaining in the presence of an AEF is defined as its characteristic frequency (Fc), which also serves as an indicator to identify the shell materials. The Fc of PSM@PVT shifted from 350 kHz to 30 kHz after adsorbing Cr(VI) from the PVT coating. Transmittance of the ERD loading of PSM@PVT with Cr(VI) increased linearly with the concentration of Cr(VI). Approximately 40 ng mL of the limit of detection was calculated in the linear range of 10-540 ng mL. The Fc of the PSM@PVT adsorbing the Cr(VI) was not influenced by Na(I), K(I), Ca(II), Mg(II), Fe(III), and Zn(II) coexisting in the ERD.

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