Farbige Warnung: Selektive, empfindliche CO-Detektion mit Rhodium-Komplex

07.07.2010 - Spanien

Kohlenmonoxid ist ein heimtückisches Gift, denn es ist farb- und geruchlos und bereits bei niedrigen Konzentrationen toxisch. Ursachen für die Unfälle sind meist Verbrennungsmotoren oder eine nicht vollständige Verbrennung in Gasheizungen oder holzbefeuerten Kaminen. Spanische Forscher um Ramón Martínez-Máñez haben jetzt einen empfindlichen und selektiven Detektor entwickelt, der Kohlenmonoxid (CO) zuverlässig in Luft nachweist. Wie die Wissenschaftler vom IDM Research Institute an der Polytechnischen Universität Valencia in der Zeitschrift Angewandte Chemie berichten, handelt es sich dabei um einen speziellen Rhodium-Komplex, der in Anwesenheit von CO seine Farbe deutlich ändert.

Allein in den USA werden jährlich etwa 15.000 Unfälle mit CO registriert, 500 verlaufen tödlich. Entsprechend wichtig ist der Einsatz zuverlässiger Warngeräte an gefährdeten Stellen. Die meisten heutigen CO-Sensoren arbeiten elektronisch. Als Alternative wird nach Detektoren gesucht, die die Anwesenheit von CO durch eine Farbveränderung anzeigen. Solche kolorimetrischen Nachweismethoden sind allerdings noch selten, funktionieren nicht in Luft oder sind nicht empfindlich genug.

Auf der Basis eines speziellen Komplexes des Metalls Rhodium haben die spanischen Forscher jetzt einen CO-Detektor entwickelt, der CO nicht nur in Lösung nachweist, sondern auch verlässlich in Luft. Die Nachweisgrenze ist dabei niedrig genug, dass er anspricht, bevor toxische Werte erreicht werden.

Kern des Komplexes sind zwei miteinander verbundene Rhodiumatome, die über zwei Acetatgruppen und zwei spezielle phosphorhaltige Liganden (cyclometallierte Phosphine) miteinander verbrückt werden. Axial binden zusätzlich zwei Essigsäure-Liganden. Die Komplexverbindung wird auf Kieselgel aufgetragen, wo der Komplex adsorbiert. Es entsteht ein grau-violetter Feststoff. Kommt der Komplex in Kontakt mit CO-haltiger Luft, binden ein oder zwei Moleküle CO, indem sie die Essigsäuremoleküle von ihren axialen Bindeplätzen am Rhodium-Doppelkern verdrängen. Der Feststoff ändert dabei seine Farbe innerhalb weniger Minuten deutlich zu orange-gelb. Durch Behandlung mit einem Strom sauberer Luft lässt sich der Detektor wieder vollständig regenerieren.

Das Detektionssystem ist sehr selektiv für CO. So spricht es beispielsweise nicht auf CO2, flüchtige organische Verbungen oder SO2 an. Auf NOx reagiert es erst, wenn diese in extrem hohen Konzentrationen vorliegen. Die Forscher hoffen, dass sich auf dieser Basis effiziente, wartungsarme Chemosensoren für eine einfache, kostengünstige Detektion von CO entwickeln lassen. „Kolorimetrische CO-Detektionssystem könnten beispielsweise in Textilien oder Gemälde integriert werden“, sagt Martínez-Máñez, „die Anwesenheit von CO ware dann einfach als Farbwechsel mit dem bloßen Auge sichtbar.“ Elektronische Detektoren dagegen sind auf elektrischen Strom angewiesen und lassen sich nur schwer in Textilien einarbeiten.

Originalveröffentlichung: Ramón Martínez-Máñez et al.; "Sensitive and Selective Chromogenic Sensing of Carbon Monoxide using Binuclear Rhodium Complexes"; Angewandte Chemie 2010, 122, No. 29, 5054-5057

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