Разработка высокоэффективных методов, в том числе основанных на использовании наноструктур, для химического анализа объектов окружающей среды, пищевых продуктов и технологических объектовНИР

Development of high efficiency methods, including those based on the use of nanostructures for chemical analysis of environmental objects, food products and technological objects

Источник финансирования НИР

госбюджет, раздел 0110 (для тем по госзаданию)

Этапы НИР

# Сроки Название
1 1 января 2011 г.-31 декабря 2014 г. Разработка высокоэффективных методов, в том числе основанных на использовании наноструктур, для химического анализа объектов окружающей среды, пищевых продуктов и технологических объектов
Результаты этапа: Исследована сорбция тетрациклинов (тетрациклина, окситетрациклина, хлортетрациклина и доксициклина) на сверхсшитом полистироле (ССПС) в статических и динамических условиях. Даны объяснения особенностей сорбции соединений в зависимости от кислотности раствора, природы и концентрации соединений. Показано, что ССПС можно использовать для группового концентрирования тетрациклинов в динамическом режиме и их последующего определения в элюате методом ВЭЖХ с амперометрическим детектированием. Концентрирование позволило снизить пределы обнаружения тетрациклинов в 90 –100 раз; они равны 0.6 (окситетрациклин, тетрациклин), 1 (хлортетрациклин) и 2 (доксициклин) нг/мл. Методика применена для анализа модельной смеси на основе речной воды. Предложен способ и осуществлен синтез новых магнитных нанокомпозитных сорбентов на основе сверхсшитого полистирола (ССПС) и полимерного сорбента Strata-X. Синтез проводили путем сорбции предварительно синтезированных магнитных наночастиц оксидов железа размером 9 – 17 нм на поверхности сорбентов. Оптимизированы условия синтеза. Установлено, что лучшей способностью к намагничиванию обладают сорбенты, модификацию которых осуществляли из ацетонитрильных растворов, при этом содержание магнитных наночастиц должно быть не меньше 58 мг Fe3O4 на 1 г сорбента. Проведена сравнительная оценка сорбционных свойств исходных сорбентов (ССПС и Strata-X ) и магнитных композитных материалов ССПС/Fe3O4 и Strata-X/Fe3O4 на их основе по отношению к сульфаниламидам. Показано, что магнитные нанокомпозиты сохраняют сорбционные свойства по отношению к сульфаниламидам и легко отделяются от раствора путем наложения магнитного поля. С применением магнитных композитных материалов ССПС/Fe3O4 и Strata- X/Fe3O4 разработаны методики группового сорбционного концентрирования сульфаметазина, сульфаметоксипиридазина, сульфахлорпиридазина и сульфаметоксазола из водных растворов для их последующего определения в элюате методом ВЭЖХ с амперометрическим детектором. Степени выделения сульфаниламидов из 25 мл водного раствора составили 81 – 92 %. Исследована сорбция синтетических красителей: Понсо 4R, Тартразин, Желтый «солнечный» закат и Зеленый прочный FCF (ЗП) на кремнеземе, химически модифицированном гексадецильными группами (ХМК-С16), и сверхсшитом полистироле. Зеленый прочный FCF – краситель трифенилметанового ряда – количественно сорбируется в широкой области кислотности 1 М HCl – рН 7. Сорбция сульфоазокрасителей максимальна в диапазоне 1 М HCl – рН 1, что позволяет отделять ЗП от других красителей и определять ЗП с сорбционным извлечением его на ХМК-С16 при рН 6 и дальнейшим его определением методом спектроскопии диффузного отражения. Изучена сорбция ряда природных (β-каротин, куркумин и кармин) красителей на созданном нами новом материале  оптически прозрачной пленке, полученной путем растворения-осаждения микрокристаллической целлюлозы в гидрофильной ионной жидкости. Разработанные ацетатные пленки сорбируют красители из их водных растворов, при этом степень сорбции зависит от природы красителя, рН и температуры раствора. Важным достоинством разработанных пленок является возможность их повторного использования после регенерации промыванием 0.1 М раствором соляной кислоты. . Получены и исследованы высокоэффективные сорбенты на основе малополярных сорбентов разной природы с нековалентно иммобилизованными реагентами. Исследована сорбция -дикетонов (ацетилацетона, 1-фенил-3-метил-4-бензоилпиразол-5-она, теноилтрифторацетона, пивалоилтрифторацетона), образующих устойчивые комплексы с редкоземельными элементами (РЗЭ), из водных и водно-спиртовых растворов на неполярных сорбентах (гексадецилсиликагеле С16, сверхсшитом полистироле, поливинилиденфториде Ф2М, активном угле, непористом графитированном углеродном сорбенте ENVI-Carb) в динамических условиях. Изучены особенности образования наночастиц серебра в растворах за счет восстановления ионов серебра под воздействием флавоноидов в зависимости от состава раствора, природы и концентрации флавоноида и стабилизатора, времени взаимодействия и содержания этилового спирта. Установлено, что в щелочной среде кверцетин, дигидрокверцетин, рутин и морин восстанавливают азотнокислое серебро с образованием наночастиц серебра. С применением спектрофотометрии и просвечивающей электронной микроскопии выявлено влияние различных факторов на выход наночастиц, их агрегативную устойчивость и дисперсность. Установлено, что по мере увеличения концентрации кверцетина, дигидрокверцетина, рутина и морина в спектрах поглощения растворов образующихся НЧ серебра наблюдается увеличение полосы поверхностного плазмонного резонанса при 415 нм, линейно связанное с концентрацией флавоноидов, что может быть использовано для их спектрофотометрического определения с пределами обнаружения 0,03; 0,06; 0,09 и 0,1 мкг/мл соответственно. С привлечением результатов проведенного исследования разработаны спектрофотометрические методики определения кверцетина и дигидрокверцетина. Методики применены при анализе биологически активных пищевых добавок. Показаны перспективы использования предложенного подхода для оценки антиоксидантной активности С использованием ИЖ TOALS получен ион-селективный электрод (ИСЭ), проявляющий отклик к анионным формам аминокислот. Дополнительная модификация ионами меди(II) и введение в состав композиции более тугоплавкой гидрофобной ИЖ (бромид 1,3-дигексадецилимидазолия, DHDImBr) позволило понизить предел обнаружения фенилаланина в несколько раз (Cmin=2,7•10-5M) и существенно увеличить эксплуатационный ресурс ИСЭ. Тем самым впервые показана возможность использования для создания твердотельного ИСЭ двух ИЖ, одна из которых служит инертной матрицей для иммобилизации второй ИЖ, обеспечивающей связывание аналита и формирование потенциометрического отклика. В результате изучения сорбции продуктов окисления фенольных соединений хитозановой пленкой в условиях, оптимальных для проведения индикаторных процессов и работы биосенсоров двух типов сделан вывод о разных механизмах протекания индикаторных реакций в случаях спектрофотометрического (химическая сорбция) и флуоресцентного (физическая сорбция) биосенсоров. Предложены новые индикаторные системы для определения ряда флавоноидов, основанные на получении интенсивно флуоресцирующих производных по реакции их дериватизации с ароматическими аминами: бензиламином (БА) или мезо-1,2-дифенилэтилендиамином (ДЭД) в присутствии пероксидазы из корней. Установлено, что наиболее универсальным дериватизирующим агентом является ДЭД, который образует производные со всеми флавоноидами кроме рутина.
2 1 января 2015 г.-31 декабря 2015 г. Разработка высокоэффективных методов, в том числе основанных на использовании наноструктур, для химического анализа объектов окружающей среды, пищевых продуктов и технологических объектов
Результаты этапа: Предложен сорбционный способ и осуществлен синтез новых композитных наноматериалов на основе пенополиуретана (ППУ) и наночастиц (НЧ) золота и серебра, стабилизированных цитратом натрия и 6,6-ионеном. Емкость ППУ по отношению к НЧ составляет 8 – 9 мг/г сорбента. С помощью электронно-микроскопических исследований установлено, что наночастицы размером 15 – 25 нм равномерно распределены по поверхности сорбента. Впервые обнаружено, что наночастицы в фазе ППУ сохраняют способность к поверхностному плазмонному резонансу и агрегации под воздействием тиосоединений (цистеамина, цистеина, ацетилцистеина и меркапопропионовой кислоты), но, в отличие от водных растворов, не агрегируют в присутствии соединений катионной природы и анионов. Показано, что магнитный сорбент ССПС/Fe3O4(5%) можно использовать для группового концентрирования тетрациклинов методом магнитной твердофазной экстракции. Реализовано сочетание сорбционного концентрирования тетрациклинов на магнитном сверхсшитом полистироле с их определением в элюате методом ОФ ВЭЖХ с амперометрическим детектированием. С целью поиска нового спектрофотометрического реагента для определения катехоламинов предложен способ и осуществлен синтез нанопалочек золота (НП Au), оценены их геометрические параметры и спектрофотометрические характеристики. Установлено, что синтезированные НП Au имеют длину 38 нм, диаметр 14 нм и характеризуются интенсивными полосами поверхностного плазмонного резонанса при 520 и 650 – 700 нм, которые отвечают поперечным и продольным плазмонным колебаниям соответственно. Систематически изучено взаимодействие различных катехоламинов (адреналина, норадреналина, допамина и добутамина) с нитратом серебра в присутствии синтезированных нанопалочек золота. Предложен способ on-line концентрирования и ВЭЖХ-УФ определения нескольких моноэфиров фталевой кислоты, монометилфталата, моноэтилфталата и монобутилфталата. Способ включает извлечение аналитов на колонке с пористым графитированным углеродным сорбентом Hypercarb, десорбцию субкритической водой при температуре 150 °C, охлаждение концентрата и его подачу в ВЭЖХ колонку, где происходит фокусирование пиков аналитов. Модель сольватационных параметров Абрахама была использована для получения корреляционных зависимостей, связывающих параметры удерживания ряда модельных соединений на поверхности пористого графитированного углеродного сорбента Hypercarb в среде субкритической воды с их молекулярными константами, характеризующими способность аналитов к различным типам межмолекулярного взаимодействия. Показана возможность определения в напитках синтетических пищевых красителей: Понсо 4R, Тартразин, Желтый «солнечный» закат, Хинолиновый желтый и Зеленый прочный FCF, основанного на их сорбционном извлечении из растворов на кремнеземе, химически модифицированном гексадецильными группами (С16), и последующем их определении на поверхности сорбента методом спектроскопии диффузного отражения. Предложено использование реакции образования продуктов ферментативной дериватизации с ароматическими аминами для определения флавоноидов методом ВЭЖХ с флуоресцентным детектированием. Разработаны методики хроматографического определения кверцетина и кофейной кислоты по реакции их ферментативной дериватизации. Разработаны флуоресцентные экспресс-методики мультиплексного определения катехоламинов - дофамина, эпинефрина, норэпинефрина, гомованилиновой кислоты, метилдофы в полистирольном 96-луночном планшете по предложенной ранее реакции их ферментативной дериватизации с ДЭД и БА в присутствии иммобилизованной и нативной пероксидаз, а также ванилилминдальной кислоты по ее собственной флуоресценции в диапазонах концентраций: 0.25 – 2.5, 0.005 – 0.075, 0.025 – 0.25, 0.5 – 5, 1 – 10 и 25 – 250 мкМ, соответственно. Золь-гель технология использована для синтеза новых чувствительных материалов. В результате варьирования экспериментальных условий (природы и концентрации прекурсоров и порообразователей, режима высушивания) разработаны методики синтеза кремний-титановых ксерогелей с заданными структурными характеристиками. Выбраны условия определения салициловой кислоты, салициламида, метилсалицилата и фторид-ионов с использованием этих новых чувствительных материалов. Порфиразин кобальта и четыре ионные жидкости – хлорид и иодид 1,3-дигексадецилимидазолия и бис(трифлил)имид и гексафторфосфатдифенил-бутилэтилфосфония использованы для создания твердотельного сенсора на иодид на основе печатных планарных электродов. Синтезированы первые образцы фотонных кристаллов на основе микросфер полистирола (диаметром менее 300 нм) и полидиметилсилоксана, дающие визуальный отклик (изменение цвета из зеленой в красно-желтую область) в присутствии неполярных растворителей (бензол, толуол, гексан и др.).

Прикрепленные к НИР результаты

Для прикрепления результата сначала выберете тип результата (статьи, книги, ...). После чего введите несколько символов в поле поиска прикрепляемого результата, затем выберете один из предложенных и нажмите кнопку "Добавить".