Развитие высокоинформативных и высокотехнологичных методов химического анализа для защиты экосистем, создания новых материалов и передовых производственных технологий, перехода к экологически чистой и ресурсосберегающей энергетике, развития природоподобных технологий, высокотехнологичного здравоохранения и рационального природопользованияНИР

Development of highly informative and high-tech methods of chemical analysis for the protection of ecosystems, the creation of new materials and advanced production technologies, the transition to environmentally friendly and resource-saving energy, the development of nature-like technologies, high-tech healthcare and rational use of natural resources

Источник финансирования НИР

госбюджет, раздел 0110 (для тем по госзаданию)

Этапы НИР

# Сроки Название
1 1 января 2021 г.-31 декабря 2021 г. Развитие высокоинформативных и высокотехнологичных методов химического анализа для защиты экосистем, создания новых материалов и передовых производственных технологий, перехода к экологически чистой и ресурсосберегающей энергетике, развития природоподобных технологий, высокотехнологичного здравоохранения и рационального природопользования
Результаты этапа: 1. Разработана методика синтеза НЧЗ, стабилизированных макроциклическим антибиотиком эремомицином, в боратном буферном растворе. Подобраны оптимальные условия синтеза. Для сравнения была опробована для эремомицина описанная в литературе методика получения НЧЗ, стабилизированных цефиксимом. Полученные НЧЗ были изучены методом просвечивающей электронной микроскопии (ПЭМ). По результатам обработки микрофотографий были рассчитаны распределения НЧЗ по размеру. НЧЗ, стабилизированные эремомицином, имеют размеры в диапазоне 10-20 нм. Далее проводили модификацию полимерной матрицы полученными НЧЗ с эремомицином. В ходе эксперимента варьировали соотношение раствора НЧЗ и полимера, время перемешивания, pH раствора, способ перемешивания. Требовалось добиться наилучшей адсорбции НЧЗ без их агрегации и разрушения частиц полимера. Модифицированные сорбенты исследовали методами сканирующей электронной микроскопии (СЭМ), спектроскопии диффузного отражения (СДО), низкотемпературной адсорбции азота. Количество адсорбированного золота определяли методом атомно-эмиссионной спектроскопии, также делали элементный анализ на азот. На основании экспериментальных данных, полученных для НЧЗ с эремомицином, были выбраны оптимальным методики и получены НЧЗ, стабилизированные ванкомицином, которые исследовали методом ПЭМ. Проведена успешная абсорбция НЧЗ с ванкомицином на ПС-ДВБ. Новые наногибридные материалы были использованы для создания хроматографических колонок. Проведён анализ ряда тестовых соединений, установлены хроматографические характеристики неподвижной фазы. 2. Установлены основные пути фрагментации нового биомаркера нервно-паралитических отравляющих веществ типа VR и CVX в плазме крови человека в виде аддукта 2-(диэтиламино)этилтиола с дипептидом цистеин-пролином (аддукт DEAET-CP) с использованием тандемной масс-спектрометрии высокого разрешения. Получен соответствующий масс-спектр фрагментации протонированного молекулярного иона DEAET-CP, описаны наблюдаемые ионы и их возможные структурные формулы (таблица 1, пп 1.6, дополнительные материалы). 3. Разработан и апробирован на реальных объектах способ определения DEAET-CP, биомаркера применения V-газов с использованием ферментативного гидролиза проназой и твердофазной экстракции. Оптимальной выбрана подготовка проб плазмы, включающая ферментативных гидролиз с проназой в течение 3 ч при 37оС, с последующей очисткой пробы от компонентов плазмы и концентрированием аналита на картридже для проведения твердофазной экстракции OASIS HLB.Разделение DEAET-CP проводили с использованием обращено-фазовой хроматографии на сорбенте C18. В ходе оценки метрологических характеристик диапазон определяемых концентраций VR и CVX в плазме (в виде DEAET-CP) составил 0.1-40 нг/мл, предел обнаружения – 0.05 нг/мл. 4. Предложен новый способ синтеза стандарта DEAET-CP, исключающий использование высокотоксичных V-газов (описание и схема синтеза приведены в пп 1.6 дополнительных материалов). 5. Разработан способ профилирования образов мочи крыс методом высокоэффективной жидкостной хроматографии масс-спектрометрии высокого разрешения для выявления потенциальных биомаркеров применения зарина. Предложен подход к предобработке и статистическому анализу данных в результате которого было выявлено и идентифицировано шесть эндогенных биомаркеров применения зарина. 6. Разработан, прошел валидацию и апробирован ВЭЖХ-МС/МС способ определения известных метаболитов зарина в моче крыс, после подкожного введения зарина в дозе 1/4 LD 50. Изопропилметилфосфоновая кислота обнаруживалась в образцах мочи крыс в течение 5 дней после введения зарина. Максимальное содержание изопропилметилфосфоновой кислоты наблюдалось в образцах отобранных на следующий день после введения зарина (1 - 2 мкг мл-1). Минимальное обнаруженное содержание составило 5.8 нг мл-1. 7. Была предложена схема пробоподготовки образцов мочи, которая позволяла проводить дериватизацию алкилметилфосфоновых кислот в полученных экстрактах из мочи и анализировать полученные растворы методом ВЭЖХ-МС/МС. Разработанная процедура пробоподготовки характеризуется высокими степенями извлечения аналитов и хорошей селективностью определения за счет использования дериватизации. Достигнутые переделы обнаружения алкилметилфосфоновых кислот находились в диапазоне от 0.5 до 10 нг мл-1. Значения точности и воспроизводимости не превышало 15% на трех уровнях концентраций. 8. Разработан экспрессный, высокочувствительный способ определения в моче триэтаноламина (ТЭА), этилдиэтаноламина (ЭДЭА) и метилдиэтаноламина (МДЭА), основных биомаркеров азотистых ипритов, методом тандемной жидкостной хроматомасс-спектрометрией при их совместном присутствии. Для уменьшения влияния матрицы и ускорения процедуры подготовку образцов мочи осуществляли путем разбавлением водой (метод «Dilute and Shoot»). Судя по литературным данным, это первый подход, позволяющий путем простого разбавления проб мочи, проводить определение ЭДЭА, МДЭА и ТЭА методом жидкостной хромато-масс-спектрометрии высокого разрешения в диапазоне концентраций 4-200 нг/мл для ЭДЭА и МДЭА, и 2-200 нг/мл для ТЭА. 9. Продолжена разработка методик анализа археологических объектов с помощью микрорентгенофлуоресцентного спектрометра Brucker Tornado M4 Plus. Выбраны условия картирования образцов со сложной геометрией поверхности, показано, что при использовании рентгеновской трубки с коллиматорной оптикой возможно получение карт распределения элементов при перепадах рельефа поверхности образца до 25 мм. 10. Разработан подход к определению токсичных примесей Cd, Pb, Cr, Ni, Pb и Cu в неорганических удобрениях неразрушающим методом рентгенофлуоресцентного анализа с полным внешним отражением (РФА ПВО) в суспензиях образцов. Изучено влияние выбора внутреннего стандарта V, Ga, Y, Se для количественных расчетов на правильность полученных результатов. Прямое определение мышьяка затруднено из-за мешающего влияния свинца, поэтому для определения As(III) разработана методика его селективного выделения на новом S-,N-содержащем сорбенте с последующим определением аналита в фазе сор-бента методом РФА ПВО. Весь цикл наработок использован для анализа in situ объектов различного состава. 11. Проведено сравнение пяти методов подготовки проб для количественного определения 31 элемента в гуминовых веществах бурого угля (ГВ) с помощью ИСП–АЭС с точки зрения полного выделения и форм существования элементов. Методы включают, для общего содержания, (1) приготовление водного коллоидного раствора ГВ с последующей прямой инжекцией образца без разложения и (2) озоление с последующим сплавлением с метаборатом; для форм существования элементов (3) приготовление водного коллоидного раствора ГВ с последующим центрифугированием и прямым анализом без разложения; (4) обработка кипящей азотной кислотой; и (5) микроволновое разложение азотной кислотой при 250 °C для кислоторастворимых форм. Результаты анализа существенно зависят от выбранного метода пробоподготовки из-за специфических особенностей ГВ, одновременного присутствия многих неорганических компонентов в широких диапазонах концентраций и значительной доли органической матрицы; определение общего минеральный состав ГВ, как макро-, так и микрокомпонентов, требует сочетания методов разложения и пробоподготовки. 12. Продолжена разработка методов определения халькофильных элементов (As, Se, Te, Sb и Bi) в сульфидных медно-никелевых рудах на базе методов на основе индуктивно связанной плазмы – ИСП-МС и ИСП-АЭС. Исследованы возможности как метода ИСП-МС, так и метода ИСП-АЭС с генерацией гидридов целевых элементов ГГ-АЭС-ИСП. Пределы обнаружения при определении этих элементов при помощи МС-ИСП и ГГ-АЭС-ИСП сопоставимы и составляют 0,01 – 0,02 мкг/г для As, Se, Sb и Bi; 0,05 – 0,1 мкг/г для Sn и Te. Метод ГГ-АЭС-ИСП имеет преимущества по сравнению с методом МС-ИСП при определении мышьяка в присутствии хлоридов. Найдены оптимальные условия, на основе которых предложены методики разложения твердых образцов ультраосновных горных пород для последующего их определения методом ИСП-МС. 13. Предложен метод каскадной фильтрации через трековые мембраны с размером пор от 0,2 до 5 мкм для фракционирования экстрагируемого водой органического вещества, что включает как растворенное, так и дисперсное вещество. Основное внимание уделено узким фракциям, полученным путем вымывания из соответствующих мембранных фильтров. На основании анализа фракций установлено, что они значительно отличаются как по органическим, так и по минеральным составляющим. 14. Предложен метод универсального экспрессного и доступного мультисенсорного цветометрического анализа препаратов дидрогестерона, троксерутина и адеметионина с использованием уникального двумерного кода. Разработанный подход может быть применен для быстрого выявления фальсификатов лекарственных средств на предварительном этапе анализа (до использования более дорогого специализированного оборудования). Адекватность разработанного подхода подтверждена при анализе вышеперечисленных лекарственных препаратов. Показано, что полученные результаты не имеют статистически значимых отличий от величин, определённых спектрофотометрическим методом. В целом показана возможность использования мультисенсорной цифровой цветометрии для фармацевтического анализа. Разработанные способы определения действующих веществ могут служить хорошим дополнением к более дорогостоящим традиционным методам. 15. Представлены технически простые и дешевые установки для колориметрического и флуориметрического анализа с использованием камеры смартфона. Предложены лабораторные работы по цифровому колориметрическому и флуориметрическому анализу для учащихся средних и высших учебных заведений, а именно фотоколориметрическое определение ацетилсалициловой кислоты в кардиомагниле и меди и никеля в сплаве никель–серебро, а также флуориметрическое определение мононуклеотида рибофлавина в его инъекционном растворе. Никель и медь в сплавах никеля и серебра определяются одновременно; т. е. выполняется двухкомпонентный колориметрический анализ, который позволяет студентам применять линейный регрессионный анализ. Использование разработанных установок и мероприятий может помочь сформировать у студентов навыки осмысленного выбора условий измерения аналитического сигнала для достижения требуемых метрологических характеристик результатов определения. 16. Разработана инструментальная методология и платформы для комплексной оценки состава (основной и примесный состав), а также коллоидных (распределение по размерам, электрокинетические свойства, седиментационная и коагуляционная устойчивость) и биохимических (про- и антиоксидантная активность и ферментативная [нанозимная] активность) свойств нанопрепаратов на основе наночастиц оксида графена в водных растворах. 17. Разработано комбинированное устройство для дозирования и нанесения проб растворителей на фотоннокристаллический сенсор и для on-line изучения его спектрометрических характеристик при взаимодействии с аналитом. Разработаны фотоннокристаллических сенсоры для обнаружения компонентов нефти. 18. Разработаны схемы приборов, моделей, методологии и способов обработки информации для многоканальной фототермической спектрометрии. Проведен анализ объектов сложного состава (смешанных сред и коллоидных растворов) и реализацию математического моделирования и хемометрической обработки информации, получаемой при помощи фототермической спектроскопии. Предложена методология и получены результаты измерений теплопроводности для детонационных нанодисперсных суспензионных гелей, золей и порошков в диапазоне концентраций наночастиц 2-100% масс. методом теплового потока. Предложены условия оценки теплопроводности жидкостей и гелей с прецизионностью (относительное стандартное отклонение) 1%. Согласно измерениям методом теплового потока, теплопроводность разбавленных золей ND незначительно отличается от теплопроводности воды. Однако расчетные значения теплопроводности по экспериментальным данным, полученным с помощью фототермической спектрометрии, показали увеличение до 5% по отношению к воде. Основываясь на результатах фототермических измерений, можно предположить, что нанодиапазоны обладают высоким термическим сопротивлением на границе кластера. Поэтому, когда нагрев разбавленной пробы осуществляется термически, теплопередача осуществляется только через воду. В фототермическом эксперименте наночастицы нагреваются за счет поглощения ими лазерного излучения. Также в этом случае более значительный вклад в теплопроводность вносит механизм, предложенный для наносистем: диффузия перегретых частиц. Из-за теплового сопротивления на границах температура частиц может отличаться от температуры окружающей жидкости; они могут быть перегреты; вклад в передачу тепла с помощью такого механизма незначителен для жидкости, содержащей наночастицы, но может увеличиться в фототермическом эксперименте, что можно интерпретировать как повышение температуры всей окружающей среды. Межфазное тепловое сопротивление должно влиять на теплопередачу в растворе, содержащем наночастицы. Значение сопротивления, (0,3–1) 10-8 м^2 К Вт–1, зависит от того, является ли поверхность лиофильной или лиофобной, и, учитывая значение теплопроводности воды, следует учитывать вклад сопротивления теплового контакта для систем с нанометровыми размерами частиц. Методы молекулярной динамики показали, что упорядоченные слои молекул воды вокруг наночастиц снижают контактное сопротивление. Следовательно, чем эффективнее основная жидкость “притягивает” частицы и смачивает их, тем меньше сопротивление. Соответственно, если поверхность наночастиц покрыта гидрофильными группами, контактное сопротивление меньше, чем для гидрофобной системы. Кроме того, было показано, что локальная теплопроводность водной оболочки, прилегающей к наночастице, примерно на 50% выше, чем в объеме воды. Расчеты проведены для металлических частиц и систем, содержащих графен и углеродные нанотрубки. 19. Разработан простой, быстрый и чувствительный способ одновременного определения гидразина, метилгидразина и 1,1-диметилгидразина в водах, основанный на предколоночной дериватизации бензальдегидом и определении образующихся продуктов методом обращенно-фазовой ВЭЖХ со спектрофотометрическим детектированием. Впервые применен эффект иминного и мицеллярного катализа для получения производных гидразинов при совместном присутствии. Установлено, что реакция дериватизации протекает полностью при рН 9.4 в присутствии каталитической системы на основе 0.6 М аммония и 87 мМ додецилсульфата натрия, а также 3.5 мМ реагента при комнатной температуре за 5 мин. Количественный выход продуктов дериватизации подтвержден методом ионной хроматографии. Пределы обнаружения (S/N = 3) без дополнительного концентрирования составили 0.3, 2.3 и 1.3 мкг/л, для гидразина, метилгидразина и 1,1-диметилгидразина соответственно. 20. Применен метод эпидемиологии на основе сточных вод эпидемиология (ВБЭ) в одном из населенных пунктов Московской области для оценки уровня потребления населением алкоголя, табака и морфина. Анализ образцов на биомаркеры потребления (этилсульфат, котинин и морфин) проводился с помощью жидкостной хроматографической тандемной масс-спектрометрии (LC-MS/MS). Оценки ежедневного потребления затем сравнивались с данными о продажах/производстве. Подтверждено, что потребление алкоголя было значительно выше по воскресеньям, а также в период Нового года и Рождества по сравнению с будними днями и субботами. Оценки потребления табака были в основном одинаковыми в течение недели. Данное исследование свидетельствует о целесообразности проведения ВБЭ в России. Оценки потребления алкоголя, полученные с помощью ВБЭ, были выше, чем средние данные по продажам алкоголя в стране. Оценка потребления никотина в целом соответствует производственными данными, при этом оценки выше, чем в большинстве других стран. Рекомендуется более широкое тестирование ВБЭ для информирования и оценки политики общественного здравоохранения. 21. Получены новые неподвижные фазы на основе диоксида титана путем адсорбционного закрепления полиэтиленимина с последующим сшиванием 1,4-бутандиол диглицидиловым эфиром. Хроматографические свойства сорбентов изучены с помощью теста Танака для гидрофильных неподвижных фаз и на примере разделения модельной смеси водорастворимых витаминов группы В. Показано, что варьирование количества реагентов на стадии синтеза неподвижной фазы влияет на структуру функционального слоя и тем самым позволяет получить новый сорбент с улучшенными хроматографическими характеристиками. Получены новые неподвижные фазы на основе аминопропилсиликагеля, ковалентно модифицированного полиэтиленгликолем с различным массовым соотношением матрица : полимер. Хроматографические свойства сорбентов изучены с использованием теста Танака для гидрофильных неподвижных фаз и на примере разделения модельных смесей сахаров, аминокислот и водорастворимых витаминов. Показано, что толщина модифицирующего полимерного слоя полиэтиленгликоля в малой степени влияет на селективность и в большей – на эффективность удерживания полярных веществ в режиме гидрофильной хроматографии. 22. Разработаны новые подходы к обработке и интерпретации ЖХ-МС данных с использованием алгоритмов многомерного статистического анализа для извлечения полезной химической информации и выявления кластеров похожих образцов. Образцы экстрактов из листьев растений семейства Apiaceae были проанализированы в унифицированных хроматографических условиях с использованием масс-спектрометрии высокого и низкого разрешения в режиме сканирования в широком диапазоне масс. Были подобраны основные параметры преобразования по оси времени удерживания и по оси m/z для перевода массива сырых ЖХ-МС данных в форму удобную для последующего применения статистического анализа с использованием тензорного разложения в форме параллельного факторного анализа (PARAFAC), а также развертки тензора с последующим анализом методом главных компонент (PCA), анализом независимых компонент (ICA), неотрицательной матричной факторизацией (NMF), или ненаправленным выбором признаков (UFS). В результате наилучшей кластеризации образцов удалось добиться в случае применения PCA и ICA методов как для данных низкого, так и высокого разрешения. Использование таких способов обработки данных позволит автоматизировать процесс ЖХ-МС анализа сложных смесей, в т.ч. может быть использован в качестве базы для создания систем компьютерного (химического) зрения. Кроме того, путем факторного анализа при такой ненаправленной кластеризации могут быть выявлены соединения, характеристичные для той или иной группы образцов. Так, с использованием разработанных подходов были обнаружены и описаны 23 потенциальных хемотаксономических маркера для исследованной группы растений.
2 1 января 2022 г.-31 декабря 2022 г. Развитие высокоинформативных и высокотехнологичных методов химического анализа для защиты экосистем, создания новых материалов и передовых производственных технологий, перехода к экологически чистой и ресурсосберегающей энергетике, развития природоподобных технологий, высокотехнологичного здравоохранения и рационального природопользования
Результаты этапа: 1. В рамках создания газочувствительных материалов на основе Ga2O3 с низкой рабочей температурой разработан подход к определению легирующей добавки Si методом РФА ПВО. Подход включает измельчение образцов с помощью планетарной мельницы и приготовление суспензий с последующим определением аналитов на сапфировых подложках методом абсолютных содержаний (Si) и методом внешнего стандарта. На основании результатов определения кремния найдены условия получения воспроизводимого сенсорного отклика синтезированных материалов. Для определения элементного состава пигментов на основе оксида двухвалентного кобальта, используемых в произведениях живописи, разработан подход к определению основных и примесных элементов методом РФА ПВО. Подход включает приготовление суспензий образцов в ДМФА и использование селена в качестве внутреннего стандарта. Результаты использованы для изучения связи соотношения присутствующих элементов с конкретным пигментом, а также для пополнения идентификационной базы и систематического изучения красок в реальных произведениях искусства. Обосновано применение метода РФА ПВО для анализа новых биосовместимых материалов на основе гидроксиапатита. Получены результаты определения кальция, фосфора и церия в образцах биокерамики с применением в качестве внутренних стандартов меди и гадолиния. 2. Предложен метод количественной оценки содержания благородных металлов в твердой фазе сорбента методом рентгеновской флуоресценции с полным внешним отражением для исключения проблемной стадии десорбции аналитов. Исследовано перекрывание линий и обработка спектров, оценен теоретический верхний предел массы сорбента на рефлекторе, сравнены различные методики количественной оценки. Разработана методика одновременного определения Os, Ir, Pt и Au в фазе твердого сорбента. Эта методика включает сорбцию благородных металлов из разбавленного раствора вскрытого образца, определение аналитов непосредственно в фазе сорбента и обработку данных с использованием эмпирической калибровки или алгоритмов многомерной регрессии (регрессия по главным компонентам, проекция на латентные структуры или частичная регрессия при помощи метода наименьших квадратов). Процедура позволяет определить Os, Ir, Pt, Au с относительной погрешностью 15%. Расчетные пределы определения для горных пород, с учетом процедуры разложения проб, равны 0.43, 0.39, 0.43 и 0.31 мкг/г для Os, Ir, Pt и Au, соответственно. Методика протестирована с использованием сертифицированных образцов сравнения и ИСП-МС в качестве эталонного метода. 3. Природное органическое вещество (ПОВ) — продукт распада растительных и животных тканей, имеющий ключевое значение, вместе с биотой, в глобальном цикле углерода. Вместе с тем это — сложная гетерогенная гетерофазная система, конгломерат высокомолекулярных, низкомолекулярных соединений и коллоидных частиц. Анализ таких смесей представляет сложную задачу, и одним из подходов к ее решению являются различные методы фракционирования, в том числе различные варианты мембранной фильтрации. Разрабатывается метод разделения водорастворимого природного почвенного органического вещества с помощью каскадного мембранного фракционирования с использованием аналитических трековых мембран. Показана возможность фракционирования ПОВ в широком диапазоне размеров частиц от 0.01 до 10 мкм с помощью мембранной фильтрации. Предложена методология каскадного мембранного фракционирования ПОВ с помощью полиэтилентерефталатных и поликарбонатных аналитических трековых мембран. Показана возможность анализа узких фракций с помощью ИСП-АЭС с прямым распылением без разложения, что ранее для подобных систем практически не применялось. Тенденции изменения концентраций элементов при переходе от больших частиц к меньшим воспроизводятся вне зависимости от материала мембраны. Показана возможность применения ИК-спектроскопии для анализа полученных фракций почвенного органического вещества с высушиванием на поверхности НПВО-кристалла. Проведено отнесение полос поглощения с функциональными группами соединений, содержащихся в черноземе. Условия измерения высушенных фракций при помощи ИК-НПВО-спектроскопии не приводят к получению воспроизводимых спектров, что пока не позволяет использовать этот метод для характеризации эффективности разделения почвенного органического вещества. Показана принципиальная возможность анализа фракций как растворенного, так и взвешенного ПОВ с помощью флуоресцентной спектрометрии. Все фракции содержат интенсивно флуоресцирующие органические компоненты, в частности гуминоподобные и тирозиноподобные соединения, при этом соотношения этих групп соединений, полученные с помощью объемного интегрирования флуоресцентных матриц фракций, воспроизводимо различаются от фракции к фракции. 4. Предложена полуавтоматическая методика диффузионной диализной очистки для получения незагрязненных водных дисперсий оксида графена (ГО). Процесс очистки интегрирован с аналитической обработкой сигналов для управления степенью очистки в режиме онлайн по нескольким каналам: окислительно-восстановительный потенциал, электропроводность и светопоглощение. Подход уменьшает количество реагентов для химической обработки во время диализа. Общее содержание переходных металлов (Mn и Ti) снижено до уровня субнанограммовых. Очищенные водные образцы ГО обладают хорошей стабильностью (около года) с электрокинетическим потенциалом −40 мВ и размером агрегатов ниже 1 мкм. Очищенные образцы ГО показали антиоксидантные свойства (повышение до пяти раз по сравнению с исходными образцами по данным хемилюминесцентной спектрометрии при помощи супероксид-радикала (O2−), генерируемого in situ из ксантина и ксантиноксидазы с помощью люцигенина) и значительно сниженную пероксидазную активность (оценено при помощи системы H2O2-L-012). 5.Созданы термолинзовые спектрометры, реализующие режим с обратной синхронизацией в двухлучевой оптической схеме, обеспечивающей различные условия измерения нагрева и охлаждения времяразрешенных термолинзовых измерений для повышения точности и чувствительности. Эти особенности реализованы как функции динамической (отклик переходного периода расфокусирования зондирующего луча) и стационарной (амплитудное колебание поля температуры/показателя преломления за счет стационарного эффекта тепловой линзы) составляющих. Спектрометры реализуют различные длины волн индуцирования термолинзового эффекта и размеры пучка; установки с широким индуцирующим пучком (размер в перетяжке 150 и 300 мкм) обеспечивают более длительное время достижения теплового равновесия и, таким образом, лучшую точность температурно-диффузионно-зависимых характеристических времен развития термолинзового эффекта. Фототермические измерения обеспечивают высокую чувствительность при относительно простом аппаратурном оформлении и обработке данных. Параметры наночастиц углеродных наноматериалов и кремнезема и цианметгемоглобина, миоглобина, альбумина и водных растворов их смесей оценивали как при помощи стационарных, так и времяразрешенных фототермических измерений. Варьируя параметры измерений в зависимости от исследуемой системы, показана удовлетворительная точность измерений теплопроводности и тепловой инерции. 6. За отчётный период выполнены исследования по развитию метода цифровой цветометрии. В частности, продолжена работа по восстановлению цветовых характеристик раствора хромофора по его оптическому спектру поглощения и прогнозированию аналитических возможностей цветометрической методики на основе данных спектрофотометрии. Изучен ряд способов регулирования светового потока, проходящего через раствор хромофора для расширения рабочего диапазона значений условной оптической плотности по выбранному цветовому каналу. Сопоставлены перспективы использования этих способов при проведении одно- и двухкомпонентного анализа. Предложен способ математической коррекции аналитического сигнала, искажённого светорассеянием. Начата работа по следующим направлениям: - создание прототипа измерительного бокса, позволяющего минимизировать влияние рассеянного излучения на результаты цветометрического определения хромофоров в растворах с помощью 96-луночного микропланшета; - формирование оптимального набора градуировочных растворов для минимизации погрешности результатов двухкомпонентного цветометрического анализа с использованием проекционных методов. 7. За отчётный период выполнены исследования, направленные на создание и тестирование DIY-спектрометров («Do It Yourself») на основе недорогих бытовых цифровых устройств получения растровых изображений. Основная область применения DIY-спектрометров – внелабораторный фотометрический и флуориметрический анализ, практические занятия по аналитической химии в средних и высших учебных заведениях. Выбран оптимальный способ управления экспозицией для достижения требуемой точности измерения пропускания фотометрируемого раствора с помощью карманного спектроскопа, фотокамеры смартфона или дешёвого USB-микроскопа. Начата работа по следующим направлениям: - виртуальное расширение диапазона линейности функции отклика ПЗС-матрицы в результате математической обработки растровых изображений, полученных в разных условиях; - разработка простой и надёжной системы профилирования DIY-спектрометра на основе карманного спектроскопа и USB-микроскопа; - написание компьютерной программы захвата и преобразования в спектр изображения, формируемого спектроскопом на ПЗС-матрице. 8. 3D фотонные кристаллы использованы для создания новой тестовой системы для детектирования неполярных органических растворителей. Методами растровой (сканирующей) электронной микроскопии и спектрометрии зеркального отражения изучена морфология и определены структурные параметры 3D-фотонных кристаллов, основанных на кристаллическом коллоидном массиве с чувствительной матрицей из полидиметилсилоксана. Предложен новый подход к применению этого датчика в химическом анализе для качественного online-обнаружения насыщенных паров летучих органических соединений за счет изменения конфигурации фотонной запрещенной зоны, зарегистрированного методом спектроскопии диффузного отражения. Исследовано воздействие ароматических (бензол, толуол и п-ксилол) и алифатических (н-пентан, н-гептан, н-октан и н-декан) углеводородов на сенсорную матрицу. Оценено восстановление спектральных параметров сенсорной матрицы на основе фотонных кристаллов при периодическом воздействии насыщенных паров толуола. Разработанные чувствительные элементы пригодны для непрерывного контроля неполярных летучих органических соединений в воздухе на уровне ПДК на лакокрасочном производстве. 9. Предложена комбинированная процедура определения благородных металлов, включающая пробирную пробу, кислотное вскрытие и обратимое динамическое сорбционное концентрирование с последующим вводом пробы в ИСП-МС. Концентрирование всех благородных металлов проводили с использованием микроколонок с сорбентом PVBC-VP и последующим элюированием смесью тиомочевины, тиоцианата калия и HCl, которая извлекает Pd, Ir, Pt и Au на 95% и Ru, Rh на 90%. Методика проверена с использованием сертифицированных образцов сравнения. 10. Для определения карбазепина и окскарбазепина в биоматериале человека был выбран метод ГХ с масс-спектрометрическим детектированием с предварительной подготовкой образца методом Quechers. Впервые в качестве внутреннего стандарта был использован амитриптилин. Исследованы продукты деградации карбамазепина и окскарбазепина в модельных растворах при щелочном и кислотном гидролизе и окислении. Идентифицировано 14 метаболитов и продуктов деградации. Установлено, что наибольшее их количество получается при окислении подкисленным до pH 1-2 3% раствором пероксида водорода. Предел обнаружения составляет 0.1 мкг/г и 0.1 мкг/мл для CBZ и OXC соответственно. Установлено соответствие разработанного способа требованиям Руководства по валидации Российского Центра судебно-медицинской Экспертизы. 11. Показана возможность моделирования процесса генерации углеводородов и формирования нового продукта (синтетической нефти) с помощью акватермолиза пород баженовской свиты с заданными параметрами. Продемонстрирована невозможность оценки воспроизводимости экспериментов по акватермическому воздействию на породы баженовской свиты, полученные из одного месторождения, методами математической статистики, доверительный интервал в некоторых случаях в несколько раз превышает среднее значение. По результатам хроматографического анализа проведено сравнение распределения алканов в синтетических нефтях, гексановом и хлороформном экстрактах. Найдено, что в образцах синтетической нефти и хлороформного экстракта максимум распределения приходится на эйкозан (С20) и сохраняется во всех образцах независимо от длительности акватермолиза. Выявлено 4 потенциальных маркера синтетической нефти с помощью метода частичных наименьших квадратов: для насыщенной фракции — флюоксиместерон, для ароматической фракции — каприновая кислота, лаурииновая кислота, α-фенил-бензолметанимин. 12. Отечественные материалы на основе вспененного графита и композита карбида кремния (SiC) с бутадиен-нитрильным каучуком (БНК) впервые предложены и изучены в качестве материалов для пассивной сорбции летучих углеводородов (УВ), соединений из лекарственных препаратов, пищевых объектов с последующей термодесорбцией и определением методом ГХ-МС. Хроматограммы сорбентов после отжига не содержат высокоинтенсивных пиков, т.е. материалы являются пригодными для качественного определения УВ. Изучена полнота десорбции УВ из модельной смеси с поверхностей трех сорбентов. Установлено число последовательных анализов, необходимых для количественного извлечения всех алканов: 3 для Tenax-TA и композита из SiC, 8 для монолита из вспененного графита. Найдены проценты десорбции для каждого УВ за 1 анализ: 64–69% для вспененного графита, 92–96% для SiC-композита и 87–100% для Tenax-TA. Изучена кинетика сорбции н-алканов на примере н-декана для исследуемых материалов. Наибольшую скорость сорбции имеет Tenax-TA (1–2 дня), монолит из карбида кремния не уступает полимеру (2 дня). Углеродный монолит обладает самой низкой скоростью насыщения – 3–4 дня. Установлен наилучший из перечисленных сорбентов в качестве альтернативы Tenax-TA для анализа почвенного воздуха методом площадной геохимической съемки. Композит из карбида кремния марки М4 и БНК подходит для замены дорогостоящего импортного полимера при решении задач нефтепоисковой геохимии. Работоспособность подхода проверена на реальных объектах. 13. Cинтезирован сорбент, состоящий из микрочастиц полистирола-дивинилбензола (ПС-ДВБ), модифицированных наночастицами золота (НЧЗ), стабилизированными липоевой кислотой, с привитым лизином. Были изучены его физико-химические и хроматографические свойства. На колонке с синтезированной неподвижной фазой было проведено экспрессное разделение энантиомеров ряда профенов. Была разработана методика синтеза НЧЗ, стабилизированных макроциклическим антибиотиком эремомицином, в боратном буферном растворе. Подобраны оптимальные условия синтеза. Полученные НЧЗ были исследованы методом просвечивающей электронной микроскопии (ПЭМ). Синтезированные сорбенты охарактеризованы методами ИК-спектроскопии, атомно-эмиссионной спектроскопии, элементного анализа, сканирующей электронной микроскопии, спектроскопии диффузного отражения, низкотемпературной адсорбции азота. Установлены зависимости характеристик сорбентов от условий синтеза. Новые наногибридные материалы были использованы для создания хроматографических колонок. Проведён анализ ряда тестовых соединений, установлены хроматографические характеристики неподвижной фазы. 14. Получены неподвижные фазы на основе силикагеля, модифицированного поливинилпиридином и различным по структуре полиэтиленимином, с использованием 1,4-бутандиолдиглицидилового эфира в качестве спейсера. Изучение и сравнение хроматографических свойств сорбентов, модифицированных полиаминами и полиэтиленгликолем, проведено с использованием теста Танака для гидрофильных неподвижных фаз и на примере разделения модельных смесей сахаров, аминокислот и водорастворимых витаминов. Показано, что природа и структура полимера в функциональном слое влияет и на селективность, и на эффективность по полярным соединениям в режиме гидрофильной хроматографии. Полученные фазы селективны и эффективн, они конкурируют с представленными на международном рынке и в зарубежной научной литературе. 15. Ряд новых неподвижных фаз для жидкостной хроматографии гидрофильных взаимодействий (HILIC), содержащих как амидные, так и гидроксильные группы в функциональном лиганде, был получен многокомпонентной реакцией Уги на поверхности аминированного силикагеля. Лиганды были либо присоединены непосредственно к поверхности субстрата, либо разделены диглицидиловым эфиром 1,4-бутандиола (1,4-БДДГЭ) в качестве спейсера. Хроматографические параметры полученных стационарных фаз оценивали с помощью теста Танака и модельных смесей сахаров, аминокислот и водорастворимых витаминов. Сорбент, полученный прямой модификацией матрицы по реакции Уги, показал повышение гидрофильности по тесту Танака и высокую селективность по отношению ко всем аналитам с эффективностью до 40000 тт/м. Было обеспечено разделение 9 сахаров за 12 минут, 7 аминокислот менее чем за 18 минут и 7 витаминов менее чем за 10 минут на колонке длиной всего 10 см. Был продемонстрирован и обсужден эффект введения 1,4-БДДГЭ в качестве спейсера между поверхностью матрицы и лигандом, образующимся в результате реакции Уги. 16. Проведено сравнение 4 аминофаз, представляющих собой партии 3 аминопропилсиликагеля с различным количеством привитых функциональных групп. Для оценки хроматографических свойств сорбентов использовали тест Танака для гидрофильных неподвижных фаз, а также изучали удерживание полярных веществ различных классов в гидрофильном режиме. Показано, что даже небольшие изменения в содержании азота между различными партиями 3-аминопропилсиликагеля оказывают существенное влияние на удерживание полярных аналитов. Продемонстрировано, что гидрофильность матрицы оказывает наибольшее воздействие на ее хроматографическое поведение, и ее оценка с помощью теста Танака является основой для выбора партии для разделения соединений конкретных классов полярных веществ или для дальнейшего модифицирования с целью получения новых фаз. 17. Получены новые сорбенты на основе силикагеля и полистирол-дивинилбензола (ПС-ДВБ) для гидрофильной хроматографии (ГИХ) с эремомицином в функциональных слоях. Хроматографические свойства новых сорбентов оценивали с использованием теста Танака для гидрофильных неподвижных фаз и путем изучения удерживания веществ различных классов в режимах ГИХ, хиральной и обращенно-фазовой хроматографии. Показано, что применение эремомицина для создания функциональных слоев приводит к увеличению гидрофильности сорбентов на разных типах матриц и позволяет экранировать их заряд. Возможно разделение 11 азотистых оснований, нуклеозидов с эффективностью до 25000 тт/м, 7 витаминов с эффективностью до 40000 тт/м на модифицированном сорбенте на основе аминопропилсиликагеля, а также реализация трех разных режимов ВЭЖХ на сорбенте с эремомицином на основе ПС-ДВБ. 18. Разработаны сорбенты на основе различных матриц – силикагеля и сополимеров стирола и дивинилбензола (ПС-ДВБ) – для определения аминокислот методом гидрофильной хроматомасс-спектрометрии. Выбран оптимальный вариант структуры функционального слоя в двух сериях полученных неподвижных фаз, обеспечивающий лучшую гидрофилизацию для каждой матрицы. Изучены механизмы удерживания, выбраны условия масс-спектрометрического детектирования, разделения и определения 16 аминокислот. Проведена оценка применимости полученных сорбентов и способа определения аминокислот к анализу почвенных экстрактов. 19. Образцы растений являются потенциальными источниками физиологически активных вторичных метаболитов и их классификация является чрезвычайно важной задачей традиционной медицины и других областей исследований. При производстве растительных лекарственных средств могут использоваться различные части растений одного или родственных видов. Использование высокоинформативных и относительно легкодоступных инструментов, таких как жидкостная хроматография и масс-спектрометрия низкого разрешения, помогает решить эти задачи с помощью дактилоскопического анализа. В проведенном исследовании для выявления специфических особенностей частей растений для 20 видов из одного семейства (Apiaceae) были предложены два подхода – на основе развертки тензора данных и получения квадратных картированных изображений ВЭЖХ-МС данных. В обоих случаях применялась минимальная предварительная обработка сырых данных, включающая масштабирование осей времени и m/z, а также отсечение некоторых неинформативных областей. Восемь маркерных соединений, принадлежащих к хлорофиллам, липидам и кумариновым апиоглюкозидам, были предварительно идентифицированы как характерные маркеры групп образцов: корни, стебли, листья и плоды. Впервые было реализовано несколько разных способов аугментации ВЭЖХ-МС данных. Предлагаемые подходы просты, информативны, экономичны и могут быть применены к широкому кругу метаболомных задач. 20. Ограниченная доступность индивидуальных стандартов является узким местом в системе контроля качества функциональных пищевых продуктов и натуральных лекарственных средств. Возможной альтернативой в этом случае является использование стандартных смесей или вторичных стандартов. В проведенном исследовании ранее примененная для ВЭЖХ-УФ-анализа стратегия стандартизированного эталонного экстракта была адаптирована и впервые применена для ВЭЖХ-МС определения гинсенозидов женьшеня. Разработанный способ с применением эталонного экстракта сравнивали с методом внешнего стандарта, и полученная разница была в диапазоне 5-10%. Матричные эффекты для разведенных образцов этанольных настоек женьшеня и эталонного экстракта Panax quinquefolius L, определенные методом добавок, находились в диапазоне 85-115% и 80-126% соответственно и также положительно коррелировали с концентрацией гинсенозида. Одиннадцать партий настоек женьшеня от разных производителей были проанализированы с использованием предложенного способа. Результаты этого исследования демонстрируют, что применение такой стратегии в ВЭЖХ-МС может минимизировать ошибку, связанную с эффектом матрицы, в дополнение к экономически эффективному контролю качества растительных продуктов, продуктов питания и традиционных лекарств. 21. Отравляющие вещества нервно-паралитического действия являются фосфорорганическими соединениями наивысшей токсичности и опасности. Производство, транспортировка и использование этих веществ запрещены Организацией по запрещению химического оружия. Любой факт предполагаемого применения нервно-паралитических отравляющих веществ является преступлением против человечества и должен быть детально расследован мировым сообществом. Для этого хорошо изучены такие объекты анализа, как биологические жидкости (моча, кровь) и объекты внешней среды (вода, почва). Настоящее исследование демонстрирует возможность использования растений в качестве удобного материала для ретроспективного анализа. В качестве метаболитов нервно-паралитических агентов были выбраны метилфосфоновая кислота и некоторые ее алкиловые эфиры (этиловый, изопропиловый, изобутиловый, циклогексиловый, пинаколиловый). В качестве носителя маркеров использовали Hedera Helix, произрастающую в почве. Выбранные маркеры однократно вводили в почву и отслеживали их содержание в растении и почве в течение 4 недель. Был применен быстрый и простой способ гомогенизации образца жидким азотом с последующей ультразвуковой жидкостной экстракцией. Был валидирован разработанный подход ВЭЖХ-МС/МС с использованием дейтерированных внутренних стандартов для количественного анализа. В ходе исследований было установлено, что все исследованные маркеры нервно-паралитических агентов могут быть обнаружены и определены как в почве, так и в растении в течение как минимум одного месяца. Полученные результаты свидетельствуют о перспективности использования растений в качестве дополнительных объектов анализа при расследовании инцидентов с применением боевых отравляющих веществ. 22. Проведены исследования по идентификации и определению содержания летучих органических соединений в образцах мясной (говядина, курица, индейка) и рыбной (форель, семга) продукции, купленных на местном рынке, а также в клубнях картофеля сорта Агата и Лина, предоставленных СФНЦА РАН, после воздействия пучком электронов в различных дозах. Летучие органические соединения являются индикаторами химических изменений в продукции, так как в результате воздействия излучения образовавшиеся радикалы вступают в реакции с биополимерами, такими как жирные кислоты, белки, пептиды, углеводы, нуклеотиды, в результате чего происходит радиационно-химический выход продуктов превращения биомакромолекул, в том числе летучих органических соединений. Проводилась пробоподготовка образцов мясной и рыбной продукции для проведения облучения и последующего химического анализа. Перед облучением проводилось планирование обработки образцов продуктов на ускорителе электронов, разрабатывалась оптимальная схема облучения различных образцов продуктов с использованием как компьютерного моделирования, так и стандартных методов дозиметрии. Образцы продукции облучались на ускорителе электронов УЭЛР-1-25Т-001. В ходе облучения фиксировали ток пучка, время облучения, суммарный заряд, поглощенный образцами продукции, для точного определения поглощенной образцами дозы и мощности дозы. Диапазон доз облучения варьировали от 100 Гр до 10000 Гр. Далее методом ГХ-МС в сочетании с парофазным анализом проводили исследование полученных образцов и определяли зависимости концентраций летучих органических соединений в течение периода хранения охлажденной продукции. Для оценки уровня содержания летучих органических соединений в образцах продукции после воздействия излучения были проведены модельные эксперименты по облучению растворов стандартных образцов альдегидов, спиртов и кетонов, надежно идентифицируемых в продуктах после воздействия излучения. На основе модельных экспериментов исследованы закономерности превращений одних летучих соединений в другие (спиртов в альдегиды), а также распад и накопление соединений под действием излучения. По результатам исследований модельных экспериментов и анализа закономерностей поведения органических соединений в образцах продуктов мясного и рыбного происхождения разрабатывалась математическая модель зависимости концентраций летучих соединений от дозы облучения образцов. Данная модель применялась в случае определения летучих органических соединений в говядине, курице, индейке, а также в форели и семге, в клубнях картофеля после обработки ускоренными электронами в различных дозах. Кроме того, проводилось определение альдегидов, спиртов, кетонов и других соединений, концентрация которых в образцах мясной и рыбной продукции возрастала с увеличением дозы облучения, сразу после обработки, так и в последующие дни хранения. Также осуществлялась идентификация летучих соединений, которых не было обнаружено в контрольных необработанных продуктах, но при этом они присутствовали в облученных образцах продукции сразу после облучения, так и спустя несколько дней хранения продукта. На основе найденных значений по содержанию летучих органических соединений разработаны критерии установления верхнего предела технологического режима обработки для категорий мясной и рыбной охлажденной продукции, при котором не происходит значительных химических изменений в продуктах, не появляются новые соединения, а концентрация наблюдаемых в контрольных образцах продукта не возрастает более чем на 20-30%. На основании полученных данных выявлены потенциальные биохимические маркеры, образующиеся как в случае превышения технологического режима радиационной обработки, так и факта его проведения. 23. Показана возможность определения концентрации водорастворимых углеводов (глюкозы и фруктозы) методом оптической микрометрии с помощью гранул поливинилового спирта (ПВС), импрегнированного тетраборатом натрия. Изучено влияние кислотности на величину аналитического сигнала. Образование хелатных эфиров бора с ПВС и углеводами является процессом, зависящим от рН; диапазон рН 8.5-10.0 наиболее подходящий для определения общего количества восстанавливающих углеводов в присутствии сахарозы. Импрегнированный полимер не чувствителен к присутствию сахарозы в растворе из-за отсутствия в нем цис-диольных фрагментов. Для достижения равновесного объема сенсорной полимерной гранулы требуется около 30 мин, изменение объема является обратимым. Градуировочные графики для определения концентрации глюкозы линейны в диапазоне от 0 до 40 мМ. Импрегнирование гранулы ПВС 0.05 М раствором тетрабората натрия приводит к снижению предела обнаружения до 6.9 ммоль/дм3 и повышению селективности, которую можно варьировать путем изменения pH раствора. Проанализированы образцы различных сортов натурального меда (липового, гречишного, падевого, смешанного); результаты определения углеводов согласуются с данными, полученными методом иодометрического титрования. Относительное стандартное отклонение составило менее 0.06. Предложенный подход применим в пищевых лабораториях для контроля качества меда и подтверждения его натурального происхождения.
3 1 января 2023 г.-31 декабря 2023 г. Развитие высокоинформативных и высокотехнологичных методов химического анализа для защиты экосистем, создания новых материалов и передовых производственных технологий, перехода к экологически чистой и ресурсосберегающей энергетике, развития природоподобных технологий, высокотехнологичного здравоохранения и рационального природопользования
Результаты этапа: В результате проведенных работы были поставлены и решены следующие задачи: 1. Проведена работа, посвященная поиску и выбору условий пробоподготовки при определении карбамазепина и окскарбазепина и идентификации продуктов их метаболизма и деградации в печени (post mortem) человека и в вещественных доказательствах методом хромато-масс-спектрометрии. Разработан подход к пробоподготовке карбамазепина и окскарбазепина методом QUECHERS. Установлено соответствие разработанного способа требованиям Руководства по валидации Российского Центра судебно-медицинской экспертизы. 2. Разработан отечественный композит на основе карбида кремния и бутадиен-нитрильного каучука, который применен для идентификации летучих веществ банана, ароматизатора “Банан” и сливочных жевательных конфет методом пассивной сорбции в сочетании с ГХ-МС с термодесорбцией. 3. Осуществлено определение этоксидола в плазме крови методом высокоэффективной микроэмульсионной хроматографии с флуориметрическим детектированием. Показано, что использование микроэмульсии в качестве элюента приводит к стабилизации препарата в растворах и значительному увеличению извлечения этоксидола из реальных образцов. 4. Синтезированы сорбенты на основе полистирол-дивинилбензола, модифицированного наночастицами золота, стабилизированными эремомицином. Синтезированная наногибридная неподвижная фаза проявила энантиоселективность к профенам, β-блокаторам и производным аминокислот. 5. Проведен критический обзор имеющейся информации о классификации, составе, структуре цеолитов и их влиянии на адсорбционные свойства, а также систематизированы данные по применению цеолитов в ВЭЖХ. 6. Разработан метод высокоэффективной жидкостной хроматографии (ВЭЖХ) для прямого определения примесей воды в различных органических растворителях. Разработанный метод применен для прямого анализа различных полярных органических растворителей, включая ацетонитрил, нитрометан, 1,4-диоксан, 2-этоксиэтанол, метанол, диметилсульфоксид (ДМСО), этанол и 2-пропанол. 7. Проведен критический обзор имеющейся информации о метаболомном подходе к диагностике хронической болезни почек (ХБП) Представлены подходы, особенности приборов и модификации пробоподготовки, которые улучшили аналитические параметры методов диагностирования ХБП. 8. Проведено сравнение нескольких неподвижных фаз HILIC на основе силикагеля с различными типами покрытий, включая полярные полимеры, макромолекулы антибиотиков, цвиттер-ионные и амидные группы. 9. Разработаны способы одновременного обнаружения и определения маркеров применения отравляющих веществ нервно-паралитического действия в биообразцах, включая образцы животного и растительного происхождения, методом ВЭЖХ-МС/МС, а также ГХ-МС/МС с предварительной дериватизацией. Продемонстрирована возможность применения п-метоксифенацил бромида в качестве дериватизирующего реагента по отношению к широкому кругу алкилфосфонатов (ЭМФК, иПМФК, иБМФК, ПинМФК) для одновременного масс-спектрометрического определения продуктов дериватизации с помощью обращенно-фазовой ВЭЖХ и ГХ. Разработан способ одновременного определения МФК и АМФК в моче, растениях и почве методом ВЭЖХ-МС/МС с применением хроматографической колонки SIELC SB смешанного типа удерживания. Разработаны и валидированы методики ВЭЖХ-МС/МС определения АФК и АМФК в биообразцах. 10. Метод оптической микрометрии (МОМ) применен для определения общего содержания глюкозы и фруктозы в образцах натурального меда. В качестве чувствительного элемента были выбраны сферические гранулы сшитого поливинилового спирта, импрегнированные 0.05 М раствором тетрабората натрия. Возможности подхода показаны на примере анализа образцов натурального меда (липового, гречишного, падевого и др.). 11. Для наиболее распространенных комбинаций «инструментальная реализация метода – прикладная задача», включая времяразрешенные и стационарные термолинзовые измерения тонкодисперсных растворов, растворителей с различными термооптическими свойствами и супрамолекулярных химических систем, рассчитан бюджет неопределенности и результаты сравнены со статистической обработкой в концепции правильность/прецизионность. Установлено, что для основных задач (аналитические измерения концентрации или светопоглощения) наблюдается увеличение числа факторов в бюджете неопределенности, при этом увеличивается количество факторов типа А (статистических) и высокий общий класс точности. Напротив, при комплексной характеристике дисперсных систем (размеры и теплофизические параметры) факторы типа Б (априори заданные/известные параметры) начинают играть более важную роль. 12. Установлены пределы применимости метода термолинзовой спектрометрии при анализе гетерогенных систем, а также предложен математический аппарат для обнаружения систематической погрешности нахождения температуропроводности, не превышающей 1%. Установлено, что с увеличением концентрации нанофазы теплопроводность дисперсий оксида графена проходит через минимум, что может быть использовано при решении задач теплоизоляции. Установлено, что длительное лазерное облучение дисперсии приводит к изменению температуропроводности, что свидетельствует о фотохимическом восстановлении оксида графена. 13. На основе одновременного применения стационарных и времяразрешенных фототермических измерений для установления тепловых и оптических параметров водных дисперсных систем (наночастиц углерода и кремнезема, йодидов металлов, поверхностно-активных веществ, гемовых белков, альбуминов и их комплексов). Оценены параметры теплопередачи (температуропроводность и тепловая инерция), температурный градиент показателя преломления, параметры светопоглощения и концентрации. 14. Показаны возможности определения частиц микропластика и нанопластика и оценки их размера методом термолинзовой спектрометрии, на основе разработанного подхода к описанию фототермических эффектов в дисперсных системах и неравномерно поглощающих объектах. Этот подход применен для оценки характеристик водных дисперсий наночастиц, при этом за счет различия в характеристических временах процессов можно различать фото- и термоиндуцированные процессы. Продемонстрированы возможности динамической (корреляционной) термолинзовой спектрометрии и двумерных корреляционных термолинзовых измерений. 15. Предложены методы селективного определения немодифицированных фуллеренов С60 и С70 в их смесях в бензоле, толуоле и н-гексане. Пределы обнаружения С60 в н-гексане и С70 в бензоле при выбранных условиях составляют 7 и 2 нмоль/л соответственно. Подход апробирован на реальных смесях фуллеренов С60 и С70. 16. Проведена работа по созданию способа восстановления рельефа поверхности образца, по приведённым характеристическим сигналам составляющих его химических элементов и первичного рентгеновского излучения, рассеянного тонкой репликой поверхности, искусственно сформированной из матрицы с малым средним атомным номером, полученных с помощью микрорентгенофлуоресцентного спектрометра в режиме картирования. 17. Осуществлена работа по моделированию методом Монте-Карло рентгеновских спектров образцов, измеренных на спектрометрах с дисперсией по длинам волн. 18. Предложен подход к определению состава новых биосовместимых материалов на основе церий-содержащих фосфатов кальция методом РФА ПВО. Определены диапазоны содержаний аналитов в растворах для правильного определения Ca, P, Ce методом внешнего стандарта. Показано, что при содержании кальция в пробе до 50 мг/л возможно правильное определение Ca, P и Ce методом РФА ПВО в растворах и суспензиях с Sr 0,05 и 0,09 соответственно. 19. Разработан подход к определению макро- и микрокомпонентов художественных красок «титановые белила», а также микропроб красочного слоя, отобранных с картин методом рентгеновской флуоресценции с полным внешним отражением (РФА ПВО). Установлены различия в химическом составе красок, производимых в разные периоды XX века. 20. Проведена разработка надёжного и эффективного способа управления световым потоком, проходящим через лунки микропланшета с растворами определяемого поглощающего вещества и контрольного опыта, для формирования / измерения аналитического сигнала с высокой точностью в широком диапазоне значений. 21. Разработаны методики определения нитрат-ионов и ионов аммония в почве с помощью офисного планшетного фотосканера или смартфона, сопоставимые по метрологическим характеристикам с существующими спектрофотометрическими методиками (ГОСТ 26488-85 и 26489-85).
4 1 января 2024 г.-31 декабря 2024 г. Развитие высокоинформативных и высокотехнологичных методов химического анализа для защиты экосистем, создания новых материалов и передовых производственных технологий, перехода к экологически чистой и ресурсосберегающей энергетике, развития природоподобных технологий, высокотехнологичного здравоохранения и рационального природопользования
Результаты этапа:
5 1 января 2025 г.-31 декабря 2025 г. Развитие высокоинформативных и высокотехнологичных методов химического анализа для защиты экосистем, создания новых материалов и передовых производственных технологий, перехода к экологически чистой и ресурсосберегающей энергетике, развития природоподобных технологий, высокотехнологичного здравоохранения и рационального природопользования
Результаты этапа:
6 1 января 2026 г.-31 декабря 2026 г. Развитие высокоинформативных и высокотехнологичных методов химического анализа для защиты экосистем, создания новых материалов и передовых производственных технологий, перехода к экологически чистой и ресурсосберегающей энергетике, развития природоподобных технологий, высокотехнологичного здравоохранения и рационального природопользования
Результаты этапа:
7 1 января 2027 г.-31 декабря 2027 г. Развитие высокоинформативных и высокотехнологичных методов химического анализа для защиты экосистем, создания новых материалов и передовых производственных технологий, перехода к экологически чистой и ресурсосберегающей энергетике, развития природоподобных технологий, высокотехнологичного здравоохранения и рационального природопользования
Результаты этапа:

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".