Способ определения пиридина в воздухе



Способ определения пиридина в воздухе
Способ определения пиридина в воздухе
Способ определения пиридина в воздухе
Способ определения пиридина в воздухе
Способ определения пиридина в воздухе
Способ определения пиридина в воздухе
Способ определения пиридина в воздухе
Способ определения пиридина в воздухе

 


Владельцы патента RU 2499249:

Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Центр фотохимии Российской академии наук (ЦФ РАН) (RU)

Изобретение относится к аналитической химии органических соединений, а именно к способу определения в воздухе пиридина на фоне алифатических аминов. Способ заключается в том, что ДБМВF2 или его производное адсорбируют на полимерной матрице, содержащей полярные группы (например, ОН-группы). Появление в воздухе паров пиридина определяют по разгоранию флуоресценции в области 400-500 нм при воздействии пиридина в случае использования матрицы с малым содержанием флуорофора (таким, что он находится в основном в форме мономера) или по возрастанию интенсивности флуоресценции в диапазоне 400-500 нм с одновременным уменьшением интенсивности в диапазоне длин волн 500-600 нм (если в матрице наряду с мономерной формой флуорофора находится значительная доля димерной формы). Технический результат: предложенный способ обеспечивает определение наличия в воздухе паров пиридина в течение 10-60 с. 2 з.п. ф-лы, 3 пр., 7 ил.

 

Область техники

Настоящее изобретение относится к аналитической химии органических соединений и может быть применено для определения содержания пиридина в воздухе и выдохе человека.

Уровень техники

Так как пиридин является токсичным соединением, то проблема его детектирования является актуальной и требует новых разработок. Кроме того, известно, что при определенных заболеваниях в выдохе человека увеличивается концентрация пиридина, и детектирование его следов может быть использовано при диагностике этих заболеваний.

Из существующего уровня техники известны следующие способы определения пиридина в воздухе: по собственной флуоресценции, по изменению поверхностных свойств пластинки при сорбции пиридина, колориметрические методы (CN 101788481 (А) опубл. 07.28.2010, WO 2007114192 (А1) опубл. 11.10.2007, CN 2634469 (Y) опубл. 18.08.2004, US 2006263257 (А1) опубл. 23.11.2006, JP 4216450 (А) опубл. 08.06.1992, US 4513087 (А) опубл 23.04.1985).

Наиболее близким к заявленному техническому решению является способ детектирования пиридина колориметрическим методом (US 2006263257 (А1) опубл. 23.11.2006), который заключается в том, что при воздействии пиридина на силикатную матрицу, на которую адсорбирован краситель Бромкрезоловый синий, матрица меняет свой цвет. Данное изменение можно детектировать и по его величине определять концентрацию пиридина в воздухе. Недостатком данного технического решения является низкая селективность по отношению к другим аминам, что не позволяет регистрировать пиридин на их фоне.

Задачей, на решение которой направлено заявляемое изобретение, является селективное детектирование пиридина на фоне алифатических аминов и аммиака.

Данная задача решается за счет того, что в способе определения пиридина в воздухе, заключающемся в том, что сенсорный слой, содержащий иммобилизованный флуорофор дибензоилметанат дифторида бора (ДБМВF2) или его метил- или метокси-производные, освещают светом с максимумом интенсивности в области длин волн 360-380 нм и регистрируют интенсивность флуоресценции сенсорного слоя, по увеличению которой определяют появление паров пиридина.

В зависимости от концентрации ДБМВF2 он может существовать в двух различных формах - мономерной и димерной, причем эти две формы имеют разные спектры флуоресценции.

При использовании слоя с иммобилизованным флуорофором при концентрации, обеспечивающей его существование в мономерной форме, появление паров пиридина определяют по увеличению интенсивности флуоресценции в диапазоне длин волн 400-500 нм.

При использовании слоя с иммобилизованным флуорофором при концентрации, обеспечивающей наряду с мономерами образование димеров, появление паров пиридина определяют по увеличению интенсивности флуоресценции в диапазоне длин волн 400-500 нм и одновременному уменьшению интенсивности флуоресценции в диапазоне длин волн 500-600 нм.

Воздействие алифатических аминов приводит к уменьшению флуоресценции.

Способ осуществляется с помощью дешевых и обратимых флуоресцентных сенсорных материалов на основе флуорофора ДБМВF2 и его производных с использованием малогабаритной оптоволоконной техники для анализа флуоресцентного выходного аналитического сигнала.

Химическая формула дибензоилметаната дифторида бора приведена ниже.

Авторами было установлено, что пиридин образует флуоресцирующие эксиплексы с ДБМВF2, что, в свою очередь, приводит к изменению формы спектра и интенсивности флуоресценции. Также было установлено, что алифатические амины эксиплексов не образуют, а вызывают простое тушение флуоресценции ДБМВF2. Это позволяет детектировать пиридин на фоне алифатических аминов.

Одной из важных особенностей реакции образования эксиплексов ДБМВF2/пиридин является ее обратимость. При уменьшении концентрации паров аналитов в окружающем воздухе межмолекулярные комплексы на поверхности распадаются, и система флуорофор/матрица возвращается в исходное состояние. Таким образом, один образец можно использовать многократно для измерений различных аналитов и их концентраций.

Размеры образца, необходимого для измерений, определяются только удобством манипулирования с ним, так как полезная область образца, с которой производится считывание флуоресцентного сигнала, составляет площадь не более 1 мм2.

Эксперименты показали, что в качестве полимерных матриц, пригодных для адсорбции ДБМВF2 в мономерной или димерной форме могут быть использованы матрицы, имеющие в своем составе полярные группы, например ОН-группы. В частности, могут быть использованы пластины для тонкослойной хроматографии (ТСХ-пластины) на основе силикагелей. Поскольку химический синтез ДБМВF2 является сравнительно простым и дешевым, то очевидно, что сенсорные материалы на основе флуорофоров типа ДБМВF2 и силикагельных матриц могут иметь настолько низкую цену, что в случае необходимости могут быть использованы для одноразовых измерений.

Небольшое (в пределах минуты) время отклика (время регистрации выходного сигнала) является одним из наиболее важных требований к сенсорам на пиридин. Использование флуоресценции в качестве аналитического сигнала позволяет сравнительно легко получить эти значения. Показано, что тушение флуоресценции мономеров и разгорание флуоресценции эксиплексов в изученных образцах происходит в течение нескольких десятков секунд.

Большим преимуществом предлагаемого способа определения пиридина является возможность измерения аналитического сигнала с помощью малогабаритной оптоволоконной техники. Использование флуоресцентных зондов и оптоволокон делает возможным дистанционные измерения и измерения в труднодоступных местах.

Техническим результатом, обеспечиваемым приведенной совокупностью признаков, являются малое время отклика сенсорного материала, простота измерений, возможность селективного детектирования пиридина на фоне алифатических аминов, возможность многократного использования материала.

Сущность изобретения поясняется рисунками, на которых изображено:

На фиг.1 - спектральные изменения для образца с флуорофором в мономерной форме в присутствии насыщенных паров бензола.

На фиг.2 - кинетика изменения интенсивности флуоресценции образца с флуорофором в мономерной форме на трех длинах волн (420, 440 и 500 нм) при экспонировании образца в парах бензола. Стрелками обозначены моменты впуска (1) и выпуска (2) паров.

На фиг.3 - спектральные изменения для образца с флуорофором в мономерной форме в присутствии насыщенных паров пиридина.

На фиг.4 - кинетика изменения интенсивности флуоресценции образца с флуорофором в мономерной форме на трех длинах волн (420, 440 и 500 нм) при экспонировании образца в парах пиридина. Стрелками обозначены моменты впуска (1) и выпуска (2) паров.

На фиг.5 - изменение свечения образца №2 под действием насыщенных паров пиридина.

На фиг.6 - спектральные изменения для образца №1 в присутствии в воздухе насыщенных паров триметиламина.

На фиг.7 - кинетика изменения интенсивности флуоресценции образца №1 на трех длинах волн (420, 440 и 500 нм) при экспонировании образца в парах триметиламина. Стрелками обозначены моменты впуска (1) и выпуска (2) паров.

Предложенный способ детектирования пиридина осуществляется следующим образом. ДБМВF2 или его метил- или метокси- производное адсорбируют или ковалентно прививают на матрице, содержащей полярные группы (например, ОН-группы). В зависимости от концентрации красителя на поверхности матрицы, он может существовать в двух различных формах - мономерной и димерной, причем эти две формы имеют разные спектры флуоресценции.

Сенсорный слой, в котором преобладает флуорофор в мономерной форме, имеет узкий спектр флуоресценции в районе 400-500 нм с двумя максимумами в районе 420-450 нм (см. фиг.3). При воздействии паров пиридина на такой слой происходит увеличение интенсивности флуоресценции на всех длинах волн (см. фиг.3 и фиг.4).

В том случае, когда флуорофор в матрице наряду с мономерной формой присутствует значительная доля димерной формы, спектр флуоресценции расположен в области 400-600 нм, имеет максимум на длине 443 нм и два плеча в районе 430 нм и 450-550 нм. При воздействии пиридина на такой сенсорный слой происходит изменение формы спектра флуоресценции, сопровождающееся увеличением интенсивности в диапазоне длин волн 400-500 нм и уменьшением интенсивности в диапазоне 500-600 нм (см. фиг.5). В случае присутствия димерной формы, изменения флуоресценции в области 440 нм имеют более выраженный характер.

При воздействии алифатических аминов, в частности триметиламина, происходит тушение флуоресценции (см. фиг.6 и фиг.7). Ранее авторами было показано (В.А. Сажников, В.М. Аристархов, А.Г. Мирочник, Е.В. Федоренко, М.В. Алфимов. Тушение флуоресценции дибензоилметаната дифторида бора, адсорбированного на силикагеле, парами полярных растворителей. Доклады АН, 2011, том 437, №2, с.201-204 [1]; В.А. Сажников, В.М. Аристархов, А.А. Сафонов, А.А. Багатурьянц, А.Г. Мирочник, Е.В. Федоренко. М.В. Алфимов. Спектры флуоресценции и структура мономеров и димеров дибензоилметаната дифторида бора, адсорбированного на силикагеле. Химия высоких энергий, 2011, том 45, №4, с.347-351 [2]), что при взаимодействии мономеров ДБМВF2 и его производных с парами бензола образуется флуоресцирующий эксиплекс, в результате чего происходят изменения флуоресценции (см. фиг.1 и фиг.2). Изменения флуоресценции в случае воздействия бензола и пиридина на мономеры ДБМВF2 в обоих случаях сходны, что свидетельствует о том, что в случае пиридина также образуется эксиплекс.

При взаимодействии паров пиридина с сенсорным слоем, в котором преобладает димерная форма ДБМВF2, по-видимому, происходит частичное разрушение димеров с параллельным образованием эксиплексов, что приводит к уменьшению интенсивности флуоресценции в диапазоне 500-600 нм и ее разгоранию в диапазоне 400-500 нм.

При воздействии алифатических аминов эксиплексы не образуются, а происходит тушение флуоресценции, вызванное, по-видимому, фотохимической реакцией ДБМВF2 с аминами.

Возбуждение флуоресценции и регистрация выходного флуоресцентного сигнала осуществляется с помощью флуоресцентного зонда, присоединенного к малогабаритным источнику света (светодиоду) и оптоволоконному спектрофлуориметру.

Рассмотрим конкретные примеры реализации данного изобретения. Использовалось два образца из микрочастиц силикагеля марки Merck (Silica gel 60 (0.040-0.063 mm) for column chromatography), к поверхности которых был ковалентно привит ДБМВF2, с разной плотностью прививки (образец №1 с ДБМВF2 в основном в форме мономера и образец №2, содержащий наряду с мономером ДБМВF2 значительную долю его димерной формы). Прививку ДБМВF3 к поверхности силикагеля производили согласно ранее разработанному нами способу (В.А. Сажников, A.M. Музафаров, В.Н. Копысов, В.М. Аристархов, Ю.Н. Кононевич, И.Б. Мешков, Н.В. Воронина, М.В. Алфимов. Кремнеземные нано-частицы с ковалентно привитым флуорофором как супрамолекулярные хеморецепторы с селективным откликом на аналиты. Российские нанотехнологии, 2012, том 7, №1-2, с.24-30 [3]).

Спектры флуоресценции образцов регистрировали с помощью введенного в бокс оптоволоконного флуоресцентного зонда R400-7 UV/VIS, присоединенного к оптоволоконному спектрофлуориметру D-2000 Ocean Optics. В качестве источника света использовали светодиод (λмакс=375 нм).

Пример 1. На фиг.3 представлена зависимость спектра флуоресценции образца №1. Видно, что в присутствии паров пиридина происходит увеличение интенсивности флуоресценции. На фиг.4 представлены зависимости интенсивности флуоресценции на трех длинах волн - 420, 440 и 500 нм. Стрелками обозначены моменты впуска и выпуска паров пиридина. Из рисунка видно, что появление паров вызывает рост интенсивности флуоресценции на всех трех длинах волн.

Пример 2. На фиг.5 представлена зависимость спектра флуоресценции образца №2. Видно, то в присутствии паров пиридина происходит одновременное увеличение интенсивности флуоресценции в диапазоне 400-500 нм и уменьшение в диапазоне 500-600 нм.

Пример 3. На фиг.6 представлена зависимость спектра флуоресценции образца №1 под влиянием триметиламина. Видно, что в присутствии триметиламина происходит тушение флуоресценции. На фиг.7 представлены зависимости интенсивности флуоресценции на трех длинах волн - 420, 440 и 500 нм, стрелками обозначены моменты впуска и выпуска амина. Видно, что влияние амина вызывает уменьшение интенсивности на всех длинах волн.

1. Способ определения пиридина в воздухе, заключающийся в том, что сенсорный слой, содержащий иммобилизованный флуорофор дибензоилметанат дифторида бора (ДБМВF2) или его метил- или метоксипроизводные, освещают светом с максимумом интенсивности в области длин волн 360-380 нм и регистрируют интенсивность флуоресценции сенсорного слоя, по увеличению которой определяют появление паров пиридина.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что используют слой с иммобилизованным флуорофором при концентрации, обеспечивающей его существование в мономерной форме, и появление паров пиридина определяют по увеличению интенсивности флуоресценции в диапазоне длин волн 400-500 нм.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что используют слой с иммобилизованным флуорофором при концентрации, обеспечивающей образование значительной доли димеров, и появление паров пиридина определяют по увеличению интенсивности флуоресценции в диапазоне длин волн 400-500 нм и одновременному уменьшению интенсивности флуоресценции в диапазоне длин волн 500-600 нм.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области биотехнологии и касается химерного белка, нуклеиновой кислоты, кодирующей такой белок, кассеты экспрессии и эукариотической клетки-хозяина.

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для оперативной идентификации разливов нефти и нефтепродуктов на морских, озерных и речных акваториях.

Изобретение относится к технологии оптического обнаружения для флоат-стекла (термополированного стекла), особенно к устройству опознавания оловянной поверхности флоат-стекла.
Изобретение относится к области исследования и экспертизы пожаров и предназначено для обнаружения на месте пожара остатков интенсификаторов горения. Сущность способа заключается в выполнении твердофазной экстракции остатков сгоревшего материала, выделении остатков интенсификаторов горения, содержащихся на месте пожара.

Изобретение относится к системам и способам детектирования, в частности, в области диагностики. Система детектирования содержит держатель для подложки (16), причем подложка имеет поверхность детектирования и выполнена с возможностью содержать объем образца так, что образец находится, по меньшей мере, частично в контакте с поверхностью детектирования; источник (18) возбуждающего излучения для подачи возбуждающего излучения; компоновку подачи излучения для подачи возбуждающего излучения на область возбуждения образца, причем область возбуждения содержит поверхность детектирования; детектор (22), чтобы детектировать излучение детектирования, возникающее в результате взаимодействия возбуждающего излучения с образцом и собранное от анализируемой области в пределах области возбуждения образца, причем анализируемая область содержит поверхность детектирования; причем система дополнительно содержит магнитную компоновку, расположенную вблизи и с той же стороны поверхности детектирования образца, и неподвижную относительно источника (18) возбуждающего излучения и компоновки подачи излучения, причем магнитная компоновка выполнена с возможностью притягивать магнитные гранулы (15) в пределах образца к поверхности детектирования, и компоновку (24) направления магнитного поля для фокусировки магнитного поля от магнитной компоновки на анализируемую область, причем компоновка (24) направления магнитного ноля содержит отверстие, через которое компоновка подачи излучения может направить возбуждающее излучение и/или излучение детектирования.

Изобретение относится к оптическому устройству для обеспечения нераспространяющегося излучения, в ответ на падающее излучение, в объеме регистрации, который содержит целевой компонент в среде, причем, по меньшей мере, один плоскостной размер (W1) объема регистрации меньше дифракционного предела.
Изобретение относится к области ветеринарной вирусологии и касается способа определения полноты инактивации антирабической инактивированной вакцины. .

Изобретение относится к устройствам для оптического спектрального определения элементного состава веществ по спектрам люминесценции и может быть использовано, в частности для определения малых концентраций актинидных элементов в объектах окружающей среды и технологических растворах, например, для определения концентрации урана в природных водах, в водах хозяйственно-бытового и технического назначения.

Изобретение относится к исследованию материалов с помощью анализа оптических сред и может быть использовано для неразрушающего контроля молекулярного состава и структуры различных веществ.

Изобретение относится к способу отслеживания и возможного регулирования добавления одной или более поверхностных добавок в бумагоделательный процесс. .

Изобретение относится к фармацевтической композиции для лечения заболевания, расстройства или патологического состояния, опосредованных гидролазой амидов жирных кислот (ГАЖК).
Изобретение относится к способам получения 1,2-бис(гидроксиметил)-о-карборана, который используется для создания полимерных производных, применяемых в качестве компонентов специальных составов с уникальными свойствами, суперклеев и высокотермостойких полимеров.

Изобретение относится к способу получения 1-фтор-2,3-диалкилбороциклопент-2-енов общей формулы (1), где R=C2H5, С 3Н7, С4Н9. .

Изобретение относится к карборансодержащим порфиринам (порфириновым соединениям) формулы: R1, R2, R3 и R4, независимо, обозначают -NO2, -NH 2, галоген или заместитель, представленный следующей формулой ;при условии, что, по меньшей мере, один из R1 R2, R3 и R4 обозначает заместитель, изображенный формулой (2), и при условии, что, по меньшей мере, один из R1, R2, R 3 и R4 обозначает заместитель, представленный как NO2, NH2 или галоген.

Изобретение относится к дицитратоборату гуанидиния, структурной формулы Дицитратоборат гуанидиния получают взаимодействием борной, лимонной кислот и гидрохлорида гуанидиния в молярном соотношении 1:2:1 соответственно, в воде при нагревании на водяной бане.

Изобретение относится к технологии получения борорганических соединений, а именно к способу получения 9-галогенпроизводных о-карборана. .

Изобретение относится к комплексу борана формулы (1) в которой R1 и R2 независимо друг от друга означают C1-C8 -алкил, C1-C8-алкоксигруппу или галоген при условии, что R1 и R2 одновременно не обозначают метил, когда R2 находится в положении 4 или 6 пиридинового кольца.

Изобретение относится к области химии биологически активных веществ, в частности к способу получения N-пиразиноил-L-фенилаланил-L-лейцинбороновой кислоты (1) или ее ангидрида, которые могут быть использованы для лечения некоторых видов рака (N.A.Petasis.

Настоящее изобретение относится к получению новых борорганических соединений, а именно к способу получения 1-хлор-2,3-диалкилборациклопент-2-енов общей формулы (1), , где R=C2H5, C3H7, C4H9. Способ включает взаимодействие дизамещенных ацетиленов (гекс-3-ин, окт-4-ин, дец-5-ин) с триэтилалюминием (AlEt3) в гексане в присутствии катализатора цирконацендихлорида (Cp2ZrCl2) в соотношении ацетилен:AlEt3:Cp2ZrCl2=10:(10÷14):(0.3÷0.7) ммолей при ~40°C в течение 4 ч. Далее проводят охлаждение реакционной массы до -10°C, добавление хлорида бора (BCl3) в двукратном по отношению к AlEt3 количестве и перемешивание при температуре ~20°C в течение 30-60 мин. Изобретение позволяет получить новые борорганические соединения, которые могут найти применение в качестве компоненты каталитических систем в процессах олиго- и полимеризации олефиновых, диеновых и ацетиленовых углеводородов, а также в тонком органическом и металлоорганическом синтезах. 1 табл., 1 пр.
Наверх