Способ детектирования аминов в газовой фазе



Способ детектирования аминов в газовой фазе
Способ детектирования аминов в газовой фазе
Способ детектирования аминов в газовой фазе
Способ детектирования аминов в газовой фазе
Способ детектирования аминов в газовой фазе
Способ детектирования аминов в газовой фазе

 


Владельцы патента RU 2532238:

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 летучих аминов. Предлагается способ детектирования этих соединений, основанный на использовании сенсорных слоев с адсорбированным цинковым комплексом тетрафенилпорфирина (Zn(II)ТФП). Способ заключается в том, что Zn(II)ТФП, адсорбированный на полимерной матрице, содержащей полярные группы (например, OH-группы), освещают светом с длиной волны 375 нм. Появление в воздухе паров диметиламина, триметиламина или пиридина определяют по разгоранию флуоресценции волны в диапазоне 630-660 нм. Технический результат - возможность селективного детектирования пиридина и алифатических аминов в присутствии других веществ, находящихся в газовой фазе. 1 з.п. ф-лы, 5 ил.

 

Область техники

Настоящее изобретение относится к области аналитической химии органических соединений и может быть применено для определения содержания летучих аминов в воздухе, в частности, для контроля качества пищевых продуктов.

Уровень техники

Основными аналитическими методами определения аминов в газовой фазе и в растворах являются газовая и жидкостная хроматография соответственно (JP55135745, US4242097, US4252537, СА1201646). В случае жидкостной хроматографии детектирование производится по флуоресценции продуктов химических реакций (предел детектирования в патенте JP60253973 - 5-500 пмоль) или при помощи поверхностно-ионизационного детектора (JP1088357). Несмотря на высокую чувствительность и селективность, которых можно добиться методами хроматографии, использование этого метода для создания портативных сенсорных систем невозможно.

Другим методом, который может быть использован для определения аналитов в растворе и в газовой фазе, является колориметрия. Наиболее распространенный подход состоит в использовании сольватохромных красителей и pH-индикаторов. Наблюдаемый эффект изменения окраски pH-индикаторов связан с тем, что эти соединения могут находиться в различных протонированных/депротонированных формах, обладающих различными спектрами поглощения, и присутствие аминов смещает равновесие между этими формами. В патентных материалах было предложено детектировать амины посредством нитразина желтого (WO9404916), крезола красного на кварцевом песке (EP0679721), по взаимодействию с ионами железа и восстанавливающими агентами (US2003108981), с помощью циклических азасоединений в полимере (US2004014235), бромкрезола зеленого на силикатных частицах (US2006263257), а также при помощи слоя политетрафлуороэтилена с иммобилизованными красителями (US2010330692): бромфеноловым синим, бромкрезолом зеленым, хлорофеноловым красным, бромкрезолом пурпурным, феноловым красным. Недостатками колориметрического метода является чувствительность сольватохромных красителей к различным классам органических соединений, что может приводить к ложным срабатываниям сенсорного устройства.

Наиболее близким аналогом предлагаемого способа детектирования летучих аминов является способ, описанный в патенте FR2975397 (А1), опубликованном 23.11.2012, в котором предлагается использовать полисилоксаны с ковалентно связанными флуорофорами в качестве сенсорного материала для определения наличия в воздухе первичных, вторичных или третичных аминов. Слой сенсорного материала, нанесенный на подложку, освещают и регистрируют изменение интенсивности флуоресценции с длиной волны, характерной для конкретного флуорофора, по которому судят о присутствии амина в воздухе. В качестве недостатков способа, предложенного в патенте FR2975397, следует отметить то, что используемые в качестве флуоресцентных индикаторов молекулы не обладают селективностью по отношению к аминам. Распознавание конкретного типа соединений сенсорными материалами на основе неселективных молекул-индикаторов возможно только в случае формирования массива сенсорных элементов, что приводит к существенному повышению стоимости систем регистрации и обработки флуоресцентного сигнала материала. Кроме того, поскольку для указанных в патенте FR2975397 флуорофоров возможны только слабые неспецифические взаимодействия с аналитами, время отклика таких сенсорных материалов сравнительно велико.

Задачей, на решение которой направлено заявляемое изобретение, является создание нового способа детектирования летучих аминов (пиридина, диметиламина, триметиламина) с помощью флуоресцентного метода.

Техническим результатом, обеспечиваемым предложенным изобретением, являются малое время отклика сенсорного материала, возможность селективного детектирования как пиридина, так и алифатических аминов в присутствии других веществ, находящихся в газовой фазе, и возможность использования недорогих систем регистрации флуоресцентного сигнала (оптоволоконных спектрофлуориметров).

Технический результат достигается способом определения летучих аминов в газовой фазе, заключающимся в том, что освещают размещенный в газовой фазе сенсорный слой, включающий органический краситель, адсорбированный на носителе, и регистрируют интенсивность флуоресценции сенсорного слоя на характерной для красителя длине волны и по изменению интенсивности флуоресценции судят о присутствии аминов в газовой фазе, причем согласно изобретению в качестве органического красителя используют цинковый комплекс тетрафенилпорфирина, освещение которого осуществляют светом с длиной волны 375 нм, а регистрацию интенсивности флуоресценции сенсорного слоя осуществляют в диапазоне длин волн 630-660 нм.

Кроме того, регистрацию интенсивности флуоресценции осуществляют на двух длинах волн и по изменению интенсивности флуоресцентного сигнала на двух длинах волн определяют тип летучего амина в загрязненном воздухе.

Предложенный способ осуществляется с помощью дешевых обратимых сенсорных материалов, чувствительных к ароматическим и алифатическим летучим аминам, что является оптимальным при их использовании в составе систем контроля качества пищевых продуктов. Измерение интенсивности флуоресценции сенсорных слоев возможно с помощью малогабаритных оптоволоконных измерительных приборов.

Структурная формула цинкового комплекса тетрафенилпорфирина (Zn(II)ТФП) приведена ниже.

Авторами было установлено, что воздействие паров летучих аминов приводит к обратимым изменениям в структуре Zn(II)ТФП, иммобилизованного на неорганической полимерной матрице (силикагеле). Адсорбция аминов на сенсорном материале сопровождается увеличением интенсивности флуоресценции с изменением положения максимума длины волны флуоресценции.

Размеры образца материала, необходимого для проведения измерений, лежат в широком диапазоне и определяются удобством работы и необходимой интенсивностью сигнала. В работах авторов полезная площадь образца, с которой считывался флуоресцентный сигнал, составляла не более 3 мм2.

Проведенные авторами эксперименты показали, что в качестве неорганических полимерных матриц, пригодных для нанесения Zn(II)ТФП, могут быть использованы дешевые и доступные пластины для тонкослойной хроматографии. Таким образом, стоимость материала на основе Zn(II)ТФП крайне невелика.

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

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

Сущность изобретения поясняется рисунками, на которых изображено:

На фиг.1 - изменения в спектрах флуоресценции образца сенсорного материала под действием насыщенных паров пиридина; начальный спектр флуоресценции - нижняя линия, конечный спектр флуоресценции - верхняя линия;

На фиг.2 - изменения в спектрах флуоресценции образца сенсорного материала под действием насыщенных паров диметиламина; начальный спектр флуоресценции - нижняя линия, конечный спектр флуоресценции - верхняя линия;

На фиг.3 - изменения в спектрах флуоресценции образца сенсорного материала под действием насыщенных паров триметиламина; начальный спектр флуоресценции - нижняя линия, конечный спектр флуоресценции - верхняя линия;

На фиг.4 - кинетика изменения интенсивности флуоресценции сенсорного материала под действием паров аминов; стрелками обозначены моменты впуска паров (А) и начала продувки - окончания экспозиции (В);

На фиг.5 - дифференциальные спектры флуоресценции материала.

Предложенный способ детектирования летучих аминов в газовой фазе осуществляется следующим образом. Цинковый комплекс тетрафенилпорфирина адсорбируют на поверхности силикагеля, содержащей OH-группы. Воздействуют на полученный сенсорный слой светом с длиной волны 375 нм. Спектр флуоресценции полученного сенсорного слоя представляет собой два широких пика в области 590-690 нм, максимумы которых расположены на 604 и 651 нм (фиг.1). Под действием паров летучих аминов происходит изменение формы спектра с увеличением интенсивности флуоресценции в диапазоне длин волн 650-660 нм. При этом положение максимума и форма спектральной полосы зависят от типа присутствующего в воздухе амина. Так, в случае пиридина максимум пика полосы флуоресценции находится на 642 нм (фиг.1), в случае диметиламина - на 651 нм (фиг.2), в случае триметиламина - на 640 нм (фиг.3).

Рассмотрим конкретные примеры реализации данного изобретения.

Для получения сенсорных слоев раствор Zn(II)-тетрафенилпорфирина (Sigma-Aldrich, США) в толуоле (99.8%, Sigma-Aldrich, США) наносился на пластины для тонкослойной хроматографии "Силуфол" (Чехия). В качестве летучих аминов использовали пиридин (99.8%, Sigma-Aldrich, США) и водные растворы диметиламина (40%, Sigma-Aldrich, США), триметиламина (25%, Sigma-Aldrich, США). Все материалы использовались без предварительной очистки.

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.1 представлены изменения спектра флуоресценции сенсорного материала под действием насыщенных паров пиридина. Видно, что происходит разгорание флуоресценции, сопровождающееся гипсохромным смещением максимума полосы флуоресценции.

Пример 2. На фиг.2 представлены изменения в спектрах флуоресценции образца сенсорного материала под действием насыщенных паров диметиламина. Как и в случае пиридина, под действием паров диметиламина происходит разгорание флуоресценции, однако форма полосы флуоресценции оказывается иной.

Пример 3. На фиг.3 представлены изменения в спектрах флуоресценции образца сенсорного материала под действием насыщенных паров триметиламина. Как и в предыдущих случаях, происходит значительное увеличение интенсивности флуоресценции, однако положение максимума интенсивности полосы флуоресценции не изменяется, оставаясь на длине волны 651 нм.

Во всех перечисленных случаях время отклика сенсорного материала сравнительно невелико (фиг.4) и составляет для диметиамина - 76 секунд, для триметиламина - 97 секунд, для пиридина - 268 секунд.

Из фиг.5 видно, что взаимодействие аминов с Zn(II)ТФП приводит к различным изменениям спектра флуоресценции в зависимости от типа амина. При воздействии диметиламина на иммобилизованный Zn(II)ТФП происходит разгорание флуоресценции с одновременным изменением формы спектра флуоресценции, которое выражается в сужении спектра и образовании одного пика на 651 нм вместо двух. Воздействие триметиламина также приводит к разгоранию флуоресценции с уширением спектра. При воздействии пиридина происходит разгорание флуоресценции с одновременным изменением формы спектра. Проведение сравнительного анализа изменения интенсивности флуоресценции сенсорных слоев на двух длинах волн под действием паров аминов позволяет определить тип соединения, находящегося в газовой фазе. Так, вне зависимости от концентрации аналита соотношение Δ I λ 1 Δ I λ 2 (фиг.5) остается постоянным, составляя в случае λ1=642 нм и λ2=665 нм для диметиамина - 1.592, для триметиламина - 1.015, для пиридина - 2.025. Это позволяет однозначно идентифицировать тип соединения, находящегося в газовой фазе.

1. Способ определения летучих аминов в газовой фазе, заключающийся в том, что освещают размещенный в газовой фазе сенсорный слой, включающий органический краситель, адсорбированный на носителе, и регистрируют интенсивность флуоресценции сенсорного слоя на характерной для красителя длине волны, и по изменению интенсивности флуоресценции судят о присутствии аминов в газовой фазе, отличающийся тем, что в качестве органического красителя используют цинковый комплекс тетрафенилпорфирина, освещение которого осуществляют светом с длиной волны 375 нм, а регистрацию интенсивности флуоресценции сенсорного слоя осуществляют в диапазоне длин волн 630-660 нм.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что регистрацию интенсивности флуоресценции осуществляют на двух длинах волн и по изменению интенсивности флуоресцентного сигнала на двух длинах волн определяют тип летучего амина в загрязненном воздухе.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области физиологии, нейрофизиологии, биохимии, в частности к характеристике про- и антиоксидантного статуса головного мозга, и может быть использовано для исследования влияния различных факторов на локализацию и степень нейродегенеративных изменений в головном мозге животного.

Изобретение относится к пищевой промышленности, а именно к методам оценки качества и биологической ценности кисломолочных продуктов. Проводят азодиизобутиронитрил-индуцированную хемилюминесценцию добавлением к 10 мл кумыса 1 мл 1·10-1 М раствора азодиизобутиронитрила, измерение светосуммы свечения и максимальной светимости продукта реализуют методом хемилюминесцентного анализа на «Хемилюминомере ХЛ-003» в течение 5 минут, при температуре 20°С, значениях кислотности кумыса от 80 до 110°Т.

Изобретение относится к области аналитической химии и может быть использовано для концентрирования и определения микроколичеств металлов в питьевой воде с использованием твердых сорбентов, содержащих органический материал.

Настоящее изобретение относится к области биофизики. Предложены способы определения пространственно-временного распределения активности протеолитического фермента в гетерогенной системе, в соответствии с которыми обеспечивают систему in vitro, которая содержит образец плазмы крови, цельной крови, воды, лимфы, коллоидного раствора, кристаллоидного раствора или геля, и протеолитический фермент или его предшественник, добавляют флуорогенный, хромогенный или люминесцентный субстрат для упомянутого фермента, регистрируют в заданные моменты времени пространственное распределение сигнала высвобождающейся метки субстрата и получают пространственно-временное распределение активности протеолитического фермента путем решения обратной задачи типа «реакция - диффузия - конвекция» с учетом связывания метки с компонентами среды.
Изобретение относится к аналитической химии элементов и описывает способ определения алюминия(III), включающий приготовление сорбента, раствора алюминия(III), извлечение алюминия(III) из раствора сорбентом и переведение его в комплексное соединение на поверхности сорбента, отделение сорбента от раствора, измерение интенсивности люминесценции поверхностного комплекса алюминия(III) и определение содержания алюминия по градуировочному графику, причем в качестве сорбента используют силикагель, последовательно модифицированный полигексаметиленгуанидином и 7-йод-8-гидроксихинолин-5-сульфокислотой, а интенсивность люминесценции регистрируют при 495 нм.
Изобретение относится к области медицины и предназначено для лечения острого пиелонефрита у детей. Способ включает комбинированную терапию антибактериальным и антиоксидантным препаратами.

Изобретение относится к области агропромышленного комплекса, характеризующейся высокой бактериальной обсемененностью воздуха рабочей зоны, рабочих поверхностей и перерабатываемых материалов, в частности к устройствам для определения микробной обсемененности спецодежды.

Изобретение относится к способам и средствам контроля концентрации оксида азота (NO) в газовых средах, а также в воздушной атмосфере. Предложено концентрацию оксида азота в анализируемой газовой среде определять по уменьшению концентрации активной формы кислорода, например озона (O3), взятого в избытке к концентрации оксида азота, содержащегося в анализируемой газовой среде, введенной в реакционную камеру, в которую, одновременно с потоком анализируемой газовой среды подают газовую смесь, содержащую известное количество озона, при этом химическую реакцию взаимодействия оксида азота с озоном доводят до полного перехода оксида азота в диоксид азота и по убыли концентрации озона в полученной газовой смеси, определенной гетерогенным хемилюминесцентным способом путем обдува указанной газовой смесью твердотельного хемилюминесцентного датчика (O3), расположенного в активной зоне фотоэлектронного умножителя, определяют концентрацию оксида азота в анализируемой газовой среде.
Изобретение относится к аналитической химии, в частности к люминесцентному анализу содержания грибкового заражения в смывах дистиллированной водой. .

Изобретение относится к способу хемилюминесцентного определения фенола в водных средах, который может быть использованы для контроля содержания фенола как в технологических процессах, так и в природоохранной деятельности.

Изобретение относится к новому полимерному композитному материалу на основе поливинилхлорида, обладающему оптическими хемосенсорными свойствами для определения катионов меди (II), и может быть использовано для создания оптических датчиков, позволяющих количественно определять содержание катионов Cu(II) на уровне их ПДК в водных средах: в биологических жидкостях, питьевой воде, в промышленных водах и стоках, в частности, для контроля за состоянием окружающей среды. Хемосенсорный пленочный композитный материал для определения катионов меди (II) представляет собой пленку, получаемую нанесением композиции, содержащей ПВХ, краун-содержащий стириловый краситель 2-{2-[4-(1,4-диокса-7,13-дитиа-10-азациклопентадекан-10-ил)фенил]винил}-9-метил-1,10-фенантролин, растворитель - тетрагидрофуран или ацетонитрил, пластификатор - диоктиловый эфир себациновой кислоты и тетрафенилборат натрия, на инертную оптически прозрачную подложку с последующим удалением растворителя и обработкой полученной пленки водным раствором ацетата натрия и уксусной кислоты с рН=6,8 в течение 2-5 минут. Изобретение позволяет количественно определять катионы меди (II) на уровне ПДК в водных средах, а также в присутствии десятикратного избытка катионов других металлов (K+, Na+, Ca+2, Mg+2). 2 н.п. ф-лы, 1 ил., 3 пр.

Изобретение относится к медицине, а именно к диагностике в стоматологии, и может быть использовано для дифференциальной диагностики процессов повышенного ороговения эпителия у лиц в возрасте от 15 до 45 лет, проживающих в регионе с неблагоприятными факторами окружающей среды. Для клинического определения состояния слизистой оболочки полости исследуют не стимулированную ротовую жидкость или мазки. При этом определяют пять параметров: содержание дрожжеподобных грибов рода Candida в дрожжевой или мицелиальной форме (1), концентрацию секреторного иммуноглобулина A (SIgA) (2) и лизоцима (3), светосумму излучения (S) за 5 минут исследования методом хемилюминесценции (4), проводят люминесцентное исследование в лучах Вуда слизистой маргинальной части десны и вершин десневых сосочков, слизистой щек в области смыкания зубов, дорсальной поверхности языка в области нитевидных сосочков и морфологическое исследование многослойного плоского ороговевающего эпителия слизистой оболочки щек по линии смыкания зубов (5). Полученные результаты позволяют диагностировать отсутствие патогенной микрофлоры и патологии слизистой оболочки рта, кандидоносительство или хронический кандидоз полости рта в мицелиальной или дрожжевой форме по типу кератоза, гиперкератоза или лейкокератоза. Использование изобретения позволяет повысить точность дифференциальной диагностики кератотических процессов в виде белых проявлений. 10 ил., 5 пр.
Изобретение относится к ветеринарии, а именно к иммунологической диагностике заболеваний крупного рогатого скота (КРС) в общем комплексе противотуберкулезных мероприятий. Для этого проводят прижизненную диагностику туберкулеза, которая включает определение индуцированной люминолзависимой хемилюминесценции в сыворотке от положительно реагирующего на ППД-туберкулин КРС. В качестве основного индуктора используют инактивированную вакцину БЦЖ. Проведение диагностики позволяет исключить неспецифические реакции на ППД-туберкулин КРС в благополучных по туберкулезу хозяйствах. Изобретение позволяет повысить точность дифференциальной диагностики неспецифических реакций на ППД-туберкулин у КРС и сохранить поголовье животноводческих ферм. 4 табл., 1 пр.

Изобретение относится к экологии, в частности к экспресс-определению фальсификации бутилированных питьевых вод из подземных источников (скважин) и загрязнения питьевой, бутилированной и природной воды. Для этого измеряют световые сигналы, полученные методом стимулирования химическими соединениями воды, и определяют коэффициенты отношения Imax, S и tgά для анализируемого образца и дистиллированной воды и рассчитывают коэффициенты отношения К(Imax), К(S) и К(tgά). При значениях К(Imax) 0,9-2,6; К(S), К(tgά) 0,4-2,5 и K(tg2ά) 0,8-2,5 устанавливают ее принадлежность к бутилированной питьевой воде из подземного источника. При значении параметров К(Imax) > 2,6; К(S), К(tgά) >2,5 и K(tg2ά) >2,5 устанавливают ее фальсификацию - принадлежность к бутилированной питьевой воде из системы централизованного водоснабжения из поверхностного источника. Изобретение позволяет сократить время анализа бутилированной питьевой воды и определить источник ее происхождения и загрязненность. 1 табл., 5 пр.

Изобретение относится к способам анализа и устройствам, пригодным для детектирования электрохемилюминесценции. Изобретение применимо, в особенности, для быстрой количественной диагностики при децентрализованном анализе, когда требуются особенно дешевые материалы для электродов, ячейки, одноразовые диагностические чипы и кассеты. Устройство для электрического возбуждения хелатов лантаноидов в растворах электролитов выполнено в виде электрохимической ячейки, содержащей чип с двумя электродами с функцией анода и катода. При этом в качестве хелатов лантаноидов выбраны хелаты тербия Tb(III), а электроды выполнены из углеродистой пасты или металла с покрытием из углеродистой пасты, на изолирующем материале, по технологиям печати, распыления или нанесения серебряной краской рисунка, выполненного под покрытие его углеродистой пастой после подсушивания рисунка, с одновременным формированием катода и анода или части анода как верхнего слоя углеродистой пасты с удельным сопротивлением, преимущественно, менее 1000 Ом·см. Техническим результатом является обеспечение высокой амплитудой электрических импульсов, а также повышение чувствительности. 3 з.п. ф-лы, 1 табл., 8 ил.

Предложен способ определения антиоксидантной активности вещества, предусматривающий приготовление контрольных проб, содержащих буферный раствор и биолюминесцентный сенсор, определения исходной интенсивности биолюминесценции. Добавляют в часть контрольных проб исследуемое вещество с получением рабочих проб. Уравнивают объемы контрольных и рабочих проб. Определяют интенсивность биолюминесценции контрольных и рабочих проб после их инкубации для определения токсичности исследуемого вещества. Добавляют в контрольные и рабочие пробы оксидант и определяют интенсивность биолюминесценции контрольных и рабочих проб с оксидантом после их инкубации для определения антиоксидантной активности исследуемого вещества. Изобретение позволяет определять антиоксидантную активность вещества с одновременным определением его токсичности с сокращением времени определения. 7 з.п. ф-лы, 1 ил., 1 пр.
Наверх