Лаборатория концентрирования, общая информация
группа в.н.с. Г.И. Цизина
группа проф. Е.И. Моросановой
группа проф. С.Г. Дмитриенко
группа в.н.с. И.В. Плетнева
группа проф. И.А. Ревельского

Лаборатория концентрирования

Заведующий лабораторией - академик, проф. Ю.А. Золотов

В научной тематике лаборатории можно выделить следующие основные направления:

Исследования в области сорбционного концентрирования
элементов, органических соединений и поиска новых сорбентов
Разработка комбинированных и гибридных методов определения,
включающих сорбционное концентрирование
Проточный анализ
Разработка экспрессных тест-методов химического анализа вне
лаборатории
Конформационный анализ и молекулярный дизайн реагентов и их
комплексов, комплексообразование "гость-хозяин", новые
реагенты для экстракции и ионометрии органических веществ
Сверхкритическая флюидная экстрация
Проточный анализ
Хроматографическое и хромато-масс-спектрометрическое
определение следов органических веществ в объектах
окружающей среды

Состав лаборатории:

группа в.н.с. Г.И. Цизина

Группа д.х.н. Г.И. Цизина разрабатывает динамические методы сорбционного концентрирования и проточные методы определения металлов в различных объектах. Предложены теоретические основы выбора эффективных сорбентов для концентрирования элементов в потоке, основанные на использовании детерминированных моделей динамики сорбции. Установленные закономерности позволяют осуществить корректное сравнение эффективности систем динамического концентрирования элементов в оптимальных условиях для каждой системы. Синтезированы высокоэффективные сорбенты на основе полистирола, целлюлозы и поливинилхлорида для концентрирования металлов в динамических условиях. Разработаны комбинированные методы определения Ag, Al, Bi, Cd, Co, Cr(III, VI), Cu, Fe(II, III), Hg(II), In, Mn(II), Ni, Pb, Se(IV), Te(IV), Tl(III), Zn, редкоземельных и благородных металлов вшироком круге объектов, включающие стадию динамического сорбционного концентрирования. Совместно с несколькими отечественными приборостроительными фирмами разработано автоматизированное оборудование для сорбционной пробоподготовки, а также для проточного сорбционно-спектроскопического определения металлов в растворах.

группа проф. Е.И. Моросановой

Научные исследования в настоящее время проводятся по трем направлениям:
- Синтез и изучение свойств золь-гель материалов (пленок, монолитов и порошков) на основе оксидов кремния и титана, модифицированных аналитическими реагентами (комплексообразующие реагенты, ферменты);
- Изучение возможностей различных вариантов последовательного инжекционного анализа (традиционный, "лаборатория на клапане" (lab-on the valve), с инжекцией частиц (bead injection);
- Разработка тест- методов контроля загрязненности и плодородия почв, контроля качества кормов и пищевых продуктов.
Основные достигнутые результаты:
- Разработана технология синтеза пленок, монолитов и порошков золь-гель материалов на основе оксида кремния, модифицированных аналитическими реагентами. Показана перспективность их использования для твердофазно-спектроскопического, электрохимического и тест-определения неорганических и органических веществ в объектах окружающей среды, пищевых продуктах, биологических жидкостях;
- Разработаны индикаторные трубки для анализа жидких сред, в том числе для фармацевтического и медицинского анализов.
- Расширены возможности электромиграционных методов, а также последовательного инжекционного анализа Показана перспективности использования реакций диазотирования-азосочетания и окислительной конднденсации в различных вариантах электромиграционных методов, а также в последовательном инжекционном анализе.
Публикации
1. Моросанова Е.И.. Использование модифицированных кремнеземов для сорбционного концентрирования, разделения и определения неорганических и органических соединений. Лабораторный журнал. 2002. № 2 (2). С. 32 -38.
2. Моросанова Е.И., Азарова Ж.М., Золотов Ю.А. Ксерогели, модифицированные 4-(2-пиридилазо)-резорцином и хлоридом цетилпиридиния: твердофазно-спектро-фотометрическое определение цинка в растворах. Журн. аналит. химии. 2002. Т.57. № 5. С. 499-503
3. Моросанова Е.И., Азарова Ж.М, Золотов Ю.А Заводск. лабор. Индикаторные трубки для экспрессного определения железа в водах. 2003. Т.69. № 7. С. 3-6.
4. Меркушев В.А., Моросанова Е.И. Возможности и перспективы применения тест-систем. Партнеры и конкуренты. 2005. № 9. С.23-29.

группа проф. С.Г. Дмитриенко

В группе проводятся работы по нескольким направлениям. В рамках первого направления изучаются сорбционные и хемосорбционные свойства пенополиуретанов (ППУ) и разрабатываются сорбционно-спектроскопические и тест-методики определения неорганических и органических веществ, основанные на использовании немодифицированных и химически модифицированных ППУ. Наиболее значимыми результатами являются: систематическое исследование химических свойств функциональных групп макромолекул ППУ; обнаружение неописанных ранее гетерогенных химических реакций протекающих с участием концевых толуидиновых групп ППУ; предложение и использование ППУ в качестве нового типа полимерных хромогенных реагентов для получения полимерных дизо- и азосоединений, которые можно использовать в аналитических целях; разработка новых методик определения свободного активного хлора, нитрит- и нитрат- ионов, фенолов, 1-и 2-нафтолов, фенолкарбоновых кислот, ароматических альдегидов и аминов. Второе направление группы связано с синтезом и исследованием сорбционных свойств полимеров с молекулярными отпечатками (ПМО) - нового поколения наноструктурированных полимерных сорбентов, которые получают с помощью метода молекулярных отпечатков (импринтинга). Методом термической блочной полимеризации и фотополимеризации с использованием нековалентного подхода синтезированы ПМО с отпечатками структурно родственных гидроксибензойных кислот, хлорсодержащих пестицидов, биологически активных веществ (кверцетина, нарингенина, теофилина, сульфаниламидов) и ряда других соединений на основе 4-винилпиридина, акриламида и метакриловой кислоты и соответствующие полимеры сравнения (около 90 пар полимеров). Предложен новый, не имеющий аналогов, способ получения наноструктурированных сорбентов на основе силикагеля, основанный на использовании сверхразветвленных карбосилановых полимеров. Выявлены и обсуждены основные факторы, варьируемые на стадии синтеза этих материалов и влияющие на эффективность и селективность сорбции органических соединений: природа функционального мономера (ФМ) и молекулы-темплата (Т), соотношение ФМ:Т в предполимеризационной смеси, природа растворителя. Высказано и экспериментально подтверждено предположение о важной роли межмолекулярной водородной связи между функциональным мономером и темплатом на сорбционные свойства ПМО. Разработаны методики селективного выделения и концентрирования органических соединений методом твердофазной экстракции. В рамках третьего направления изучается возможность использования офисного сканера, цифрового фотоаппарата и компьютерной обработки данных в качестве нового способа регистрации аналитического сигнала в оптических методах химического анализа. Основная задача исследования связана с оценкой потенциальных возможностей использования офисного сканера, цифрового фотоаппарата и компьютерных программ обработки данных для измерения цветометрических характеристик окрашенных соединений и численной оценки интенсивности окраски веществ, сорбированных на поверхности различных сорбентов. Предполагается разработать методологию химического анализа с использованием таких устройств.
Публикации
1. Золотов Ю.А., Цизин Г.И., Дмитриенко С.Г., Моросанова Е.И. Сорбционное концентрирование микрокомпонентов из растворов. Применение в неорганическом анализе. М.: Наука, 2007. 320 с.
2. Медведева О.М. Куракина В.С., Дмитриенко С.Г., Шпигун О.А. Разделение и определение фенолкарбоновых кислот методом капиллярного зонного электрофореза с предварительным концентрированием на сверхсшитом полистироле.// Журн. аналит. химии. 2004. Т.59. № 7. С.752 - 759.
3. Дмитриенко С.Г., Ирха В.В., Кузнецова А. ,Золотов Ю.А. Использование полимеров с молекулярными отпечатками в процессах разделения и концентрирования органических соединений. // Журн. аналит. химии. 2004. Т.59. № 9. С.902 - 912.
4. Золотов Ю.А., Цизин Г.И., Моросанова Е.И., Дмитриенко С.Г. Сорбционное концентрирование микрокомпонентов для целей химического анализа. // Успехи химии. 2005. Т. 74. № 1. С. 41 - 62.
5. Dmitrienko S.G., Khatuntseva L.N.,. Apyari V.V , Zolotov Yu.A. Аzo coupling reactions of polyurethane foams and their application in chemical analysis// Chem. Аnal. (Warsawa). 2005. V. 50. № 1. P. 327 - 337.
6. Дмитриенко С.Г., Ирха В.В., Дуйсебаева Т.Б., Михайлик Ю.В., Золотов Ю.А. Синтез и исследование сорбционных свойств полимеров с отпечатками 4-гидроксибензойной кислоты. // Журн. аналит. химии. 2006. Т. 61. № 1. С. 18 - 23.
7. Дмитриенко С.Г., Ирха В.В., Михайлик Ю.В., Клокова Е.В. Влияние соотношения функциональный мономер-темплат в предполимеризационной смеси на сорбционные свойства полимеров с молекулярными отпечатками органических соединений. // Вестн. Моск. ун-та. Серия 2. Химия. 2006. Т. 47. № 3. С. 210 - 217.
8. Попов С.А., Ирха В.В., Дмитриенко С.Г., Золотов Ю.А., Гетманова Е.В., Музафаров А.М.. Синтез и исследование свойств сорбента на основе силикагеля, модифицированного сверхразветвленным поли(метилдихлор-силилпропил)карбосиланом с молекулярными отпечатками 2,4-дихлорфеноксиуксусной кислоты // Вестн. Моск. ун-та. Серия 2. Химия. 2008. Т. 49. №. 1. С. 45 - 52.
9. Дмитриенко С.Г. Концентрирование микрокомпонентов: фундаментальные основы и аналитическое применение. Концентрирование на полимерах с молекулярными отпечатками. / В кн.: Успехи аналитической химии. М.: Наука. 2007. С. 239 - 253(статья).
10. Кузьмина Е.В., Хатунцева Л.Н., Дмитриенко С.Г. Определение анилина и фенола в водах с использованием пенополиуретанов и спектроскопии диффузного отражения. // Журн. аналит. химии. 2008. Т. 63. № 1. С. 40 - 46.
11. Апяри В.В. Дмитриенко С.Г. Применение цифрового фотоаппарата и компьютерных программ обработки изображений для определения веществ с использованием диазотированного пенополиуретана. // Журн. аналит. химии. 2008. Т. 63. № 6. С.581 - 588.
12. Apyari V. V., Dmitrienko S. G., Ostrovskaya V. M., Anaev E. K., Zolotov Y. A. Use of polyurethane foam and 3-hydroxy-7,8-benzo-1,2,3,4-tetrahydroquinoline for determination of nitrite by diffusereflectance spectroscopy and colorimetry. //Anal Bioanal Chem. 2008. DOI 10.1007/s00216-008-2112-y

группа в.н.с. И.В. Плетнева (на страницу группы ..>>)

Работа группы д.х.н. И.В. Плетнева посвящена применению в методах анализа, разделения и концентрирования нового класса органических растворителей - ионных жидкостей. Ведется также работа в области теории действия и применения органических реагентов на органические вещества и ионы металлов. Исследовано взаимодействие ряда макроциклических реагентов с органическими субстратами, разработаны методы выделения и определения последних. Так, для определения аминов, в том числе биологически активных и катионных ПАВ, использованы краун-эфиры, азамакроциклы, каликсарены, открытоцепочечные полиэфиры - поданды. Установлена связь строения реагентов с их экстракционными и ионофорными свойствами. Для экстракции, мембранного переноса и создания ион селективных электродов на полифункциональные органические соединения (катехоламины, сахариды, аминокислоты, оксикислоты) исследуются липофильные производные борной кислоты и металлокомплексы. Разработанные совместно с лабораторией электрохимических методов ионселективные электроды на органические ионы превосходят известные по селективности, стабильности и экспрессности, не уступают - по чувствительности.

Второе направление работы группы связано с теоретической и вычислительной химией. Развивается метод молекулярной механики для расчета геометрии координационных соединений и молекулярного дизайна новых реагентов. Предложен новый вариант метода, основанный на встраивании в расчетную схему молекулярной механики стереохимической модели Гилеспи-Киперта. Проведены расчеты ряда комплексов металлов, прежде всего с полиаминами и макроциклами и объяснена селективность лигандов; развиты расчетные модели для анализа и предсказания свойств борсодержащих реагентов; предложены и исследованы комплексообразующие сорбенты смешанного состава. В последнее время активно используются и развиваются методы распознавания образов и анализа данных, data mining; развитые подходы и приемы распространяются "за пределы" аналитической химии (в частности, на задачи поиска новых лекарственных препаратов).

группа проф. И.А. Ревельского

Направления научной деятельности и достижения, превосходящие известные подходы:

• сверхкритическая флюидная экстракция из различных матриц (вода, почва, полимеры, лекарственные средства) без использования растворителя и хромато-масс-спектрометрический (ГХ/МС) анализ всего концентрата, а не малой (0.001 - 0.01) его части, как в случае общепринятых методов; пределы обнаружения - 10-10 - 10-8% и ниже;
• жидкостная экстракция из водных сред и других матриц, концентрирование примесей из органических экстрактов в присутствии сорбента и ГХ/МС анализ всего концентрата, а не малой (0.001 - 0.01) его части; пределы обнаружения - 10-11 - 10-9% и ниже;
• сорбционное концентрирование из водных растворов без использования растворителя и последующий ГХ и ГХ/МС анализ всего концентрата; предел обнаружения - 10-10 - 10-8% и ниже;
• групповое выделение примесей методом хромадистилляции, их идентификация и определение методом ГХ/МС и ГХ/АЭД;
• реакционная ГХ/МС и анализ нелетучих соединений и фракций ВЭЖХ;
• разработка новой методологии контроля загрязнения окружающей среды, основанная на определении суммарного содержания F-, Cl-, Br-, I-, P- и S-органических примесей в таких средах, как:
  - воды (питьевые, поверхностные, сточные, грунтовые; предел обнаружения - 10-10 - 10-9% и ниже);
  - воздух (10-10 - 10-9% и ниже);
  - органические растворы и экстракты (10-9 - 10-8% и ниже);
• масс-спектрометрия с фото-ионизационной и фотохимической ионизацией при атмосферном давлении (МС(ФИАД/ФХИАД)) и ее сочетание с ГХ и хромадистилляцией, обеспечивающая возможность регистрации для индивидуальных соединений масс-спектров, состоящих только из молекулярного (М+) либо квазимолекулярного (МН+) иона и масс-спектров смесей, число пиков в которых соответствует числу компонентов смеси, и каждый пик соответствует М+ либо МН+;
• многоэлементный органический анализ компонентов смесей с использованием ГХ/АЭД и одновременной регистрации F, Cl, Br, I, P, S, N, O и D;
• ультрамикрометод органического элементного анализа индивидуальных соединений на содержание F, Cl, Br, I, P и S, основанный на окислительной конверсии в сочетании с ионной хроматографией (ИОХ);
• разработка автоматизированной системы идентификации сложных смесей, разделенных с помощью капиллярной газовой хроматографии, основанной на сочетании информации об индексах удерживания и отношении сигналов двух и более детекторов. Такая система более достоверна, чем известные, разработана для характеристики бензинов на основании определения содержания парафинов, изопарафинов, олефинов, нафтенов и ароматики;
• диагностика легочных заболеваний, основанная на ГХ/МС анализе всего жидкостного концентрата из конденсата выдыхаемого воздуха и использовании теории распознавания образцов;
• разработка методов количественного ГХ анализа сложных смесей без градуировки по каждому компоненту смеси, не требующих стандартных образцов аналитов;
• одновременное определение в продуктах нефтепереработки суммарного содержания F-, Cl-, Br-, I-, P- и S-органических соединений (предел обнаружения 10-7 - 10-5% и ниже - по требованию);
• новый подход к быстрому определению ПХДД, ПХДФ и ПХБ в различных средах (вода, жидкостные экстракты из различных матриц) - групповое определение этих соединений, основанное на гидрохлорировании и ГХ/МС анализе соответствующих продуктов конверсии - дибензодиоксина (ДД), дибензофурана (ДФ) и бифенила (БФ); этот подход позволяет осуществлять быстрый скрининг проб на содержание всех (а не малой части) ПХДД, ПХДФ и ПХБ при одновременном присутствии в пробе;
• разработка методов быстрого и универсального определения содержания основного компонента в фармацевтических препаратах и соответствующих субстанциях, основанных на элементном анализе и обеспечивающих быстрый контроль качества продукции и обнаружений фальсификатов;
• разработка методов определения содержания основного компонента в органических веществах высокой степени чистоты, обеспечивающего наиболее достоверную характеристику таких веществ и стандартных образцов;
• разработка нового подхода к решению проблемы обнаружения числа и природы примесей в ультрачистой воде, в неорганических и органических реагентах и материалах, используемых в микроэлектронной промышленности, обеспечивающего обнаружение наибольшего числа органических примесей, по сравнению с известными методами;
• разработка новой методологии сопоставления качества оригинальных фармпрепаратов, дженериков и соответствующих субстанций, основанный на сопоставлении многомерных профилей примесей, выделенных с помощью разработанных методов выделения, анализа всего их концентрата методами ГХ/МС (ЭИ, ХИ, ФИАД/ФХИАД), ГХ/АЭД и реакционной ГХ и ГХ/МС, также профилей примесей, зарегистрированных с помощью ВЭЖХ/МС on-line и off-line (MALDI).
• разработка метода сопоставления физиологической активности оригинальных фармпрепаратов, дженериков и субстанций, основанного на изучении их воздействия на структуру мембран клеток крови (эритроциты, тромбоциты, лимфоциты); показано, что в случае оригинальных препаратов, в отличие от дженериков, такое воздействие менее выражено и обратимо;
• с использованием результатов исследований по развиваемым направлениям, большинство из которых не имеет аналогов в мире, проводятся исследования на контрактной основе для решения различных задач:
  - анонимный и арбитражный контроль химический продукции (включая мономеры), основанный на установлении числа и природы примесей на следовом уровне (мы находим в 10 - 20 раз больше примесей, чем конкуренты) и определение содержания основного компонента в высокочистых веществах;
  - контроль качества фармацевтической продукции:
  - быстрый скрининг на фальсификаты (или брак);
  - сопоставление качества оригинальных фармпрепаратов и дженериков и субстанций по многомерным профилям примесей и физиологической активности, не определяемой при стандартных предклинических и клинических испытаниях;
  - идентификация примесей;
• контроль качества продуктов нефтепереработки, основанный на одновременном определении суммарного содержания F-, Cl-, Br-, I-, P- и S-органических примесей (предел обнаружения 10-7 - 10-5% и ниже - по требованию);
• определение суммарного содержания примесей Hal-, P- и S-органических соединений в объектах окружающей среды, продуктах питания, алкогольных напитках и др. и установление состава примесей;
• разработка методик анализа, предназначенных для контроля качества различной продукции, включая химическую и фармацевтическую, и контроля загрязнения окружающей среды;
• разработка приборов для:
  - ультрамикроэлементного анализа органических соединений на содержание F, Cl, Br, I, P и S (количество вещества - 10-8 - 10-6г);
  - для экспрессного определения суммарного содержания F-, Cl-, Br-, I-, P- и S-органических соединений в объектах окружающей среды (воды, воздух, почвы, донные отложения, напитках и продуктах питания - 10-10 - 10-9%);
  - для одновременного определения суммарного содержания F-, Cl-, Br-, I-, P- и S-органических соединений в продуктах нефтепереработки (10-7 - 10-5% и ниже).