Автореферат (Новые методические и инструментальные решения в проточных методах анализа для автоматизированных комплексов экоаналитического контроля водных объектов)

САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТНа правах рукописиХудяков Юрий СергеевичНовые методические и инструментальные решения в проточных методаханализа для автоматизированных комплексов экоаналитического контроляводных объектовСпециальность 02.00.02 – аналитическая химияАвторефератдиссертации на соискание ученой степеникандидата химических наукСанкт-Петербург – 2015федеральном государственном бюджетномобразовательном учреждении высшего профессионального образования СанктРаботавыполненавПетербургском Государственном Университете.Научный руководитель:доктор технических наук, профессорМосквин Алексей ЛеонидовичОфициальные оппоненты:Цизин Григорий Ильичдоктор химических наук, профессор,главный научный сотрудник кафедрыаналитической химии ФГБОУ ВПО «Московскийгосударственный университет имениМ.В.

Ломоносова»Гурский Владимир Сергеевичдоктор технических наукведущий научный сотрудник ФГУП «НИТИим. А.П. Александрова»Ведущая организация:Федеральноегосударственноебюджетноеучреждение науки «Институт аналитическогоприборостроения РАН»Защита состоится 17 сентября 2015 г. в 17:00 часов на заседании диссертационногосовета Д 212.232.37 по защите диссертаций на соискание ученой степени кандидатахимических наук на базе Санкт-Петербургского Государственного Университета поадресу: 199004, Санкт-Петербург, Средний проспект В.О., д. 41/43, Большаяхимическая аудитория.С диссертацией и авторефератом можно ознакомиться в научной библиотекеим.

А.М. Горького Санкт-Петербургского Государственного Университета и на сайтеspbu.ru.Автореферат разослан «» 2015 г.Ученый секретарьДиссертационного советаПанчук Виталий Владимирович2ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ДИССЕРТАЦИИАктуальность проблемыВ последние 20 лет наблюдается устойчивый рост числа автоматизированныхсистем аналитического контроля (АСАК), работающих на принципах методовпроточного анализа (ПА). Одной из важнейших областей применения подобныхАСАК являются судовые природоохранные комплексы (СПК). На сегодняшний деньСПК применяют для экологического контроля важнейших водных объектовгустонаселенных районов РФ.

Это реки Нева, Москва, Волга, Амур, моря Черное,Азовское, Каспийское, Балтийское, Баренцево, озера Байкал, Ладожское. В настоящеевремя АСАК преимущественно функционируют на принципах проточноинжекционного анализа (ПИА). Однако, предложенный в 2007 г.

метод циклическогоинжекционного анализа (ЦИА) имеет ряд важных преимуществ перед ПИА с позицийзеленой аналитической химии, таких как минимизация расходов растворов реагентови объемов слива. В тоже время ЦИА не уступает ПИА по возможностям выбораалгоритмов функционирования в составе АСАК. Циклический инжекционныйанализатор, как и проточно-инжекционный, может работать в непрерывном режиме,но кроме того может работать и в режиме одиночных измерений через заданныеинтервалы времени.Основной недостаток ранее предложенных универсальных схем ЦИА дляприменения в сфере непрерывного судового мониторинга водной среды заключаетсяв продолжительности ЦИА, превышающей время анализа в ПИА в 1,5 – 3 раза, что вбольшинстве случаев не позволяет укладываться в желательный интервал временимежду двумя последовательными измерениями, выполняемыми в режиме движениясудна по обследуемой акватории.

Не менее важным является возможностьнепрерывного измерения концентраций аналитов в условиях их значительногоизменения при входе в область загрязнения или при выходе из неё. Кроме того,постоянно расширяется перечень аналитов, определение которых необходимо врамках непрерывного аналитического контроля акваторий.

От решения всегокомплекса перечисленных аналитических задач зависит прогресс в создании АСАКдля СПК.Цель работыЦель данного исследования – разработка новых методических иинструментальных решений в проточных методах анализа для совершенствованияАСАК, функционирующих в составе СПК для непрерывного экологическогоконтроля акваторий.Для достижения поставленной цели было необходимо решить следующиезадачи:- разработать аэро-гидравлические схемы на принципах метода ЦИА,превосходящие по своим аналитическим характеристикам схемы на принципахметода ПИА, используемого в настоящее время в АСАК в составе СПК;- разработать алгоритм работы АСАК, функционирующих на принципах ЦИА,позволяющий автономно определять аналиты в изменяемом диапазоне концентраций;- разработать методику определения Н2О2 в воде на принципах ПА;- выявить причину возникновения высокого фонового сигнала вкаталиметрических ПИ-методиках с предварительным концентрированием иразработать методику, позволяющую минимизировать фоновый сигнал и снизитьнижнюю границу диапазона определяемых концентраций аналитов.3Научная новизна работы1.

Предложен алгоритм работы АСАК, функционирующих на принципах ЦИА,позволяющий расширить диапазон определяемых концентраций аналитов за счетразделения его на несколько поддиапазонов, переход между которыми производитсяавтоматически в случае выхода измеряемых концентраций аналитов за границыодного из поддиапазонов.2. Разработан способ непрерывного автоматизированного определения вприродных водах аналитов, системно входящих в качестве примесей в составстандартных и рабочих растворов, основанный на последовательном использованииметодов добавок и градуировочного графика.3.

Предложена новая гидравлическая схема для метода ПИА, позволяющаяснизить ПО и нижнюю границу диапазона определяемых концентраций аналитов вкаталиметрических методиках.Практическая значимость работы1. Разработаны новые аэро-гидравлические схемы для метода ЦИА,позволяющие в 2 раза повысить производительность анализаторов по сравнению сизвестными схемами, функционирующими на принципах ЦИА, за счет совмещениякюветы детектора с реакционной емкостью, введения дополнительного канала дляинтенсификации процессов перемешивания растворов в кювете воздухом и их сбросаиз кюветы, а также размещения редукционной колонки на линии подачипромывочного раствора.2. Разработаны, аттестованы и внедрены в состав методического обеспечениясудовых АСАК для экоаналитического контроля природных вод методикиопределения Cu (II) и Н2О2 методом проточно-инжекционного анализа.

Разработаныметодики экспрессного определения Mn (II), нитрит- и нитрат-ионов методомциклического инжекционного анализа, отвечающие требованиям «зеленойаналитической химии», обеспечивая высокую производительность и минимизациюрасходов реагентов и объемов слива.3. Разработан и реализован алгоритм работы ЦИ-анализаторов в несколькихсмежных линейных поддиапазонах для методик циклического инжекционногоанализа с фотометрическим детектированием, обеспечивающий возможностьопределения аналитов в непрерывном режиме в расширеном диапазонеконцентраций.4.

Разработана и апробирована новая гидравлическая схема длякаталиметрических методик ПИА с предварительным концентрированием аналита,позволяющая снизить ПО и нижнюю границу диапазона определяемых концентрацийаналитов за счет введения в гидравлическую схему дополнительного канала подачираствора элюента.Положения, выносимые на защиту1. Новые аэро-гидравлические схемы ЦИА, обеспечивающие повышениепроизводительности анализаторов за счет совмещения кюветы детектора среакционной емкостью, введения дополнительного канала подачи дляинтенсификации процессов перемешивания растворов в кювете воздухом и их сбросаиз кюветы, а также размещения вспомогательного устройства подготовки (кадмиегоредуктора в случае определения нитрат-ионов) на линии подачи промывногораствора.42.

Алгоритм работы АСАК на принципах ЦИА, обеспечивающий расширениедиапазона определяемых концентраций аналитов, заключающийся в автоматическомизменении стадий пробоподготовки при переключении работы с одногоподдиапазона к другому, составляющих полный диапазон измеряемых концентраций,в случае выхода концентрации аналитов за границы одного из поддиапазонов.3. Общий подход к снижению ПО и нижней границы диапазона определяемыхконцентраций аналитов в каталиметрических методиках с предварительнымконцентрированием, реализуемых методом ПИА, за счет поддержания постоянногозначения рН раствора, в котором образуется аналитическая форма.4. Способ автоматизированного непрерывного определения аналитов вприродных водах, системно входящих в состав стандартных и рабочих растворов,позволяющий учитывать их содержание в последних за счет сочетания методовдобавок и градуировочного графика.Личный вклад соискателяАвтор принимал участие в дискуссиях по уточнению целей и задач исследований,а также в их планировании.