Автореферат (Проточный многокомпонентный анализ биодизельных топлив)

САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТНа правах рукописиШишов Андрей ЮрьевичПроточный многокомпонентный анализ биодизельных топливСпециальность 02.00.02 – аналитическая химияАвторефератдиссертации на соискание ученой степеникандидата химических наукСанкт-Петербург − 2015Работа выполнена на кафедре аналитической химии Института химии СанктПетербургского государственного университетаНаучный руководитель:доктор химических наукБулатов Андрей ВасильевичФГБОУ ВПО «Санкт-Петербургский государственныйуниверситет»,доцент кафедры аналитической химииОфициальные оппоненты:доктор химических наук, профессорМедянцева Эльвина ПавловнаФГБОУВПО«Казанскийгосударственныйуниверситет»,профессор кафедры аналитической химииКандидат химических наукМозжухин Анатолий ВасильевичЗАО НПО «Гранит-7», главный специалистВедущая организация:Федеральное государственное автономное учреждениевысшего профессионального образования «Казанскийнациональный исследовательский технологическийуниверситет»Защита состоится «03» декабря 2015 г.

в 15:00 часов на заседании диссертационногосовета Д 212.232.37 по защите диссертаций на соискание ученой степени кандидатахимических наук на базе Санкт-Петербургского государственного университета по адресу:199004, Санкт-Петербург, Средний проспект В.О., д.

41/43, Большая химическая аудитория.С диссертацией и авторефератом можно ознакомиться в научной библиотеке им. А.М.Горького Санкт-Петербургского государственного университета и на сайте СанктПетербургского государственного университета http://spbu.ru/science/disser/dissertatsiidopushchennye-k-zashchite-i-svedeniya-o-zashchite/details/12/609.htmlАвтореферат разослан «___» сентября 2015 г.Ученый секретарьдиссертационного советак.

ф.-м. н./В.В. Панчук/2ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ДИССЕРТАЦИИАктуальность проблемыПри решении проблемы поиска возобновляемых источников энергии особоевнимание уделяется технологиям изготовления и контролю качества биологическоготоплива. Одним из уже достаточно широко используемых биологических топлив являетсябиодизельное, которое представляет собой смесь углеводородов нефтяного происхождения иэфиров жирных кислот, полученных, в основном, по реакции переэтерефикациирастительных или животных жиров со спиртами в присутствии катализаторов. Основныминормируемыми показателями качества биодизельного топлива являются содержание егопрекурсоров (метиловый и этиловый спирты, триглицериды жирных кислот, катализаторы) ипобочных продуктов, таких как глицерин.

Кроме того, существует задача определениянаиболее вероятных примесных компонентов: соединений серы, фосфора, кремния иметаллов, неизбежно присутствующих в исходном сырье.Для проведения химического анализа биодизельного топлива в основномиспользуются методики на принципах спектральных и хроматографических методов,включающие ручные процедуры пробоподготовки, требующие относительно большихтрудозатрат. В качестве альтернативы существующим подходам к организациикомплексного контроля биодизельного топлива рассматриваютсяпроточные методыанализа, открывающие возможности автоматизации и миниатюризации.Учитывая наличие в биодизельном топливе нескольких подлежащих контролюаналитов, при разработке методик на принципах проточного анализа необходимоориентироваться на методические решения, обеспечивающие возможность проведениямногокомпонентного анализа.

При этом важной задачей остается разработка новых методови инструментальных схем пробоподготовки, обеспечивающих возможность определениянескольких аналитов из одной пробы со сложной по составу матрицей. Эта тенденцияпроявляется и в проточных методах анализа биодизельного топлива. Общим решениемсуществующей задачи является автоматизация многокомпонентного анализа биодизельныхтоплив на принципах циклического инжекционного анализа, концепция которогообеспечивает высокую чувствительность и возможность включения в его схему различныхметодов пробоподготовки.Актуальность исследований в направлении решения данной проблемыподтверждается их поддержкой со стороны Российского фонда фундаментальныхисследований (Гранты № 12.15.520.2014 и 13-03-00031-a), Правительства Санкт-Петербурга(постановление Правительства Санкт-Петербурга от 25.06.2012 № 389 и от 18.06.2013 №267) и International Visegrad Fund (Visegrad Scholarship от 04.09.2014).Цель работыЦель исследования – разработка новых методических подходов и инструментальныхсхем пробоподготовки для многокомпонентного анализа биодизельных топлив на принципахциклического инжекционного анализа.Для достижения поставленной цели было необходимо решить следующие задачи:−адаптировать метод множественной линейной регрессии к условиямвыполнения циклического инжекционного многокомпонентного спектрофотометрическогоанализа биодизельного топлива для одновременного определения в нем кальция, магния,железа, алюминия, фосфора и кремния;−оптимизировать условия проведения хромогенных реакций образованиякомплексов ионов кальция(II) и магния(II) с эриохромом черным Т в спиртовых растворахбиодизельных топлив для их последующего спектрофотометрического определения;3−изучить и оптимизировать процесс селективного мембранного выделенияметанола и этанола из биодизельного топлива в водную фазу и адаптировать его в схемуциклического инжекционного анализа;−изучить и оптимизировать условия проведения хромогенной реакцииобразования глицерата меди(II) в гетерогенной системе: водная фаза – Cu2+-катионит дляспектрофотометрического определения глицерина;−изучить и оптимизировать процесс нормальнофазового жидкостножидкостного хроматографического выделения глицерина из биодизельного топлива иадаптировать его в схему циклического инжекционного анализа.Научная новизна работыПредложен новый комбинированный метод многокомпонентного проточного анализа,основанный на сочетании циклического инжекционного анализа и метода множественнойлинейной регрессии.Разработана новая инструментальная схема пробоподготовки для определенияметанола и этанола в биодизельном топливе в условиях циклического инжекционногоанализа, основанная на испарении аналитов через селективную мембрану.Разработана новая инструментальная схема пробоподготовки для определенияглицерина в биодизельном топливе в условиях циклического инжекционного анализа,основанная на его нормальнофазовом жидкостно-жидкостном хроматографическомвыделении и концентрировании.Предложена новая мембрана из полифениленизофталамида для селективноговыделения метанола и этанола из биодизельного топлива.Установлены условия проведения хромогенных реакций образования аналитическихформ кальция(II) и магния(II) с эриохромом черным Т в спиртовом растворе биодизельноготоплива для их последующего циклического инжекционного спектрофотометрическогоопределения методом множественной линейной регрессии.Показана возможность проведения хромогенной реакции образования глицератамеди(II) в гетерогенной системе: водная фаза – Cu2+-катионит.Практическая значимость работыРазработаны и апробированы циклические инжекционные методики:−одновременного спектрофотометрического определения кальция и магния вбиодизельном топливе, обеспечивающая возможность существенного сокращения временианализа, расхода реагентов и объема образующихся отходов за счет проведенияхромогенных реакций непосредственно в растворе биодизельного топлива;−спектрофотометрического определения глицерина в биодизельном топливе,обеспечивающая автоматизацию и миниатюризацию анализа;−одновременного спектрофотометрического определения алюминия, железа,кремния и фосфора в биодизельном топливе на принципах новой комбинированной версиимногокомпонентного проточного анализа, основанной на сочетании возможностейциклического инжекционного анализа и метода множественной линейной регрессии;−одновременного вольтамперометрического определения метанола и этанола вбиодизельном топливе для автоматизированного контроля его качества.Положения, выносимые на защиту1.Новый комбинированный проточный метод многокомпонентного анализа,основанный на сочетании циклического инжекционного анализа и метода множественнойлинейной регрессии;2.Условия проведения хромогенных реакций образования аналитических формионов кальция(II) и магния(II) с эриохромом черным Т в спиртовом растворе биодизельного4топлива для их последующего циклического инжекционного спектрофотометрическогоопределения методом множественной линейной регрессии;3.Схема селективного мембранного выделения метанола и этанола в воднуюфазу из биодизельного топлива через мембрану из полифениленизофталамида,адаптированная к условиям циклического инжекционного анализа;4.Схема нормальнофазового жидкостно-жидкостного хроматографическоговыделения глицерина в водную фазу из биодизельного топлива, адаптированная к условиямциклического инжекционного анализа;5.Схема проведения реакции образования глицерата меди(II) в гетерогеннойсистеме:воднаяфаза–Cu2+-катионитдляциклическогоинжекционногоспектрофотометрического определения глицерина.6.Методики циклического инжекционного определения метанола, этанола,глицерина, кремния, фосфора, железа, алюминия, кальция и магния в биодизельном топливеи результаты их испытаний.Личный вклад соискателяАвтор принимал участие в дискуссиях по уточнению цели и задач исследования,планированию экспериментальных исследований.

Все экспериментальные исследованиявыполнены лично автором. Соискатель принимал активное участие в обсуждении иинтерпретации полученных результатов, написании статей, подготовке и представлениидокладов на Всероссийских и международных конференциях.Апробация работыМатериалы диссертации были представлены на 7 конференциях: Первой зимнеймолодежной школе-конференции с международным участием «Новые методы аналитическойхимии» (Санкт-Петербург, 2013), VII Всероссийской конференции молодых ученых,аспирантов и студентов с международным участием по химии и наноматериалам«Менделеев-2013» (Санкт-Петербург, 2013), VIII Всероссийской конференции смеждународным участием молодых ученых по химии «Менделеев-2014» (Санкт-Петербург,2014), 19th International conference ICFIA (Япония, 2014), IV Всероссийский симпозиум«Разделение и концентрирование в аналитической химии и радиохимии» (Туапсе, 2014),Polish Symposium «Flow Analysis» (Краков, Польша, 2014), IX Всероссийской конференции смеждународным участием молодых ученых по химии «Менделеев-2015» (Санкт-Петербург,2015).Публикация результатовМатериалы диссертации опубликованы в 6 статьях в журналах (суммарный импактфактор журналов 12,836) и в форме тезисов докладов 7 конференций.Объем и структура диссертацииДиссертационная работа состоит из введения; общего обзора литературы поклассификации, методам синтеза биологического топлива и существующим методам егоанализа; методики экспериментальных исследований; трех экспериментальных глав,посвященных разработке новых инструментальных схем пробоподготовки и методик анализана принципах циклического инжекционного анализа; выводов и списка цитируемойлитературы (183 наименования).