Химики Санкт‑Петербургского государственного университета разработали технологию анализа содержания химиката, способного загрязнять воду и наносить вред человеку. В предложенном подходе применяется метод колориметрии при помощи камеры смартфона с использованием растворителей нового поколения. Это позволит заменить дорогостоящие, менее точные и токсичные способы, существующие сейчас. Результаты исследования опубликованы в научном журнале Analytica Chimica Acta.

Качество воды оказывает значительное влияние на состояние окружающей среды и здоровье человека, поэтому существует необходимость очистки как сточной, так и питьевой воды. Один из этапов — удаление нерастворенных взвешенных частиц. Для этого используют специальные вещества, которые объединяют мелкие частицы в более крупные, — коагулянты и флокулянты.

Например, катионный полиэлектролит полидиаллилдиметиламмоний хлорида — полиДАДМАХ. Большая часть соединения во время фильтрации удерживается и не проходит на следующие этапы очистки. Однако в некоторых ситуациях, в частности при использовании концентраций сверх нормы, флокулянт может оставаться в воде, что становится опасным для человека. Кроме того, полиДАДМАХ способен закупоривать фильтры, это уменьшает поток воды и увеличивает затраты энергии.

Существующие способы определения содержания данного полиэлектролита не обладают достаточно низкими пределами обнаружения. Потому они требуют применения суперсовременного лабораторного оборудования или токсичных и дорогих реагентов. Как объяснила профессор СПбГУ Ирина Тимофеева (кафедра аналитической химии), при контроле качества воды важно получать информацию быстро, находясь около объекта анализа. Это позволяет оперативно реагировать в случае отклонения показателей от нормы.

Проведение такого мониторинга становится возможным при использовании тест-методов, часто применяющихся при наблюдении за природными объектами, в том числе водой.

Ученые Санкт-Петербургского университета разработали именно такой метод, при котором анализ воды может проводиться с использованием смартфона. Для разделения и концентрирования химики использовали сочетание двух подходов — твердофазной и жидкостно-жидкостной микроэкстракции. Сложность состояла в том, что предельно допустимая концентрация полиДАДМАХ низкая и составляет 0,1 мг/л, а в сточных водах содержится большое количество примесей, мешающих анализу.

Разработанный специалистами СПбГУ тест-способ включает последовательное пропускание пробы воды через картриджи с ионообменной смолой и ватой для удаления мешающих примесей, при этом полиДАДМАХ сорбируется на вате, не засоряя фильтр. Далее через картридж с ватой исследователи пропустили водный раствор анионного красителя пирогаллолового красного. В результате в картридже образовались комплекс полимера и ионный ассоциат красителя, который впоследствии ученые извлекают с помощью эвтектического растворителя.

«Выделение избытка красителя в растворитель необходимо для его концентрирования и увеличения чувствительности колориметрического определения. В разработанном способе эвтектический растворитель состоит из 1-октиламина и экологически безопасного природного терпеноида тимола», — рассказала инженер-исследователь кафедры аналитической химии СПбГУ Мария Кочеткова.

В результате коллектив ученых Санкт-Петербургского университета разработал и протестировал простой колориметрический тест-способ с детектированием камерой смартфона для определения флокулянта полиДАДМАХ в воде. По словам профессора Ирины Тимофеевой, он позволяет определять содержание вещества даже на уровне ниже предельно допустимой концентрации. При этом методику можно применить и вне лаборатории: для этого достаточно ориентироваться на градуировочный график при регистрации интенсивности окраски экстракта с помощью камеры смартфона.

«Для подтверждения эффективности разработки мы провели анализ реальных образцов: питьевой, водопроводной и очищенной сточной воды. Все пробы содержали полиДАДМАХ в небольших концентрациях», — сказала лаборант-исследователь кафедры аналитической химии СПбГУ Алена Антонова.

Полученный метод универсален, с его помощью можно проводить мониторинг водных ресурсов окружающей среды в бытовых и промышленных целях. 

https://scientificrussia.ru/articles/ucenye-spbgu-predlozili-sposob-obnaruzenia-potencialno-opasnogo-vesestva-v-vode-pri-pomosi-smartfonov