Поиск, синтез и применение экстрагентов последнего поколения для создания новых эффективных методик химического анализа сложных по составу проб

КАРТОЧКА ПРОЕКТА ФУНДАМЕНТАЛЬНЫХ И ПОИСКОВЫХ НАУЧНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ,
ПОДДЕРЖАННОГО РОССИЙСКИМ НАУЧНЫМ ФОНДОМ

Информация подготовлена на основании данных из Информационно-аналитической системы РНФ, содержательная часть представлена в авторской редакции. Все права принадлежат авторам, использование или перепечатка материалов допустима только с предварительного согласия авторов.

ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ

Номер проекта 24-23-00052

НазваниеПоиск, синтез и применение экстрагентов последнего поколения для создания новых эффективных методик химического анализа сложных по составу проб

Руководитель Тимофеева Ирина Игоревна, Кандидат химических наук

Организация финансирования, регион федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Санкт-Петербургский государственный университет" , г Санкт-Петербург

Конкурс №89 - Конкурс 2023 года «Проведение фундаментальных научных исследований и поисковых научных исследований малыми отдельными научными группами»

Область знания, основной код классификатора 03 - Химия и науки о материалах; 03-205 - Аналитическая химия

Ключевые слова Химический анализ, пробоподготовка, методы разделения и концентрирования, микроэкстракция, пищевые продукты, алкилполигликозиды, терпены, терпеноиды, глубокий эвтектический растворитель, биотин, фосфаты, полициклические ароматические углеводороды

Код ГРНТИ31.19.00

ИНФОРМАЦИЯ ИЗ ЗАЯВКИ

Аннотация
Важной задачей современной аналитической химии для обеспечения качественной жизни населения является разработка простых, эффективных и экспрессных методов и подходов анализа пищевых продуктов и объектов окружающей среды. Химический анализ этих объектов, ввиду сложного состава матрицы и зачастую низких содержаний целевых аналитов, требует разработки новых методов и подходов, основанных на актуальных достижениях науки, позволяющих проводить надежное определение аналитов. Стадия пробоподготовки, включающая выделение и концентрирование целевых аналитов, остается наиболее длительной и трудоемкой в общей схеме химического анализа пищевых продуктов и предполагает большой расход реагентов на ее выполнение. Для решения указанных проблем актуальной задачей является разработка миниатюризированных, экспрессных и избирательных методов разделения и концентрирования, совместимых с современными инструментальными методами. Основываясь на литературных данных, в последние годы при анализе пищевых продуктов особое внимание уделяется жидкостной микроэкстракции. Основными критериями её применения в химическом анализе является отказ от использования токсичных и агрессивных растворителей и реагентов. Поэтому основные направления исследований в области аналитической химии в последнее время сосредоточены на поиске новых, эффективных, экологически безопасных растворителей и материалов, для выделения аналитов из сложных по составу матриц проб. В рамках данного проекта планируется разработка комплекса простых экспрессных и чувствительных методов для обеспечения надежного контроля качества пищевых продуктов и объектов окружающей среды с применением экстрагентов последнего поколения: глубоких эвтектических растворителей, их прекурсоров и мицеллярных сред природного происхождения. Впервые будет реализован способ мицеллярной микроэкстракции, основанный на образовании аналитической формы определяемого вещества с последующим ее массопереносом в мицеллярную фазу алкилполигликозида, которая будет образовываться из гомогенного раствора пробы при изменении его химического состава. Будут изучены условия образования изотропного раствора и коацервации, а также фазовый состав. Также исследования данного проекта будут сфокусированы на синтезе и изучении глубоких эвтектических растворителей с целью применения их для конкретных аналитических задач. Новые системы растворителей обеспечат возможность устранения мешающего влияния матричных компонентов проб и эффективного извлечения целевых аналитов. Аналитические возможности разработанных способов будут подтверждены при определении неорганических и органических веществ в пробах сложного состава спектральными и хроматографическими методами. На основе полученных данных будут разработаны и валидированы новые методики определений.

ОТЧЁТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ

Аннотация результатов, полученных в 2024 году
В рамках проекта были синтезированы и изучены гидрофильные, квазигидрофобные и гидрофобные глубокие эвтектические растворители (ГЭР) на основе четвертичных аммониевых солей, терпенов и их производных, высших карбоновых кислот и спиртов по отношению к витамину группы В – биотину. Установлено, что наибольшую эффективность экстракции высокополярного аналита удалось достичь в случае квазигидрофобного ГЭР на на основе холина хлорида и карбоновой кислоты со средней длиной углеродной цепи. При введении такого растворителя в водную фазу пробы происходило его разложение, при этом соль холина хлорида выступала в роли высаливающего агента, способствуя эффективности массопереноса аналита из водной фазы в органическую. Введение в систему тетрагидрофурана способствовало образованию супрамолекулярного растворителя, состоящего из прекурсора ГЭР (гептановой кислоты) и тетрагидрофурана, при этом наблюдалось увеличение эффективности экстракции аналита практически в 2 раза. На основе предложенного варианта жидкостно-жидкостной микрокстракции был разработан комбинированный способ определения витамина В7 (биотина) в образцах сухого корма для кошек и БАД, включающий кислотную минерализацию проб, микроэкстракционное выделение аналита в фазу супрамолекулярного растворителя и последующее ВЭЖХ-УФ определение. Предложенная процедура микроэкстракции позволяет добиться высокой степени извлечения (более 90 %). По результатам исследований подготовлена публикация, подана в журнал издательства Elsevier (Q1). Также в ходе первого этапа проекта впервые была показана возможность применения супрамолекулярного растворителя на основе экологически безопасных биоразлагаемых неионогенных поверхностно-активных веществ – алкилполигликозидов для микроэкстракционного выделения неорганических аналитов. Способ, основанный на образовании окрашенной аналитической формы определяемого вещества с последующим ее массопереносом в мицеллярную фазу на основе алкидполигликозидов, нашел применение для экспрессного колориметрического определения фосфатов в природных водах. Коацервация мицелл на основе алкилполигликозидов происходит при добавлении карбоновой кислоты, выступающей в роли агента коацервации, таким образом, были изучены различные карбоновые кислоты и установлено, что наибольшим сродством к аналитической форме обладает наименее гидрофобная мицеллярная фаза, содержащая пивалевую кислоту. Были изучены различные параметры проведения анализа, такие как состав и концентрация фотометрического реагента, температура и время нагревания реакционной смеси, объем добавляемой карбоновой кислоты, концентрация высаливающего агента, мешающее влияние компонентов реальных проб (природных вод). Выбранные условия позволили обеспечить диапазон определяемых концентраций от 0,02 до 0,40 мг/л, предел обнаружения способа – 5 мкг/л. Разработанный способ мицеллярной микроэкстракции прост в применении и имеет потенциал для его реализации во внелабораторных условиях путем определения концентрации аналита методом визуальной колориметрии. Результаты опубликованы в Журнале аналитической химии [I. I. Timofeeva et al., J. of Analytical Chemistry 79 (10) (2024) pp. 1408–1414. DOI: 10.1134/S1061934824700771].

Публикации

1. Кочеткова М.А., Двойных Д.Д., Булатов А.В., Тимофеева И.И. Экологически безопасный способ колориметрического определения фосфатов в продуктах детского питания с применением мицеллярной микроэкстракции Сборник тезисов Международной научной конференции студентов, аспирантов и молодых учёных «Ломоносов-2024». 12-26 апреля 2024 г., Москва. , Сборник тезисов Международной научной конференции студентов, аспирантов и молодых учёных «Ломоносов-2024». Стр. 59. (год публикации - 2024)

2. Тимофеева И.И., Барбаянов К.А., Кочеткова М.А., Яхая Н., Зейн Н.Н.М., Булатов А.В. Recent developments in sample pretreatment techniques for the determination of fluoroquinolones in foods Elsevier (Amsterdam, Netherlands; NY, United States), Trends in Analytical Chemistry, V. 178, 2024, 117831 (год публикации - 2024)
10.1016/j.trac.2024.117831

3. Барбаянов К.А., Тимофеева И.И., Булатов А.В. ВЭЖХ-УФ определение витаминов группы В в продуктах питания с предварительным микроэкстракционным концентрированием Сборник тезисов Международной научной конференции студентов, аспирантов и молодых учёных «Ломоносов-2024». Даты проведения: 12-26 апреля 2024 г., Москва., Сборник тезисов Международной научной конференции студентов, аспирантов и молодых учёных «Ломоносов-2024». Стр. 15. (год публикации - 2024)

4. Тимофеева И.И., Кочеткова М.А., Двойных Д.Д., Сафинская Я.В., Зубакина Е.А., Булатов А.В. Мицеллярная микроэкстракция на основе алкилполигликозидов для концентрирования и спектрофотометрического определения фосфат-ионов в водных средах Springer (Cham, Switzerland), Journal of Analytical Chemistry, 2024, Vol. 79, No. 10, pp. 1408–1414. (год публикации - 2024)
10.1134/s1061934824700771

5. Тимофеева И.И. Микроэкстракционные методы в контроле качества пищевых продуктов ХХII Менделеевский съезд по общей и прикладной химии, 7-12 октября, 2024, Федеральная территория «Сириус», Россия. Сборник тезисов до- кладов в 7 томах. Том 2. — М.: ООО «Адмирал Принт», 2024. – 528 c. – ISBN 978-5-00202-666-1 (т. 2), Сборник тезисов XXII Менделеевского съезда по общей и прикладной химии, Стр. 355. (год публикации - 2024)

6. Барбаянов К.А., Веселова Д.С., Тимофеева И.И., Булатов А.В. Liquid microextraction based on “classical” and “green” solvents for chromatographic determination of biotin XIII International Conference on Chemistry for Young Scientists “MENDELEEV 2024”. St Petersburg. September 2–6, 2024. Book of abstracts. — St Petersburg.: VVM Publishing LLC, 2024. — 822 p., Сборник тезисов Международной конференции XIII International Conference on Chemistry for Young Scientists «Mendeleev 2024». Стр. 295. (год публикации - 2024)

7. Барбаянов К., Вовк М., Булатов А., Тимофеева И. Liquid-liquid microextraction based on in situ decomposition of deep eutectic solvent and following formation of supramolecular solvent: determination of biotin in food samples Elsevier, J. Food Compos. Anal., 146 (2025), p. 107910 (год публикации - 2025)
10.1016/j.jfca.2025.107910

8. Веселова Д., Барбаянов К., Шишов А., Булатов А., Тимофеева И. Natural deep eutectic solvent based on camphor and citral as effective and safe extractant for the determination of polycyclic aromatic hydrocarbons in foods Elsevier, Talanta, 298 (2026), p. 128924 (год публикации - 2026)
10.1016/j.talanta.2025.128924

9. Барбаянов К.А., Булатов А.В., Тимофеева И.И. Жидкостно-жидкостная микроэкстракция на основе in situ разложения глубокого эвтектического растворителя и последующего образования супрамолекулярного растворителя: определение биотина в образцах пищевых продуктов Кубанский государственный университет, Краснодар. , Материалы VII Всероссийского симпозиума «Разделение и концентрирование в аналитической химии и радиохимии» Стр. 109. Даты проведения: 21-27 сентября 2025 г., Краснодар. (год публикации - 2025)

10. Веселова Д.С, Барбаянов К.А., Тимофеева И.И., Булатов А.В. Новый способ жидкостно-жидкостной микроэкстракции на основе растворителей последнего поколения для определения полициклических ароматических углеводородов в природной воде Санкт-Петербургский государственный университет, г. Санкт-Петербург, Сборник тезисов XIII Всероссийской конференции по анализу объектов окружающей среды с международным участием «Экоаналитика-2025». Стр. 60. Даты проведения: 19-23 мая 2025 г., Санкт-Петербург. (год публикации - 2025)