Фотонные кристаллы (ФК) -функциональные материалы с упорядоченной структурой и периодически изменяющимся показателем преломления.ФК прозрачны в видимой области спектра за исключением узкой полосы, вызванной наличием запрещенной зоны.Аналитическим сигналом служит батохромный или гипсохромный сдвиг спектра отражения, а визуальноизменение цвета (например, от зеленого к красно-оранжевому).Использовали мини-спектрофотометр "eye-one Pro", позволяющий получить интегральные характеристики отражения от поверхности анизотропного ФК.Для детектирования паров органических растворителей спектрофотометр фиксировали на разработанной нами приставке в положении апертурой вверх.Отражение измеряли с обратной стороны сенсора через оптически прозрачную подложку (поликарбонат) в динамическом режиме.Данные получали с помощью стандартного программного обеспечения i1Share; одновременно записывали в файл формата *.csv температуру и влажность на протяжении эксперимента и обрабатывали в программе MS Excel.Воздействие насыщенных паров летучих углеводородов приводит к батохромному сдвигу спектра на 80-100 нм.Наиболее актуально обнаружение низких концентраций углеводородов на уровне ПДК.Ненасыщенные пары толуола (0,3 -60 мг/м 3 ) создавали в стеклянном куполе, дозируя толуол на вату, помещенную на нагретую спираль.ФК и спектрофотометр также находились в этом куполе; спектры диффузного отражения регистрировали в автоматическом режиме с интервалом 20 с.Разработан способ on-line контроля паров летучих углеводородов (толуола, ксилола) в воздухе рабочей зоны на производстве лакокрасочных материалов.Прибор с зафиксированным на апертуре ФК устанавливали в производственном цехе.Эксперименты проводили: в рабочие дни (концентрация паров углеводородов в рабочей зоне максимальна); в выходные (когда концентрация паров была равновесной); в "чистом" помещении, где заведомо отсутствовали пары углеводородов.При регистрации спектра с низкой дискретностью (10 нм) возникает проблема точного определения положения максимума.Участок спектра вблизи максимума описывали квадратичной зависимостью R = aλ 2 + bλ + c, где λ -длина волны, R -коэффициент отражения.Параметры a, b и c находили интерполяцией с помощью регрессионного анализа; максимум спектра рассчитывали, как λmax = -b/2a.Получено хорошо воспроизводимое смещение максимума спектра отражения ФК, согласующееся со стадиями производства лакокрасочных материалов.Однако величина этих изменений значительно меньше, чем шаг регистрации спектра (10 нм).Статистическая значимость изменений подтверждена контрольными экспериментами в условиях, исключающих колебания концентрации паров летучих углеводородов в атмосфере.Сигнал, регистрируемый в этих условиях, принимали за фоновый.По 3s-критерию сдвиг максимума на спектре, превышающий 0,08 -0,10 нм, является статистически значимым.Таким образом, предложен подход к непрерывному on-line контролю ненасыщенных паров летучих углеводородов с помощью сенсорных матриц на основе ФК.Исследование выполнено при финансовой поддержке РФФИ в рамках проекта № 18-03-00397.

Актуальная задача экспрессного химического анализа -разработка селективных и чувствительных компактных тест-средств для обнаружения токсичных и канцерогенных веществ -органических растворителей, в больших количествах используемых в промышленности.Эффективным тест-средством могут быть наноструктуры, например, фотонные кристаллы (ФК), имеющие период упаковки, близкий к длинам волн видимого диапазона.Под воздействием аналитов они изменяют свой структурный цвет, обусловленный узкой полосой отражения.Такой аналитический сигнал является достоверным способом обнаружения при относительно невысокой стоимости сенсоров.Для измерения сигнала ФКсенсоров предложено использовать спектроскопию диффузного отражения как интегральный метод.Сенсоры представляют собой упорядоченный ансамбль монодисперсных полистирольных сферических частиц (190-250 нм) на подложке (поликарбонат или стекло), закрытый чувствительной матрицей из полидиметилсилоксана. В качестве аналитов исследовали органические растворители алифатического и ароматического ряда.Разработано устройство для нанесения проб аналитов и непосредственного измерения спектров отражения, что позволило разработать программно-аппаратный комплексный подход для определения структурного цвета в динамике; подобраны стандартные условия измерения и обработки аналитического сигнала.Оценена воспроизводимость аналитического сигнала и возможность многократного использования сенсорных матриц для обнаружения углеводородов.Основную аналитическую информацию несет изменение положения максимума спектра при воздействии углеводородов.Динамические спектры диффузного отражения при воздействии алифатических и ароматических углеводородов различаются.Инструментом для качественного анализа растворителей могут служить паттерны, по характерным участкам которых можно идентифицировать углеводород, однако оценить по ним количественное воздействие аналитов невозможно.Структурный цвет ФК-матриц как анизотропных сред также меняется в зависимости от угла наблюдения.Использование спектроскопии диффузного отражения позволяет рассчитать координаты цветности стандартной колориметрической системы CIE структурный цвет сенсоров по динамическим спектрам при идентификации летучих органических соединений.На диаграмме цветности CIE можно наблюдать динамику изменения структурного цвета сенсора (380-700 нм).Цветовая шкала может быть изготовлена также на основе ФК, что исключает влияния изменения угла наблюдения.Построены зависимости положения максимума фотонной запрещенной зоны от времени и хроматические диаграммы с нанесенным треком изменения цвета с зеленого на красный при воздействии углеводорода.Выявлена равномерная зависимость между батохромным сдвигом и изменением цвета.Таким образом, сочетание регистрации аналитического сигнала методом спектроскопии диффузного отражения и визуализацией на хроматических диаграммах

An integrated hardware–software approach was proposed to record the analytical response of sensor matrices exposed for a long time to liquid hydrocarbons and their vapors. A cell was designed and 3D-printed to detect hydrocarbons by photonic-crystal sensor matrices with computer recording and accumulation of the diffuse reflectance spectra with subsequent metrological signal processing. The low content of volatile organic compounds in the air of the working area was determined, and the obtained data agree well with the stages of the working cycle in paint and varnish production. The statistical significance of the changes in the analytical signal of the photonic-crystal sensor that were caused by the time variation of the concentration of hydrocarbons was confirmed.

By transforming the time-based x-axis of electropherograms in capillary zone electrophoresis (CZE) into the corresponding effective mobility-scale, we propose a simple and robust data representation for a better qualitative and quantitative capillary electrophoresis (CE) analysis. The time scale of the raw electrophoretic data (detection signal versus time) is transformed into an effective electrophoretic mobility scale (mu (eff)-scale) with account of the electroosmotic flow (EOF) peak or of an internal standard of known effective mobility. With the new scaling (detection signals versus effective mobility), the obtained electropherograms are more representative of the velocity-based electrophoretic separation and the comparison of complete electropherograms is directly possible. This is of importance when tracking peaks in real samples where alteration in EOF stability can occur or when comparing electrophoretic runs from different experimental setups (independence in column length and voltage). Beside the qualitative possibilities, a quantitative improvement is achieved-in the mu (eff)-scale with significant better peak area reproducibility and equal to more precision in quantitative analysis than with the primary time-scale integration.*

Internal pH gradients for sorbents with grafted oligoethyleneamines were obtained by using single-component eluents containing weak protolytes. The shapes of the experimental pH profiles were explained. The experimental and calculated pH profiles were compared. An approach to selecting the sorbent, initial solution, and eluent in order to obtain a desired elution profile was proposed.

A new model of the internal pH-gradient formation, based on the description of both homogeneous and heterogeneous equilibria through explicit forms of appropriate equilibria constants is proposed. The corresponding program “CF” for computation of the profile of an internal pH-gradient generated in systems containing a weak anion-exchanger and mixture of acids as an eluent was developed based on this model. The crucial effect of ionic strength on the profile of pH-gradient was found for the first time.

The construction of the pK spectrum (the distribution function of acid groups by pK values) with the use of linear regression analysis restricted to non-negative solutions was applied to the potentiometric analysis of multicomponent mixtures of acids. The stability of the obtained solutions with respect to various random and systematic errors in experimental data was studied using calculated titration curves. ab obtain stable solutions, the step of the pK set (basis set) used in the calculation of the pK spectrum should be no less than 0.25, which corresponds to the theoretical resolution limit of the method Delta pK = 0.5. The method was tested using model two-to Four-component mixtures of acids with concentrations of n x 10(-3) M and pK 1-1.5.

An algorithm of verification is proposed and criteria of accuracy are stated For the calculated pK spectrum (the distribution function of acid groups by pK values) of a polyelectrolyte using potentiometric data when the exact form of the pK spectrum is unknown. The computational method based on linear regression analysis restricted to non-negative solutions gives correct solutions when applied to model titration curves of polyelectrolytes and can be promising for the potentiometric analysis of polyelectrolytes.