Метаматериал на основе модифицированного полимерного спирта как чувствительная матрица для контроля содержания углеводов методом оптической микрометрии
ВВЕДЕНИЕ
Углеводы выполняют важнейшие биохимические функции в организме человека. Так, глюкоза является одним из основных источников энергии для живых организмов; фруктоза и сахароза нашли широкое применение в пищевой промышленности как подсластители. Для решения проблемы определения содержания данных углеводов в продуктах питания предложено много различных методик: фотометрических, электрофоретических, хроматографических и т.д. Однако перечисленные методы обладают определенными недостатками, такими как сложный и длительный этап пробоподготовки, ограниченный диапазон определяемых содержаний или сложное и дорогостоящее оборудование, требующее специального обслуживания для получения точных и воспроизводимых результатов.
Современные оптика и вычислительная техника позволяют не только измерять с высокой точностью размеры самых разных объектов, но и осуществлять непрерывное измерение этих размеров в течение их изменения. Это дало возможность применить в химическом анализе для определения
Содержание
ВВЕДЕНИЕ4
Глава I. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ6
1. Полимеры и полимерные гели6
2. Поливиниловый спирт (ПВС)9
2.1. Строение и свойства ПВС9
2.2. Способы сшивания ПВС11
2.3. Применение ПВС в химическом анализе13
3. Роль комплексообразования с соединениями бора в химическом анализе18
4. Роль композитных материалов в аналитической химии24
4.1. Различные сенсоры на основе метаматериалов25
4.2. Использование композитных материалов в методах разделения и концентрирования27
4.3. Композитные материалы в хроматографии30
5. Методы определения углеводов32
5.1. Хроматографические методы33
5.2. Ферментативные методы38
5.3. Другие методы39
Глава II. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ41
1. Материалы и реактивы41
2. Методика синтеза сшитого ПВС41
3. Методика получения магнетита внутри гранул ПВС42
4. Методика приготовления фоновых растворов43
5. Экспериментальная установка для метода оптической микрометрии 44
6. Методика проведения экспериментов методом оптической микрометрии46
7. Методика определения массовой доли восстанавливающих сахаров в меде и сиропах методом оптической микрометрии48
8. Определение массовой доли восстанавливающих сахаров в мёде методом йодометрии49
8.1. Стандартизация раствора тиосульфата по дихромату калия49
8.2. Выполнение определения50
III. РЕЗУЛЬТАТЫ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ51
1. Немодифицированнный ПВС как чувствительная матрица для определения углеводов51
2. Влияние кислотности на степень набухания поливинилового спирта в растворе тетрабората натрия53
3. Влияние кислотности на степень набухания поливинилового спирта в растворах углеводов55
4. Композиты ПВС-магнетит58
5. Поведение импрегнированного ПВС при рН = 6.859
6. Поведение импрегнированного ПВС при рН = 8.662
7. Апробация методики и анализ реальных объектов67
ВЫВОДЫ69
СПИСОК ОПУБЛИКОВАННЫХ РАБОТ71
Благодарности74
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ75
. Семчиков Ю.Д. Высокомолекулярные соединения. М.-Н.Н.: Изд. центр «Академия». 2003. 368 c.
. Шур А.М. Высокомолекулярные соединения. М.: Высшая школа. 1981. 656 c.
. Qiu Y., Park K. Environment-sensitive hydrogels for drug delivery // Advanced Drug Delivery Reviews. 2001. № 53. Р. 321–339
. Роговина Л.З., Васильев В.Г., Браудо Е.Е. К определению понятия «полимерный гель». // Высокомол. соед. 2008. Т. 50. № 7. С. 1397–1406.
. Nicolson P.C., Vogt J. Soft contact lens polymers: an evolution // Biomaterials. 2001. Vol. 22, № 24. P. 3273–3283.
. Ta H.T. et al. A chitosan hydrogel delivery system for osteosarcoma gene therapy with pigment epithelium-derived factor combined with chemotherapy // Biomaterials. 2009. Vol. 30, № 27. P. 4815–4823.
. Buenger D., Topuz F., Groll J. Hydrogels in sensing applications // Progress in Polymer Science. 2012. Vol. 37, № 12. P. 1678–1719.
. Ding Z., Ziaie B. A pH-tunable hydrogel microlens array with temperature-actuated light-switching capability // Appl. Phys. Lett. 2009. Vol. 94, № 8. P. 081111.
. Chou K., Lin Y., Chen H., Huang S., Lin Z. A novel pH sensor based on the swelling of a hydrogel membrane. // 13th international conference on biomedical engineering, vols. 1–3. New York: Springer; 2009. p. 855-860.
. Grimshaw P.E. et al. Kinetics of electrically and chemically induced swelling in polyelectrolyte gels // The Journal of Chemical Physics. 1990. Vol. 93, № 6. P. 4462–4472.
. Lavine B.K. et al. Novel turbidimetric method to study polymer swelling // Microchemical Journal. 2012. Vol. 103. P. 97–104.
. Ферапонтов Н.Б., Ковалева С.С., Рубин Ф.Ф. Определение природы и концентрации растворенных веществ методом набухающей гранулы // Журнал аналитической химии. 2007. Т.62. №10. C.1028-1033.
. Asher S.A. et al. Polymerized crystalline colloidal array chemical-sensing materials for detection of lead in body fluids // Anal Bioanal Chem. 2002. Vol. 373, № 7. P. 632–638.
. Ji H.-F. et al. Ultrasensitive Detection of CrO42- Using a Microcantilever Sensor // Anal. Chem. 2001. Vol. 73, № 7. P. 1572–1576.
. Zhang Y. et al. Detection of CrO 4 2- Using a Hydrogel Swelling Microcantilever Sensor // Anal. Chem. 2003. Vol. 75, № 18. P. 4773–4777.
. 1. Cao Z.-Q., Wang G.-J. Multi-Stimuli-Responsive Polymer Materials: Particles, Films, and Bulk Gels // The Chemical Record. 2016. Vol. 16, № 3. P. 1398–1435.
. Папков С.П., Диброва А.К. К проблеме самопроизвольного застудневания растворов полимеров.// Высокомолекулярные соединения. 1983. Т. 25 А. С. 630–635.
. Ушаков С. Н. Поливиниловый спирт и его производые, Изд. АН СССР, 1960.
. Гросс Е. Ф. Рыскин Я.И. Инфракрасный спектр поливинилового спирта в интервале размягчения и водородная связь. / Сборник, посвященный 70-летию акад. А.Ф. Иоффе. Изд. АН СССР. 1950. С.249-259.
. Horkay F., Nagy N. Mechanical-reological studies of polymer networks. I. Effect of conditions of cross-linking on the mechanical properties // Acta Chim. Acad. Hung. 1981. V. 107. № 4. P. 321-334.
. Robertson H. et al. Competitive specific ion effects in mixed salt solutions on a thermoresponsive polymer brush // Journal of Colloid and Interface Science. 2021. Vol. 586. P. 292–304.
. Qiu Y., Park K. Environment-sensitive hydrogels for drug delivery // Advanced Drug Delivery Reviews. 2001.
. Peter S., Hese N., Stefan R. Phenol-selective, highly resistant RO-membranes made from PVA for the purification of toxic industrial wastes // Desalination. 1976. Vol. 19, № 1–3. P. 161–167.
. Amanda A., Mallapragada S.K. Comparison of protein fouling on heat-treated poly(vinyl alcohol), poly(ether sulfone) and regenerated cellulose membranes using diffuse reflectance infrared fourier transform spectroscopy // Biotechnol. Prog. 2001. Vol. 17, № 5. P. 917–923.
. Cheng A., Rodrignes F. Mechanical properties of borate crosslinked poly(vinyl alcohol) gels. // J. Appl. Polym. Sci. 1981. V. 26. № 11. P. 3895-3908.
. Figueiredo K., Alves T., Borges C. Poly(vinyl alcohol) films crosslinked by glutaraldehyde under mild conditions. // J. Applied Polymer Science. 2009. V.111. Р.3074–3080.
4. Роль композитных материалов в аналитической химииКомпозитные материалы и метаматериалы сочетают в себе свойства двух или более веществ, в результате чего получается материал с улучшенными характеристиками по сравнению со свойствами отдельных компонентов.
Роль композитов и метаматериалов настолько велика, что рассмотреть все области их применения в аналитической химии не представляется возможным. В данном разделе будут описаны наиболее распространенные и наиболее важные (с точки зрения автора) области применения современных метаматериалов.
4.1. Различные сенсоры на основе метаматериаловАнализ литературы, связанной с современными подходами к получению и применению метаматериалов показал, что наибольшее прикладное значение в аналитической химии такие материалы имеют для создания различных сенсоров.