Для анализа бензина предложен инновационный метод, основанный на регистрации люминесценции особых сенсоров, чувствительных к компонентам нефтепродуктов. Этот подход, разработанный учеными, соответствует принципам экологически чистой ("зеленой") химии, поскольку для проведения 9000 анализов требуется всего один грамм реагентов, представляющих опасность для окружающей среды. Важно отметить, что стоимость одного анализа крайне невелика – всего 30 копеек. Таким образом, новая методика представляет собой экономически выгодную и экологически безопасную альтернативу применяемой в настоящее время жидкостной хроматографии. Результаты исследований, получивших поддержку от Российского научного фонда (РНФ), опубликованы в журнале Optical Materials.
Бензин содержит десятки ароматических соединений, представляющих собой органические вещества с углеродным кольцом. Их количественное соотношение определяет марку бензина, такую как АИ-92, АИ-95 или АИ-98. Цифра в названии указывает на октановое число, характеризующее плавность сгорания топлива и устойчивость к преждевременному воспламенению. Как правило, высокое содержание ароматических соединений соответствует большему октановому числу, что обеспечивает более полное и равномерное сгорание. Однако избыток этих соединений может привести к образованию нагара, ускоряющего износ двигателя. Поэтому для продления срока службы техники, использующей двигатели внутреннего сгорания, необходимо контролировать концентрацию ароматических веществ в бензине.
В настоящее время определение состава бензина осуществляется с помощью высокоэффективной жидкостной хроматографии. В трубку, заполненную сорбентом (твердым веществом, часто представляющим собой высушенный гель на основе кремниевых кислот), вводят пробу бензина, предварительно смешанную с растворителем. Проходя через трубку, бензин разделяется на отдельные компоненты (фракции) из-за различной скорости их движения через сорбент. В качестве растворителей обычно используются токсичные и легковоспламеняющиеся вещества, такие как гексан, хлористый метилен или ацетонитрил. Стремясь уменьшить количество вредных отходов, исследователи активно ищут новые методы анализа состава бензина.
Ученые из Ивановского государственного химико-технологического университета (г. Иваново) и Тихоокеанского государственного университета (г. Хабаровск) предложили использовать для анализа люминофорное вещество BODIPY, чье свечение изменяется в зависимости от концентрации отдельных компонентов бензина. Данное соединение было получено путем смешивания пиррола (органического соединения в виде кольца из атомов углерода и азота) и бензальдегида (углеродного кольца с атомом кислорода и другими атомами).
Люминофор добавляли в бензин, предварительно измерив его плотность и вязкость. Полученный образец помещали в спектрофлуориметр – устройство, регистрирующее длину волны и интенсивность излучения сенсора и позволяющее определить суммарное содержание ароматических компонентов в бензинах и других светлых нефтепродуктах. Для сравнения, химический состав аналогичной пробы был проанализирован с использованием стандартного метода жидкостной хроматографии. Результаты показали, что с помощью BODIPY можно определить содержание ароматических соединений в пробе с точностью до 3%. Кроме того, ученым удалось установить взаимосвязь между количеством ароматических соединений, вязкостью и интенсивностью флуоресценции: чем больше ароматических соединений содержалось в бензине, тем выше была его вязкость и тем более интенсивным было свечение.
По расчетам ученых, предприятие, использующее для анализа бензина высокоэффективную жидкостную хроматографию, производит до 30 литров токсичных отходов в год. Кроме того, хроматографическая колонка рассчитана на 100 анализов и стоит в среднем около 50 тысяч рублей, в то время как для предлагаемого метода требуется лишь сенсор стоимостью 30 копеек за образец. Для синтеза люминофора BODIPY необходимо использовать около одного грамма экологически небезопасных реагентов, которого достаточно для проведения 9000 анализов. Таким образом, предложенный подход полностью соответствует принципам "зеленой" химии. К разработке уже проявил интерес Ивановский химический завод.
«В дальнейшем мы планируем улучшить люминофорные соединения для повышения чувствительности и снижения погрешности при определении содержания ароматических соединений. Благодаря нашему исследованию предприятия смогут перейти к более удобным в использовании сенсорным материалам, включая многоразовые. А объединив несколько люминофоров, мы сможем расширить спектр детектируемых веществ в образцах», – отмечает участник проекта Юрий Марфин, доктор химических наук и профессор Тихоокеанского государственного университета, разработка которого была поддержана грантом РНФ.
