Методы и системы флуоресцентного экспресс-контроля экотоксикантов в парах и водных растворах тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 00.00.00, кандидат наук Чувашов Роман Дмитриевич

• Чувашов Роман Дмитриевич
• кандидат наук
• 2024

Оглавление диссертации кандидат наук Чувашов Роман Дмитриевич

1.1 Спектрометрия ионной подвижности

1.1.1 Принцип действия метода спектрометрии ионной подвижности и устройств на

его основе

1.1.2 Ограничения метода спектрометрии ионной подвижности

1.2 Оптические хемосенсоры

1.2.1 Флуоресцентный метод детектирования веществ и механизмы в его основе

1.2.2 Флуоресцентные сенсорные соединения

1.3 Сенсорные материалы на основе флуоресцентных соединений

1.3.1 Флуоресцентные соединения в полимерных матрицах

1.3.2 Способы формирования структуры и поверхности флуоресцентных материалов

1.4 Методы численного моделирования отклика флуоресцентных соединений и материалов на воздействие веществ

1.5 Сенсорные устройства на основе флуоресцентного метода

1.5.1 Конструкции портативных устройств на основе флуоресцентных материалов

1.5.2 Улучшение селективности метода путём применения комбинаций материалов

1.6 Заключение по Главе

Глава 2. Моделирование тушения твёрдых флуоресцентных материалов на основе модели сорбции молекул полимерами

2.1 Механизмы сорбции молекул полимерными материалами

2.2 Сорбция молекул тушителей полимерными флуоресцентными материалами

2.3 Чувствительность и пределы обнаружения паров нитроароматических экотоксикантов материалами на основе флуорофора-производного пирена

2.4 Сорбция смеси паров веществ полимерным флуоресцентным материалом

2.5 Выводы по Главе

Глава 3. Новый тип флуоресцентного сенсорного материала для экспресс-контроля экотоксикантов в паровой фазе и водных растворах

3.1 Проницаемые флуоресцентные материалы на основе подложки из вспененной меламин-формальдегидной смолы

3.2 Конструкция комбинированного сенсорного элемента

3.3 Изучение свойств новых проницаемых флуоресцентных материалов

3.3.1 Материалы на основе полистиролов с флуоресцентными заместителями как сенсоры паров нитроароматических соединений

3.3.2 Материалы на основе флуорофора-производного пирена в чистом виде и в матрицах полистирола как сенсоры паров нитроароматических соединений

3.3.3 Формирование пористой поверхности матрицы для улучшения чувствительности к пару нитробензола материала на основе флуорофора-производного пиримидина в матрице полистирола

3.3.4 Материал на основе флуорофора-производного пиримидина в матрице агарозного гидрогеля как сенсор фосфорорганических соединений

3.4 Выводы по Главе

Глава 4. Система экспресс-контроля экотоксикантов в паровой фазе и водных растворах на основе комбинаций проницаемых твёрдых флуоресцентных материалов

4.1 Система экспресс-контроля на основе комбинаций проницаемых флуоресцентных материалов

4.2 Программное обеспечение для регистрации динамики флуоресценции комбинации материалов с помощью системы экспресс-контроля

4.3 Метод расчёта отклика флуоресцентного материала на воздействие аналита

4.3.1 Расчёт отклика материала при воздействии парофазного аналита

4.3.2 Расчёт отклика материала при воздействии аналита в водном растворе

4.4 Идентификация парофазных веществ и детектирование паров экотоксикантов в газовых смесях с помощью комбинаций флуоресцентных материалов

4.4.1 Подбор комбинации флуоресцентных материалов для идентификации насыщенных паров экотоксикантов и веществ-помех

4.4.2 Подбор комбинации флуоресцентных материалов для обнаружения и количественного определения пара экотоксиканта в смесях паров веществ

4.5 Выводы по Главе

Заключение

Перечень сокращений и обозначений

Термины и определения

Приложение А

Приложение Б

Приложение В

Приложение Г

Приложение Д

Приложение Е

Приложение Ж

Список используемых источников

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Методы и системы флуоресцентного экспресс-контроля экотоксикантов в парах и водных растворах»

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность темы исследований. Загрязнение окружающей среды является важной проблемой для общественной и экологической безопасности. Это делает необходимым контроль экотоксикантов - химических соединений, использующихся в промышленности и обладающих токсическими свойствами. К примеру, канцерогенные нитроароматические соединения применяются в производстве красителей и полимеров, а также для изготовления взрывчатых составов, а наиболее популярные фосфорорганические пестициды создают риск загрязнения почвы, водоёмов и аграрной продукции. Существующие лабораторные прецизионные методы и оборудование для контроля веществ позволяют c высокой чувствительностью детектировать экотоксиканты на основе физических и химических закономерностей, однако необходимость широкого и оперативного мониторинга экотоксикантов требует разработки и совершенствования методов и устройств внелабораторного экспресс-контроля.

В качестве чувствительных химических сенсоров для экспресс-контроля обрели особую популярность флуоресцентные соединения, аналитический отклик которых основан на изменении параметров их флуоресценции при контакте с молекулами экотоксикантов. Контроль экотоксикантов с помощью оптических сенсорных соединений, в том числе флуоресцентных, является темой исследования ряда отечественных и иностранных научных групп, среди которых наиболее выделяются группы, возглавляемые В. Н. Чарушиным, Г. В. Зыряновым, Ю. Г. Горбуновой, С. А. Пономаренко, T. M. Swager, K. S. Suslick, Y. Lei, Y. Fang.

В развитии флуоресцентного метода и устройств контроля веществ и природной среды на его основе первостепенное внимание исследователей было направлено на поиск флуоресцентных химических структур с улучшенными оптическими и сенсорными свойствами. Текущее совершенствование флуоресцентного метода направлено на улучшение методов формирования высокочувствительных и удобных в применении твёрдых флуоресцентных материалов и методов повышения надёжности контроля путём комбинирования разнородных материалов. Некоторые вопросы, принципиально значимые для этих тем, проработаны недостаточно полно.

Оценка сенсорных характеристик твёрдых флуоресцентных материалов представляет сложность вследствие зависимости флуоресцентного отклика материала не только от концентрации экотоксиканта, но и от длительности воздействия экотоксиканта на материал. Теория и методы исследования откликов твёрдых флуоресцентных материалов на воздействие парофазных веществ проработаны слабо в сравнении с аналогичными теориями и методами для растворов флуоресцентных соединений. Требуется модель динамики отклика твёрдого флуоресцентного материала, учитывающая и концентрационную, и временную компоненты отклика, что позволит достовернее определять технические характеристики и пределы

обнаружения системам экспресс-контроля экотоксикантов, использующих в качестве сенсоров твёрдые флуоресцентные материалы.

Как способ повышения чувствительности отклика часто оптические сенсорные материалы формируют нанесением тонких плёнок или нитей оптического сенсорного соединения или состава на плоскую непроницаемую подложку. Тонкослойные оптические материалы обладают противоречием: чем тоньше слой материала, тем меньший по абсолютной величине оптический сигнал он производит, а хрупкость тонкого слоя конструкционно ограничивает разработку устройств контроля. Решением противоречия может стать метод получения проницаемого объёмного материала, в котором тонкие слои нанесённого соединения или состава распределены по глубине. Подобный метод значительно упростит изучение и применение флуоресцентных соединений как химических сенсоров для экспресс-контроля экотоксикантов.

Комбинирование разнородных сенсорных материалов в системе экспресс-контроля повышает её эксплуатационную надёжность и позволяет одновременно контролировать ею разные группы веществ. Отечественные разработки, такие как флуоресцентный детектор «Заслон-М», не применяют комбинаций материалов. Требуется создать новую систему экспресс-контроля, использующую комбинации флуоресцентных материалов, а также обеспечение для её автоматизации и информационной интеграции с другими системами экспресс-контроля.

Научный задел, созданный исследованиями Е. В. Вербицкого, А. А. Барановой и К. О. Хохлова, позволяет совершенствовать метод флуоресцентного экспресс-контроля. Работы, выполненные при участии автора на кафедре экспериментальной физики ФТИ УрФУ, позволили сформулировать цель диссертационного исследования - разработка флуоресцентного метода и системы экспресс-контроля экотоксикантов в паровой фазе и водных растворах с улучшенными характеристиками на основе твердофазных флуоресцентных материалов.

Достижение цели исследования обеспечивается решением следующих задач:

1. Разработка модели тушения флуоресценции твёрдого материала парофазным веществом-тушителем для построения градуировочной зависимости отклика флуоресцентного материала от концентрации и длительности воздействия пара вещества-тушителя на материал.

2. Разработка метода получения обладающих проницаемостью твёрдых флуоресцентных сенсорных материалов с улучшенными пределами обнаружения для экспресс-контроля экотоксикантов в паровой фазе и водных растворах.

3. Оценка применимости проницаемых твёрдых флуоресцентных материалов как сенсоров для экспресс-контроля экотоксикантов в паровой фазе и водных растворах, а также изучение влияния на сенсорные свойства способов формирования флуоресцентного материала.

4. Разработка системы экспресс-контроля экотоксикантов в паровой фазе и водных растворах на основе проницаемых твёрдых флуоресцентных материалов, обладающей улучшенными характеристиками за счёт применения комбинаций разнородных материалов, и компонент информационного, методического и программно-алгоритмического обеспечения системы для её автоматизации, информационной интеграции и интеллектуального анализа сенсорного отклика.

Объект исследования - метод и система экспресс-контроля экотоксикантов в паровой фазе и водных растворах на основе твердофазных флуоресцентных материалов.

Предмет исследования - компоненты информационного, методического, инструментального и программно-алгоритмического обеспечения системы экспресс-контроля экотоксикантов на основе твердофазных флуоресцентных материалов.

При решении поставленных задач применялись следующие методы исследования: разработка системы экспресс-контроля, применяющей комбинации твёрдых флуоресцентных материалов; получение сенсорных материалов на основе флуоресцентных соединений и составов; экспериментальные исследования и моделирование динамики отклика полученных материалов на воздействие органических соединений в паровой фазе и водных растворах.

В процессе работы были получены новые научные результаты:

1. Метод получения проницаемых твёрдых флуоресцентных материалов нанесением флуоресцентных составов на подложку из вспененного меламин-формальдегида, обеспечивающий универсальное применение флуоресцентных соединений в сенсорах для контроля экотоксикантов в паровой фазе и водных растворах и позволяющий формирование структуры материалов для повышения их чувствительности.

2. Проницаемые твердофазные флуоресцентные материалы с описанием их свойств и характеристик для использования в качестве сенсоров по отношению к экотоксикантам и веществам-помехам из группы органических соединений в паровой фазе и водных растворах.

3. Модель тушения флуоресценции твёрдого материала парофазным веществом-тушителем и метод обработки данных динамики интенсивности флуоресценции твёрдого материала в контакте с паром вещества-тушителя, позволяющие построить градуировочную зависимость изменения интенсивности флуоресценции материала от давления пара вещества-тушителя и длительности его воздействия на материал, что повышает достоверность оценки пределов обнаружения парофазных экотоксикантов твёрдыми флуоресцентными материалами.

Практическая значимость работы определяется тем, что в процессе работы:

1. Получены проницаемые твёрдые флуоресцентные сенсорные материалы с высокой абсолютной пороговой чувствительностью для обнаружения экотоксикантов из группы органических соединений, таких как летучие нитроароматические соединения в паровой фазе и фосфорорганические пестициды в водных растворах.

2. Разработаны система экспресс-контроля и комбинированный сенсорный элемент, позволяющие применение комбинаций разнородных проницаемых флуоресцентных материалов для идентификации обнаруженных паров веществ и детектирования паров экотоксикантов в воздушных смесях, что расширяет группу контролируемых экотоксикантов и веществ-помех.

3. Разработаны программное обеспечение системы экспресс-контроля, обеспечивающее автоматизацию её работы и информационную интеграцию, и алгоритм подбора оптимальных комбинаций флуоресцентных сенсорных материалов, обеспечивающих на основе анализа данных динамики отклика материалов обнаружение паров экотоксикантов в воздушных смесях с парами веществ-помех и идентификацию паров контролируемых веществ.

Результаты диссертационной работы внедрены: в научно-исследовательскую деятельность Института органического синтеза им. И.Я. Постовского Уральского отделения Российской академии наук по изучению флуоресцентных хемосенсорных структур; в учебный процесс Уральского федерального университета в рамках обучения магистров по направлению подготовки 12.04.04 «Биомедицинская инженерия»; в научно-исследовательскую деятельность ООО «Мегавольт» по разработке устройств экологического мониторинга.

Научные и практические результаты диссертации соответствуют п. 1, 3, 4, 6, 7, 8 паспорта научной специальности 2.2.8 «Методы и приборы контроля и диагностики материалов, изделий, веществ и природной среды».

В результате проведённых экспериментальных и теоретических исследований на защиту выносятся следующие научные положения:

1. Нанесение флуоресцентных составов на подложку из вспененного меламин-формальдегида позволяет получить твердофазные проницаемые флуоресцентные сенсорные материалы для экспресс-контроля органических экотоксикантов в паровой фазе и водных растворах.

2. Использование в проницаемом сенсорном материале флуоресцентного соединения-производного пиримидина в пористой матрице полистирола повышает чувствительность к летучим ароматическим соединениям в паровой фазе и, в частности, обеспечивает обнаружение паров экотоксиканта нитробензола с концентрацией 5 х 10-10 г/см3 после 30 с воздействия паром.

3. Применение в системе экспресс-контроля комбинированных сенсорных элементов на основе разнородных проницаемых флуоресцентных материалов позволяет осуществлять обнаружение паров нитроароматических экотоксикантов в воздушных смесях с парами органических веществ-помех и идентификацию паров органических соединений.

4. Моделирование динамики интенсивности флуоресценции твёрдого материала в контакте с паром вещества-тушителя флуоресценции как параметра процесса сорбции материалом пара вещества позволяет построить градуировочную зависимость отклика материала от давления пара вещества и длительности его воздействия на материал.

Личный вклад автора. Диссертант лично участвовал в разработке методов исследования, проведении экспериментальных исследований, в обработке, анализе и визуализации результатов, подготовке исходных текстов научных публикаций. Более 20 проницаемых твёрдых флуоресцентных материалов получены и экспериментально исследованы автором лично либо при его определяющем участии. Автором самостоятельно разработаны: метод получения проницаемых твёрдых флуоресцентных материалов на подложке из вспененного меламин-формальдегида; комбинированный сенсорный элемент, система экспресс-контроля и связанное с системой инструментальное и программно-алгоритмическое обеспечение; модель тушения флуоресценции твёрдого флуоресцентного материала парофазным веществом-тушителем; метод обработки данных динамики интенсивности флуоресценции твёрдого материала в контакте с паром вещества-тушителя для получения градуировочной зависимости отклика материала; алгоритм подбора комбинаций флуоресцентных материалов для идентификации обнаруженных паров веществ и детектирования паров экотоксикантов в газовых смесях с парами веществ-помех. Все защищаемые положения сформулированы лично диссертантом.

Диссертационные исследования связаны с выполнением гранта Российского центра научной информации (Российского фонда фундаментальных исследований) № 20-37-90108.

Апробация результатов работы проводилась на международных научных конференциях: VI-X конференции «Физика. Технологии. Инновации» (Екатеринбург, 2019-2023); 7-й конгресс «EFRE-2020» (Томск, 2020); 7-й симпозиум «ISEM-2021» (Токио, 2021).

По теме диссертации соискателем опубликовано 18 печатных работ, среди которых 2 статьи в рецензируемых изданиях из перечня ВАК, 11 статей и 4 публикации в сборниках научных трудов конференций в индексируемых в Scopus или WoS изданиях, 2 патента РФ.

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, четырёх глав, заключения, списка литературы (126 наименований) и 7 приложений. Основная часть работы изложена на 120 страницах машинописного текста, содержит 64 рисунка, 54 формулы, 7 таблиц.

Глава 1. Приборы и методы экспресс-контроля экотоксикантов

Проблема загрязнения окружающей среды является важной для общественной и экологической безопасности. Это делает необходимым контроль экотоксикантов - химических соединений и веществ, обладающих токсическими свойствами. В частности, нитроароматические соединения, применяемые для промышленного производства полимеров и красителей, высокотоксичны и канцерогенны [1], а соединения с несколькими нитрогруппами благодаря своим энергетическим свойствам широко применяются для изготовления взрывчатых составов [2,3]. Для сокращения потерь урожая широко используются пестициды и гербициды, в том числе содержащие фосфорорганические соединения, токсически воздействующие не только на вредителей, но и на большинство животных и людей [4]. Неразрушающий контроль присутствия следов этих экотоксикантов, которые могут быть представлены в виде твёрдых частиц, компонент растворов и паров в воздухе, необходим для экологического мониторинга, организации безопасности и контроля качества аграрной продукции.

Существующие прецизионные лабораторные методы и оборудование для обнаружения и распознавания веществ на основе физических и химических закономерностей позволяют осуществить детектирование экотоксикантов в количествах на уровнях менее одной молекулы искомого вещества на 1012 молекул анализируемой смеси веществ. Однако массовый мониторинг с помощью прецизионных методов затруднителен: недолговечность следов веществ из-за испарения, разбавления и деструкции требует оперативного анализа на месте [5], тогда как прецизионные установки неприменимы вне лабораторий из-за их ограниченной портативности и трудоёмкости анализа. Это делает актуальным методы и оборудование для экспресс-контроля экотоксикантов, которое может быть менее чувствительным, но лучше подходит для применения вне лаборатории благодаря оперативности, практичности и простоте использования.

Основными трудностями при проведении экспресс-контроля экотоксикантов являются: 1) малые количества доступного для обнаружения вещества из-за его малой растворимости/летучести и разбавления в среде; 2) ложные детектирования, обусловленные воздействием веществ-помех; 3) изменение чувствительности сенсорных элементов из-за их деструкции при многократных измерениях. К примеру, при стандартных условиях (20°С, 1 атм) давление насыщенного пара, формируемое твёрдыми частицами нитроароматического экотоксиканта 2,4-динитротолуола, составляет всего 215,3 ppb атм (parts per billion, 1 молекула на 109 молекул смеси) [2,3], а за счёт разбавления в среде доступная для детектирования концентрация экотоксиканта может стать ещё меньше. В то же время пар воды при стандартных условиях формирует на порядки большее насыщенное давление в 23081,6 ppm атм (parts per

million, 1 молекула на 106 молекул смеси), и изменение влажности во время измерения может вызвать регистрируемый отклик в случае применения неселективного сенсорного элемента.

Обобщённо все методы контроля экотоксикантов можно объединить в две группы: 1) обнаруживающие экотоксиканты напрямую по ядерным, физическим или спектральным характеристикам рассматриваемых молекул или их фрагментов, определяемым по их взаимодействию с корпускулярным или электромагнитным излучением; 2) обнаруживающие экотоксиканты опосредованно по отклику сенсорных соединений и материалов, меняющих при контакте с молекулами экотоксикантов оптические или электрохимические свойства. Флуоресцентный метод, примененный в этой работе, относится ко второй группе. Наиболее чувствительным и селективным методом обнаружения молекул экотоксикантов в первой группе является метод масс-спектрометрии, однако несмотря на существование портативных версий масс-спектрометров [6] наиболее популярен как метод экспресс-контроля экотоксикантов более простой, оперативный и экономичный метод спектрометрии ионной подвижности.

1.1 Спектрометрия ионной подвижности

1.1.1 Принцип действия метода спектрометрии ионной подвижности и устройств на его основе

В методе спектрометрии подвижности ионов (СПИ) вещества характеризуются мобильностями их ионов, двигающихся через газ под действием электрического поля. Метод СПИ представляет последовательность процессов: формирование групп ионов вещества, ввод ионов в содержащую буферный газ дрейфовую трубку, движение ионов через буферный газ постоянного состава и температуры под действием электрического поля к детектору заряженных частиц, определение приведённых к нормальным условиям (760 мм. рт. ст., 0°С) мобильностей зарегистрированных ионов Ко. Приведённые мобильности ионов вещества Ко определяются напряжением прикладываемого к ионам электрического поля, их размером, формой и соотношением массы и заряда. С помощью устройств СПИ возможен анализ экотоксикантов, содержащихся как в газовой фазе, так и в жидкой и твёрдой фазах со сбором следов вещества на сорбенте и испарением с него. Основное отличие метода СПИ от масс-спектрометрии заключается в движении групп ионов не в вакууме, а в препятствующем движению буферном газе. В сравнении с масс-спектрометрами приборы на основе СПИ благодаря работе с газом при атмосферном или разреженном давлении вместо вакуума конструкционно проще, дешевле и позволяют анализ газофазных аналитов в реальном времени. Благодаря таким характеристикам, устройства на основе СПИ нашли широкое применение как детекторы запрещённых веществ и используются в непрерывном контроле производственных процессов и оборудования [7].

Схемы измерения мобильностей ионов основаны на определении времени прохождения ионами дрейфовой трубки, отклонения ионов от траектории потока буферного газа, стабильности траектории ионов при их движении в переменном электрическом поле. Разрешающую способность устройств СПИ и пределы обнаружения экотоксикантов определяют длительность движения ионов через буферный газ, эффективность ионизации молекул и их ввода в газ, гомогенность и напряженность электрического поля, чувствительность детектора заряженных частиц. В портативных устройствах в качестве источника ионизации при атмосферном давлении предпочтительны радиоактивные бета-источники такие как 63Ni, не требующие питания и c хорошо изученной химией ионизации, однако их применение сопряжено с регуляторными ограничениями. Альтернативные способы ионизации включают фотоионизацию, вторичную ионизацию в коронном разряде, ионизацию электроспреем растворителя, химическую ионизацию, десорбцию и ионизацию лазерным излучением [7]. Для повышения эффективности ионизации также применяются парофазные вещества-добавки.

В классическом варианте спектрометрии подвижности ионов их мобильность определяется по длительности прохождения линейной дрейфовой трубки под действием постоянного электрического поля, параллельно направленного траектории движения ионов. В методе аспирационной спектрометрии подвижности ионов их мобильность определяется по отклонению от траектории потока газа под действием перпендикулярно направленного по отношению к потоку постоянного электрического поля. Пределы обнаружения экотоксикантов использующими постоянное электрическое поле методами лежат в диапазоне от 0,01 до 1 ppb [8,9,10]. Благодаря простоте конструкции измерение мобильности ионов в постоянном электрическом поле остаётся наиболее распространённой технической реализацией устройств СПИ. Примеры устройств контроля, применяющих постоянное электрическое поле: Hardened MobileTrace (Rapiscan Systems, США) [11], LCD4 (Smiths Detection, США) [12], RAID-M100plus (Bruker Corp., США) [13] (см. рисунок 1.1).

Рисунок 1.1 - MobileTrace (слева) [11], LCD4 (в центре) [12], RAID-M100plus (справа) [13].

В методе спектрометрии дифференциальной подвижности ионов зависимость мобильности ионов от напряжения переменного высоковольтного электрического поля определяет

стабильность траектории их движения вдоль параллельных электродов. При высоком напряжении прикладываемого поля мобильность ионов-мономеров не зависит от напряжения внешнего поля, тогда как мобильность ионов-димеров и ионных кластеров нелинейно зависит от напряжения. Переменное поле позволяет дестабилизировать ионные кластеры и нейтрализовать их на поверхности электродов, тогда как ионы-мономеры осциллируют между электродами без контакта с ними и достигают детектора частиц. При этом приложением малого постоянного по величине компенсационного напряжения можно создать дрейф популяции осциллирующих ионов и зарегистрировать спектр их мобильностей. Возможность исследования мобильностей как количества регистрируемых ионов в зависимости от значений переменного высоковольтного напряжения и постоянного малого компенсационного напряжения формирует улучшенную селективность метода, что позволяет не только детектировать интересующие экотоксиканты в смеси, но и исследовать спектры мобильностей ионов сложных смесей. Изготовление электродов для спектрометров дифференциальной подвижности ионов фотолитографией и травлением кремниевых пластин позволяет создавать миниатюризированные портативные устройства, которые могут действовать отдельно от оператора [14]. Улучшенная селективность вместе с возможностью миниатюризации делают этот метод перспективным, однако пока он не получил широкого распространения [15]. Пределы обнаружения экотоксикантов методом дифференциальной спектрометрии подвижности ионов лежат в диапазоне от 0,1 до 100 ppb [7,16]. Примеры устройств на основе метода: MO-2M (Сибел, Россия) [17], Next Generation Chemical Detector на основе чипов ultraFAIMS (Owlstone, Великобритания) [18] (см. рисунок 1.2).

Рисунок 1.2 - МО-2М (слева) [17]; фото с увеличением чипа ultraFAIMS (слева) и внешний вид чипа (по центру) [14]; Next Generation Chemical Detector (справа) [18].

1.1.2 Ограничения метода спектрометрии ионной подвижности

Спектрометрия ионной подвижности как метод обладает необходимыми для экспресс-контроля оперативностью и чувствительностью, но идентификация веществ методом затруднительна из-за ограниченной способности к разделению ионов соединений в сложных смесях. После инжекции группы ионов диффузия молекул буферного газа искажает форму пика

мобильности на спектре. Вариации в дизайне инструментов, температуре и давлении позволяют определять приведённую к нормальным условиям мобильность ионов Ко с ошибкой ±2%, а калибровка устройств может быть затруднительна [19]. Поэтому, как правило, коммерчески доступные портативные устройства на основе СПИ, работающие при атмосферном давлении, обладают разрешающей способностью в диапазоне от 30 до 50, в то время как разрешающая способность масс-спектрометров составляет от 4000 до 40000 [20]. Малая разрешающая способность СПИ устройств может являться преимуществом при анализе простых популяций ионов, однако при контроле экотоксикантов в сложных смесях или матрицах с высоким содержанием веществ-помех мобильности ионов могут значительно зависеть от экспериментальных параметров и состава исследуемой смеси [7,15].

Влияние влажности и температуры на процесс ионизации, а также влияние веществ со сходными мобильностями в сложных либо сильно загрязнённых анализируемых газовых смесях и матрицах ограничивает селективность метода [21,22,23,24]. Аналогично влиянию паров веществ-добавок для повышения эффективности ионизации, пары веществ-помех могут влиять на степень ионизации вещества при их участии в конкурирующих реакциях. К примеру, вещества с высокой протонной аффинностью доминируют в спектре мобильности [25], а бытовая химия с высоким содержанием солей может полностью подавить отклик ионизированного вещества [20]. При наличии растворителя в реакционной камере могут формироваться агрегаты ионов и молекул растворителя с мобильностями, отличающимися от мобильностей мономеров-ионов вещества [26]. Увеличение на порядок концентрации пара воды в газе ведёт к увеличению вдвое мобильности ионов вследствие их декомпозиции и формирования агрегатов ионов с молекулами воды [15]. Также устройства СПИ имеют ограниченный линейный диапазон, а избыточное воздействие контролируемыми или побочными веществами может привести к перегрузке устройства из-за адсорбции соединений на внутренних поверхностях устройств, делая необходимой их очистку [22].

Список литературы диссертационного исследования кандидат наук Чувашов Роман Дмитриевич, 2024 год

СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМЫХ ИСТОЧНИКОВ

1. Harbison R. D. Hamilton and Hardy's Industrial Toxicology / R. D. Harbison, M. M. Bourgeois, G. T. Johnson. - 6th ed. - Hoboken : Wiley, 2015. - 1368 с. - ISBN 978-0470929735. - DOI 10.1002/9781118834015.

2. Ewing R. G. The vapor pressures of explosives / R. G. Ewing, M. J. Waltman, D. A. Atkinson [et al.]. // TrAC-Trend. Anal. Chem. - 2013. - Vol. 42. - P. 35-48. - DOI 10.1016/j.trac.2012.09.0101.

3. Ostmark H. Vapor pressure of explosives: a critical review / H. Ostmark, S. Wallin, H. G. Ang // Propell. Explos. Pyrot. - 2012. - Vol. 37. - P. 12-23. - DOI 10.1002/prep.201100083.

4. Levine M. Fluorescence-Based Sensing of Pesticides Using Supramolecular Chemistry / M. Levine // Front. Chem. - 2021. - Vol. 9. - P. 616815. - DOI 10.3389/fchem.2021.616815.

5. Daeid N. N. Investigating TNT loss between sample collection and analysis / N. N. Daeid, H. A. Yu, M. S. Beardah // Science & Justice. - 2017. - Vol. 57, Iss. 2. - P. 95-100. - DOI 10.1016/j.scijus.2016.10.007.

6. Li L. Mini 12, miniature mass spectrometer for clinical and other applications - introduction and characterization / L. Li, T.-C. Chen, Y. Ren [et al.] // Anal. Chem. - 2014. - Vol. 86, Iss. 6. - P. 2909-16. - DOI 10.1021/ac403766c.

7. Eiceman G. A. Ion mobility spectrometry / G. A. Eiceman, Z. Karpas, H. H. Hill Jr. - 3rd ed. -Boca Raton : CRC Press, 2014. - 400 с. - ISBN 978-1-4398-5998-8.

8. Smith B. L. Flexible drift tube for high resolution ion mobility spectrometry (Flex-DT-IMS) / B. L. Smith, C. Boidson, I. S. Young [et al.] // Anal. Chem. - 2020. - Vol. 92, Iss. 13. - P. 9104-12. -DOI 10.1021/acs.analchem.0c01357.

9. Sabo M. Laser desorption with corona discharge ion mobility spectrometry for direct surface detection of explosives / M. Sabo, M. Malaskova, S. Matejcik // Analyst. - 2014. - Vol. 139. - P. 5112-7. - DOI 10.1039/c4an00621f.

10. Kanu A. B. Rapid preseparation of interferences for ion mobility spectrometry / A. B. Kanu, C. Wu, H. H. Hill Jr // Anal. Chim. Acta. - 2008. - Vol. 610, Iss. 3. - P. 125-34. - DOI 10.1016/j.aca.2007.08.024.

11. Hardened MobileTrace [Электронный ресурс]. / Сайт разработчика. - Режим доступа: https://archive.fo/tahYo (дата обращения 01.05.2024).

12. Lightweight Chemical Detector 4 [Электронный ресурс]. / Сайт разработчика. - Режим доступа: https://archive.fo/25cBx (дата обращения 04.04.2024).

13. RAID-M100Plus [Электронный ресурс]. / Сайт разработчика. - Режим доступа: https://archive.fo/HsgYe (дата обращения 04.04.2024).

14. Shvartsburg A. A. Ultrafast differential ion mobility spectrometry at extreme electric fields in multichannel microchips / A. A. Shvartsburg, R. D. Smith, A. Wilks [et al.] // Anal. Chem. - 2009.

- Vol. 81, Iss. 15. - P. 6489-95. - DOI 10.1021/ac900892u.

15. Mohibul Kabir K. M. Microscale differential ion mobility spectrometry for field deployable chemical analysis / K. M. Mohibul Kabir, W. A. Donald // TrAC-Trend. Anal. Chem. - 2017. -Vol. 97. - P. 399-427. - DOI 10.1016/j.trac.2017.10.011.

16. Miller R. A. A novel micromachined high-field asymmetric waveform-ion mobility spectrometer / R. A. Miller, G. A. Eiceman, E. G. Nazarov, A. T. King // Sensors Actuat. B-Chem. - 2000. - Vol. 67, Iss. 3. - P. 300-6. - DOI 10.1016/S0925-4005(00)00535-9.

17. МО-2М, МО-2Р [Электронный ресурс]. / Сайт разработчика. - Режим доступа: https://archive.fo/Up64f (дата обращения 04.04.2024).

18. Next Generation Chemical Detector [Электронный ресурс]. / Сайт разработчика. - Режим доступа: https://archive.fo/r5jo5 (дата обращения 04.04.2024).

19. Hauck B. C. Accurate evaluation of potential calibration standards for ion mobility spectrometry / B. C. Hauck, C. S. Harden, V. M. McHugh // Anal. Chem. - 2020. - Vol. 92, Iss. 8. - P. 6158-65.

- DOI 10.1021/acs.analchem.0c00859.

20. Crawford C. L. Evaluation of false positive responses by mass spectrometry and ion mobility spectrometry for the detection of trace explosives in complex samples / C. L. Crawford, H. H. Hill Jr // Anal. Chim. Acta. - 2013. - Vol. 795. - P. 36-43. - DOI 10.1016/j.aca.2013.07.070.

21. Klapec D. J. Interpol review of detection and characterization of explosives and explosives residues 2016-2019 / D. J. Klapec, G. Czarnopys, J. Pannuto // Forensic Sci. Int. Synerg. - 2020. - Vol. 2.

- P. 670-700. - DOI 10.1016/j.fsisyn.2020.01.020.

22. Klapec D. J. Interpol review of the analysis and detection of explosives and explosives residues / D. J. Klapec, G. Czarnopys, J. Pannuto // Forensic Sci. Int. Synerg. - 2023. - Vol. 6. - P. e100298.

- DOI 10.1016/j.fsisyn.2022.100298.

23. Giannoukos S. Chemical sniffing instrumentation for security applications / S. Giannoukos, B. Brkic, S. Taylor [et al.] // Chem. Rev. - 2016. - Vol. 116, Iss. 14. - P. 8146-72. - DOI 10.1021/acs.chemrev.6b00065.

24. Francese S. Emerging Technologies for the Analysis of Forensic Traces / S. Francese. - Cham : Springer Cham, 2019. - 275 с. - ISBN 978-3-030-20541-6. - DOI 10.1007/978-3-030-20542-3.

25. Thangadurai S. Real-time fluorescence quenching-based detection of nitro-containing explosive vapours: what are the key processes? / S. Thangadurai, K. Gurusamy // J. Forensic Sci. Criminol.

- 2019. - Vol. 7, Iss. 2. - P. 201.

26. West C. Detection of gunpowder stabilizers with ion mobility spectrometry / C. West, G. Baron, J.-J. Minet // Forensic Sci. Int. - 2007. - Vol. 166, Iss. 2-3. - P. 91-101. - DOI 10.1016/j.forsciint.2006.04.004.

27. Pawlowski W. Contamination with explosives in analytical laboratory procedure / W. Pawlowski, L. Matyjasek, K. Cieslak, M. Karpinska // Forensic Sci. Int. - 2017. - Vol. 281. - P. 13. - DOI 10.1016/j.forsciint.2017.10.018.

28. Verbitskiy E. V. Design of fluorescent sensors based on azaheterocyclic push-pull systems towards nitroaromatic explosives and related compounds: A review / E. V. Verbitskiy, G. L. Rusinov, O. N. Chupakhin, V. N. Charushin // Dyes Pigm. - 2020. - Vol. 180. - P. 108414. - DOI 10.1016/j.dyepig.2020.108414.

29. Wu D. Fluorescent chemosensors: the past, present and future / D. Wu, A. C. Sedgwick, T. Gunnlaugsson [et al.] // Chem. Soc. Rev. - 2017. - Vol. 46. - P. 7105-23. - DOI 10.1039/c7cs00240h.

30. Salinas Y. Optical chemosensors and reagents to detect explosives / Y. Salinas, R. Martinez-Manez, M. D. Marcos [et al.] // Chem. Soc. Rev. - 2012. - Vol. 41. - P. 1261-96. - DOI 10.1039/c1cs15173h.

31. Askim J. R. Optical sensor arrays for chemical sensing: the optoelectronic nose / J. R. Askim, M. Mahmoudi, K. S. Suslick // Chem. Soc. Rev. - 2013. - Vol. 42. - P. 8649-82. - DOI 10.1039/c3cs60179j.

32. Li Z. The optoelectronic nose / Z. Li, K. S. Suslick // Acc. Chem. Res. - 2021. - Vol. 54. - P. 95060. - DOI 10.1021/acs.accounts.0c00671.

33. Sauer M. Handbook of fluorescence spectroscopy and imaging / M. Sauer, J. Hofkens, J. Enderlein. - Weinheim : Wiley-VCH, 2011. - 304 c. - ISBN 978-3-527-31669-4.

34. Sun X. Fluorescence based explosive detection: from mechanisms to sensory materials / X. Sun, Y. Wang, Y. Lei // Chem. Soc. Rev. - 2015. - Vol. 44. - P. 8019-61. - DOI 10.1039/c5cs00496a.

35. Lakowicz J. R. Principles of Fluorescence Spectroscopy / J. R. Lakowicz. - New York : Springer New York, 2006. - 954 c. - ISBN 978-0-387-46312-4.

36. Haenni D. Intramolecular distances and dynamics from the combined photon statistics of single-molecule FRET and photoinduced electron transfer / D. Haenni, F. Zosel, L. Reymond [et al.] // J. Phys. Chem. B. - 2013. - Vol. 117, Iss. 42. - P. 13015-28. - DOI 10.1021/jp402352s.

37. Zhou Q. Fluorescent chemosensors based on energy migration in conjugated polymers: the molecular wire approach to increased sensitivity / Q. Zhou, T. M. Swager // J. Am. Chem. Soc. -1995. - Vol. 117, Iss. 50. - P. 12593-602. - DOI 10.1021/ja00155a023.

38. Zhao D. Sensory responses in solution vs solid state: a fluorescence quenching study of poly(iptycenebutadiynylene)s / D. Zhao, T. M. Swager // Macromolecules. - 2005. - Vol. 38, Iss. 22. - P. 9377-84. - DOI 10.1021/ma051584y.

39. Shaw P. E. Real-time fluorescence quenching-based detection of nitro-containing explosive vapours: what are the key processes? / P. E. Shaw, P. L. Burn // Phys. Chem. Chem. Phys. - 2017.

- Vol. 19. - P. 29714-30. - DOI 10.1039/c7cp04602b.

40. Ali M. Detection of explosive vapors: the roles of exciton and molecular diffusion in real-time sensing / M. Ali, S. Shoaee, S. Fan [et al.] // Chem. Phys. Chem. - 2017. - Vol. 19. - P. 29714-30.

- DOI 10.1002/cphc.201600767.

41. Вербицкий Е. В. Катализируемые палладием и некатализируемые металлами кросс-сочетания в модификации пиримидинов : дис. ... д-ра хим. наук : 02.00.03 / Е. В. Вербицкий ; Ин-т органического синтеза им. И. Я. Постовского УрО РАН. — Екатеринбург, 2018. — 371 с.

42. Verbitskiy E. V. Detection of nitroaromatic explosives by new D-n-A sensing fluorophores on the basis of the pyrimidine scaffold / E. V. Verbitskiy, A. A. Baranova, K. I. Lugovik [et al.] // Anal. Bioanal. Chem. - 2016. - Vol. 408. - P. 4093-101. - DOI 10.1007/s00216-016-9501-41.

43. Malval J.-P. Porosity-driven large amplitude dynamics for nitroaromatic sensing with fluorescent films of alternating D-n-A molecules /J.-P. Malval, M. Cranney, S. Achelle [et al.] // Chem. Commun. - 2019. - Vol. 55. - P. 14331-4. - DOI 10.1039/c9cc07227f.

44. Zheng Y. A porous tetraphenylethylene-based polymer for fast-response fluorescence sensing of Fe(III) ion and nitrobenzene / Y. Zheng, H. Wang, J. Jiang // Dyes Pigm. - 2020. - Vol. 173. - P. 107929. - DOI 10.1016/j.dyepig.2019.107929.

45. Зырянов Г. В. Синтез и свойства (гетеро)ароматических хемосенсоров для нитро-, нитрозосоединений, а также органических анионов : автореф. дис. ... д-ра хим. наук : 02.00.03 / Г. В. Зырянов ; Урал. федер. ун-т им. первого Президента России Б. Н. Ельцина.

- Екатеринбург, 2012. — 52 с.

46. Zhang G. Dicyanovinyl-based fluorescent sensors for dual mechanism amine sensing / G. Zhang, A. S. Loch, J. C. M. Kistemaker [et al.] // J. Mater. Chem. C - 2020. - Vol. 8. - P. 13723-32. -DOI 10.1039/d0tc03974h.

47. Sun X. A fluorescent polymer film with self-assembled three-dimensionally ordered nanopores: preparation, characterization and its application for explosives detection / X. Sun, C. Brückner, M-P. Nieh, Y. Lei // J. Mater. Chem. A. - 2014. - Vol. 2. - P. 14613-21. - DOI 10.1039/c4ta02554g.

48. Jang H.-S. Insight into the interactions between pyrene and polystyrene for efficient quenching nitroaromatic explosives / H.-S. Jang, H.-S. Cho, D. Uhrig, M.-P. Nieh // J. Mater. Chem. C. -2017. - Vol. 5. - P. 12466-73. - DOI 10.1039/c7tc04288d.

49. Demchenko A. P. Photobleaching of organic fluorophores: quantitative characterization, mechanisms, protection / A. P. Demchenko // Methods Appl. Fluoresc. - 2020. - Vol. 8. - P. 022001. - DOI 10.1088/2050-6120/ab7365.

50. Зырянов Г. В. Хемосенсоры для обнаружения нитроароматических (взрывчатых) веществ / Г. В. Зырянов, Д. С. Копчук, И. С. Ковалев [и др.] // Успехи химии. - 2014. - Т. 83, № 9. - С. 783-819. - DOI 10.1070/RC2014v083n09ABEH00446.

51. Wang J. Size effect of polystyrene microplastics on sorption of phenanthrene and nitrobenzene / P. E. Shaw, P. L. Burn // Wang J., X. Liu, G. Liu [et al.] // Ecotox. Environ. Safe. - 2019. - Vol. 173.

- P. 331-8. - DOI 10.1016/j.ecoenv.2019.02.037.

52. Wang J. Determination of nitroaromatics using a double-layer of gelatin nanofibers and a pyrene-doped polystyrene membrane / J. Wang, R. Yu, F. Tao [et al.] // Anal. Lett. - 2018. - Vol. 51. - P. 2878-94. - DOI 10.1080/00032719.2018.1455104.

53. Xu X.-Y. Wearable glove sensor for non-invasive organophosphorus pesticide detection based on a double-signal fluorescence strategy / X.-Y. Xu, B. Yan, X. Lian // Nanoscale. - 2018. - Vol. 10.

- P. 13722-9. - DOI 10.1039/c8nr03352h.

54. Zhang A. Breath Figure: a nature-inspired preparation method for ordered porous films / A. Zhang, H. Bai, L. Lei // Chem. Rev. - 2015. - Vol. 115, Iss. 18. - P. 9801-68. - DOI 10.1021/acs.chemrev.5b00069.

55. Xue J. Electrospinning and electrospun nanofibers: methods, materials, and applications / J. Xue, T. Wu, Y. Dai, Y. Xia // Chem. Rev. - 2019. - Vol. 119. - P. 5298-415. - DOI 10.1021/acs.chemrev.8b00593.

56. Long Y. Highly sensitive detection of nitroaromatic explosives using an electrospun nanofibrous sensor based on a novel fluorescent conjugated polymer / Y. Long, H. Chen, H. Wang [et al.] // Anal. Chim. Acta. - 2012. - Vol. 744. - P. 82-91. - DOI 10.1016/j.aca.2012.07.028.

57. Wang Y. Novel signal-amplifying fluorescent nanofibers for naked-eye-based ultrasensitive detection of buried explosives and explosive vapors / Y. Wang, A. La, Y. Ding [et al.] // Adv. Func. Mater. - 2012. - Vol. 22. - P. 3547-55. - DOI 10.1002/adfm.201200047.

58. Liu K.-C. A flexible and superhydrophobic upconversion-luminescence membrane as an ultrasensitive fluorescence sensor for single droplet detection / K.-C. Liu, Z.-Y. Zhang, C.-X. Shan [et al.] // Light: Science & Applications. - 2016. - Vol. 5. - P. e16136. - DOI 10.1038/lsa.2016.136.

59. Li J. Chemosensory performance of molecularly imprinted fluorescent conjugated polymer materials / J. Li, C. E. Kendig, E. E. Nesterov // J. Am. Chem. Soc. - 2007. - Vol. 129. - P. 159118. - DOI 10.1021/ja0748027.

60. Tao S. High-performance TNT chemosensory materials based on nanocomposites with bimodal porous structures / S. Tao, J. Yin, G. Li // J. Mater. Chem. - 2008. - Vol. 18. - P. 4872-8. - DOI 10.1039/b802486c.

61. Mironenko A. Y. Ultratrace nitroaromatic vapor detection via surface-enhanced fluorescence on carbazole-terminated black silicon / A. Y. Mironenko, M. V. Titov, A. A. Sergeev [et al.] // ACS Sens. - 2019. - Vol. 4, Iss. 11. - P. 2879-84. - DOI 10.1021/acssensors.9b01063.

62. Bolse N. A digitally printed optoelectronic nose for the selective trace detection of nitroaromatic explosive vapours using fluorescence quenching / N. Bolse, R. Eckstein, M, Schend [et al.] // Flex. Print. Electron. - 2017. - Vol. 2. - P. 024001. - DOI 10.1088/2058-8585/aa6601.

63. Yamada K. Paper-based inkjet-printed microfluidic analytical devices / K. Yamada, T. G. Henares, K. Suzuki, D. Citterio // Angewandte Chemie. - 2015. - Vol. 54. - P. 5294-310. - DOI 10.1002/anie.201411508.

64. Li Z. The optoelectronic nose: colorimetric and fluorometric sensor arrays / Z. Li, J. R. Askim, K. S. Suslick // Chem. Rev. - 2019. - Vol. 119. - P. 231-92. - DOI 10.1021/acs.chemrev.8b00226.

65. Паркер, С. Фотолюминесценция растворов / С. Паркер. - Москва : Мир, 1972. - 510 с.

66. Zhang A. A multi-channel system for qualitative explosive and drug detection / A. Zhang, D. Fu, J. Sun [et al.] // Sens. Imaging - 2018. - Vol. 19. - P. 30. - DOI 10.1007/s11220-018-0208-9.

67. Gopalakrishnan, D. Direct Detection of RDX Vapor Using a Conjugated Polymer Network / D. Gopalakrishnan, W. R. Dichtel // J. Am. Chem. Soc. - 2013. - Vol. 135, Iss. 22. - P. 8357-62. -DOI 10.1021/ja402668e.

68. Cheng Z. A new strategy for selective fluorescence detection of benzaldehyde and nitrobenzene / Z. Cheng, W. Mo, Y. Chen [et al.] // Microchemical Journal. - 2022. - Vol. 172. - P. 106896. -DOI 10.1016/j.microc.2021.106896.

69. Raupke A. Highly sensitive gas-phase explosive detection by luminescent microporous polymer networks / A. Raupke, A. Palma-Cando, E. Shkura [et al.] // Scientific Reports. - 2016. - Vol. 6. -P. 29118. - DOI 10.1038/srep29118.

70. Liu K. Non-contact identification and differentiation of illicit drugs using fluorescent films / K. Liu, C. Shang, Z. Wang [et al.] // Nature Communications. - 2018. - Vol. 9. - P. 1695. - DOI 10.1038/s41467-018-04119-6.

71. Fan S. Sensitive and fast fluorescence-based indirect sensing of TATP / S. Fan, P. L. Burn, P. E. Shaw // RCS Advances. - 2019. - Vol. 9. - P. 7032-42. - DOI 10.1039/c9ra00693a.

72. Shoaee S. Real-time fluorescence quenching-based detection of nitro-containing explosive vapours: what are the key processes? / S. Shoaee, S. S. Y. Chen, H. Cavaye [et al.] // Sensor. Actuat. B-Chem. - 2017. - Vol. 239. - P. 727-33. - DOI 10.1016/j.snb.2016.08.046.

73. Askim J. R. Hand-held reader for colorimetric sensor arrays / J. R. Askim, K. S. Suslick // Anal. Chem. - 2015. - Vol. 87, Iss. 15. - P. 7810-6. - DOI 10.1021/acs.analchem.5b01499.

74. Fido X4 [Электронный ресурс]. / Сайт разработчика. - Режим доступа: https://archive.fo/aC1Oy (дата обращения 04.04.2024).

75. Cao S.-H. Surface plasmon-coupled emission: what can directional fluorescence bring to the analytical sciences? / S.-H. Cao, W.-P. Cai, Q. Liu, Y.-Q. Li // Annu. Rev. Anal. Chem. - 2012. -Vol. 5. - P. 317-36. - DOI 10.1146/annurev-anchem-062011-143208.

76. Ja S.-J. Explosives detection and identification using surface plasmon-coupled emission / S.-J. Ja // Proceedings of the SPIE. - 2012. - Vol. 8358. - P. 83580S. - DOI 10.1117/12.919877.

77. Hastie T. The elements of statistical learning / T. Hastie, R. Tibshirani, J. Friedman. - 2nd ed. - New York : Springer New York, 2009. - 745 с. - ISBN 978-0-387-84858-7.

78. Askim J. R. An optoelectronic nose for identification of explosives / J. R. Askim, Z. Li, M. K. LaGasse [et al.] // Chem. Sci. - 2016. - Vol. 7. - P. 199-206. - DOI 10.1039/c5sc02632f.

79. Woodka M. D. Use of spatiotemporal response information from sorption-based sensor arrays to identify and quantify the composition of analyte mixtures / M. D. Woodka, B. S. Brunschwig, N. S. Lewis // Langmuir. - 2007. - Vol. 23, Iss. 26. - P. 13232-41. - DOI 10.1021/la7026708.

80. Ronao C. A. Human activity recognition with smartphone sensors using deep learning neural networks / C. A. Ronao, S.-B. Cho // Expert Syst. Appl. - 2016. - Vol. 59. - P. 235-44. - DOI 10.1016/j.eswa.2016.04.032.

81. Peterlin A. Diffusion with discontinuous swelling III. Type II diffusion as a particular solution of conventional diffusion equation / A. Peterlin // J. Res. NBS. A. Phys. Ch. - 1969. - Vol. 81A, №. 2/3. - P. 243-50.

82. Ogieglo W. Probing the Surface Swelling in Ultra-Thin Supported Polystyrene Films During Case II Diffusion of n-Hexane / W. Ogieglo, H. Wormeester, M. Wessling, N. E. Benes // Macromol. Chem. Phys. - 2013. - Vol. 214. - P. 2480-8. - DOI 10.1002/macp.201300371.

83. Gall T. P. Diffusion of deuterated toluene in polystyrene / T. P. Gall, E. J. Kramer // Polymer. -1991. - Vol. 32, Iss. 2. - P. 265-71. - DOI 10.1016/0032-3861(91)90012-8.

84. Alfrey T. Jr. Diffusion in glassy polymers / T. Jr. Alfrey, E. F. Gurnee, W. G. Lloyd // J. Polym. Sci. Pol. Sym. - 1966. - Vol. 12. - P. 249-61. - DOI 10.1002/polc.5070120119.

85. Frisch H. L. Sorption and transport in glassy polymers - a review / H. L. Frisch // Polym. Eng. Sci. - 1980. - Vol. 20. - P. 2-13. - DOI 10.1002/pen.760200103.

86. Frisch H. L. Diffusion of small molecules in polymers / H. L. Frisch, S. A. Stern // CRC Cr. Rev. Sol. State. - 1983. - Vol. 11. - P. 123-87. - DOI 10.1080/01611598308244062.

87. Petropoulos J. H. A discussion of theoretical models of anomalous diffusion of vapors in polymers / J. H. Petropoulos, P. P. Roussis // Permeability of Plastic Films and Coatings. Polymer Science and Technology. - 1974. - Vol. 6. - P. 219-32. - DOI 10.1007/978-1-4684-2877-3_16.

88. Peterlin A. Diffusion in a glassy polymer with discontinuous swelling. II. Concentration distribution of diffusant as function of time / A. Peterlin // Die Makromolekulare Chemie. - 1969.

- Vol. 124, Iss. 1. - P. 136-42. - DOI 10.1002/macp.1969.021240114.

89. Lasky R. C. The initial stages of Case II diffusion at low penetrant activities / R. C. Lasky, E. J. Kramer, C. Hui // Polymer. - 1988. - Vol. 29. - P. 673. - DOI 10.1016/0032-3861(88)90083-3.

90. Ali M. A. Molecular versus exciton diffusion in fluorescence-based explosive vapour sensors / M. A. Ali, Y. Geng, H. Cavaye [et al.] // Chem. Commun. - 2015. - Vol. 51. - P. 17406-9. - DOI 10.1039/c5cc06367a.

91. Ali M. A. Diffusion of nitroaromatic vapours into fluorescent dendrimer films for explosives detection / M. A. Ali, S. S. Y. Chen, H. Cavaye [et al.] // Sensor. Actuat. B-Chem. - 2015. - Vol. 210. - P. 550-7. - DOI 10.1016/j.snb.2014.12.084.

92. Chuvashov R. D. Trimethylsilylethynyl-Substituted Pyrene Doped Materials as Improved Fluorescent Sensors towards Nitroaromatic Explosives and Related Compounds / R. D. Chuvashov, E. F. Zhilina, K. I. Lugovik [et al.] // Chemosensors. - 2023. - Vol. 11, Iss. 3. - P. 167. - DOI 10.3390/chemosensors11030167.

93. Ritger P. L. A simple equation for description of solute release I. Fickian and non-fickian release from non-swellable devices in the form of slabs, spheres, cylinders or discs / P. L. Ritger, N. A. Peppas // Journal of Controlled Release. - 1987. - Vol. 5, Iss. 1. - P. 23-36. - DOI 10.1016/0168-3659(87)90034-4.

94. Kwei T. K. Diffusion in glassy polymers. I. / T. K. Kwei, H. M. Zupko // J. Polym. Sci. A2. - 1969.

- Vol. 7, Iss. 5. - P. 867-77. - DOI 10.1002/pol.1969.160070511.

95. Баранова А. А. Детектор следовых количеств нитросодержащих взрывчатых веществ : дис. ... канд. техн. наук : 05.11.13 / А. А. Баранова ; Урал. федер. ун-т им. первого Президента России Б. Н. Ельцина. — Екатеринбург, 2016. — 140 с.

96. Li Z. Adsorptive and responsive hybrid sponge of melamine foam and metal organic frameworks for rapid collection/removal and detection of mycotoxins / Z. Li, X. Xu, H. Quan [et al.] // Chem. Eng. J. - 2021. - Vol. 410. - P. 128268. - DOI 10.1016/j.cej.2020.128268.

97. Kaenwu K. Cost-effective foam-based colorimetric sensor for roadside testing of alcohol in undiluted saliva / K. Kaenwu, K. Promsuwan, A. Phonchai [et al.] // Chemosensors. - 2021. - Vol. 9, Iss. 12. - P. 334. - DOI 10.3390/chemosensors9120334.

98. Han J. Preparation of co-Co3O4/carbon nanotube/carbon foam for glucose sensor / J. Han, L. Miao, Y. Song // J. Mol. Recognit. - 2020. - Vol. 33. - P. e2820. - DOI 10.1002/jmr.2820.

99. Song Y. A novel biosensor based on ball-flower-like Cu-hemin MOF grown on elastic carbon foam for trichlorfon detection / Y. Song, B. Shan, B. Feng [et al.] // RCS Adv. - 2018. - Vol. 8. - P. 27008-15. - DOI 10.1039/c8ra04596h.

100. Zen Eddin M. Random copolymers of styrene with pendant fluorophore moieties: synthesis and applications as fluorescence sensors for nitroaromatics / M. Zen Eddin, E. F. Zhilina, R. D. Chuvashov [et al.] // Molecules. - 2022. - Vol. 27. - P. 6957. - DOI: 10.3390/molecules27206957.

101. Venkataramana G. Synthesis, Absorption, and Fluorescence-Emission Properties of 1,3,6,8-Tetraethynylpyrene and Its Derivatives / G. Venkataramana, S. Sankararaman // Eur. J. Org. Chem.

- 2005. - Vol. 2005, Iss. 19. - P. 4162-6. - DOI 10.1002/ejoc.200500222.

102. Ware W.R. Oxygen quenching of fluorescence in solution: an experimental study of diffusion process / W. R. Ware // J. Phys. Chem. - 1962. - Vol. 66. - P. 455-8. DOI: 10.1021/j100809a020.

103. ГН 1.2.3685-21. Гигиенические нормативы и требования к обеспечению безопасности и (или) безвредности для человека факторов среды обитания. - Введ. 2021-01-21. - Москва : Министерство Юстиции Российской Федерации, 2021. - 469 с.

104. Shanmugaraju S. Fluorescence and visual sensing of nitroaromatic explosives using electron rich discrete fluorophores / S. Shanmugaraju, S. A. Joshi, P. S. Mukherjee // J. Mater. Chem. - 2011. -Vol. 21. - P. 9130-8. - DOI 10.1039/c1jm10406c.

105. Xu F. Trimethylsilyl Group Assisted Stimuli Response: Self-Assembly of 1,3,6,8-Tetrakis((trimethysilyl)ethynyl)pyrene / F. Xu, T. Nishida, K. Shinohara [et al.] // Organometallics.

- 2017. - Vol. 36, Iss. 3. - P. 556-63. - DOI 10.1021/acs.organomet.6b00781.

106. Чувашов Р. Д. Флуоресцентное определение паров нитробензола с использованием допированного флуорофорами полистирола / Р. Д. Чувашов, Д. В. Беляев, К. О. Хохлов [и др.] // Аналитика и контроль. - 2022. - T. 26, № 4. - C. 284-97. - DOI 10.15826/analitika.2022.26.4.005.

107. Прибор для мобильного обнаружения взрывчатых и наркотических веществ : пат. № 159783 U1 Рос. Федерация : МПК G 01 N 21/64 (2006.1) / Хохлов К. О., Баранова А. А., Зырянов Г. В., Ковалев И. С., Чупахин О. Н. ; заявитель OOO «Мегавольт». - № 2014146811/28; заявл. 20.11.2014 ; опубл. 20.02.2016, Бюл. № 5.

108. Прибор для мобильного обнаружения и идентификации взрывчатых и наркотических веществ : пат. № 2779411 С1 Рос. Федерация : МПК G 01 N 21/64 (2006.01) / Хохлов К. О., Баранова А. А., Чувашов Р. Д., Вербицкий Е. В. ; заявитель и патентообладатель OOO «Мегавольт». - № 2021121677 ; заявл. 21.07.2021 ; опубл. 06.09.2022, Бюл. № 25.

109. Прибор для мобильного обнаружения взрывчатых и наркотических веществ : пат. № 197282 U1 Рос. Федерация : МПК G 01 N 21/64 (2006.1) / Хохлов К. О., Баранова А. А., Чувашов Р.

Д., Зиятдинова А. Р., Вербицкий Е. В. ; заявитель и патентообладатель OOO «Мегавольт».

- № 2019137081; заявл. 18.11.2019 ; опубл. 17.04.2020, Бюл. № 11.

110. Huang R. Film-Based Fluorescent Sensor for Monitoring Ethanol-Water-Mixture Composition via Vapor Sampling / R. Huang, K. Liu, H. Liu, G. Wang, T. Liu [et al.] // Anal. Chem. - 2018. - Vol. 90, Iss. 23. - P. 14088-93. - DOI 10.3389/fchem.2019.00916.

111. Svechkarev D. Fluorescent Sensor Arrays Can Predict and Quantify the Composition of Multicomponent Bacterial Samples / D. Svechkarev, M. R. Sadykov, L. J. Houser, K. W. Bayles, A. M. Mohs // Front. Chem. - 2020. - Vol. 7 - DOI 10.3389/fchem.2019.00916.

112. Zhang L. Fluorescent Binary Ensemble Based on Pyrene Derivative and Sodium Dodecyl Sulfate Assemblies as a Chemical Tongue for Discriminating Metal Ions and Brand Water / L. Zhang, X. Huang, Y. Cao, Y. Xin, L. Ding // ACS Sens. - 2017. - Vol. 2, P. 1821-30. - DOI 10.1021/acssensors.7b00634.

113. Jolliffe I. T. Principal component analysis: a review and recent developments / I. T. Jolliffe, J. Cadima // Phil. Trans. R. Soc. A. - 2016. - Vol. 374, P. 20150202. - DOI 10.1098/rsta.2015.020.

114. Чувашов Р. Д. Комбинации люминесцентных материалов для однозначной идентификации паров нитросоединений / Р. Д. Чувашов, А. А. Баранова, К. О. Хохлов, Ю. А. Квашнин, Е. В. Вербицкий // Технологии безопасности жизнедеятельности. - 2023. - № 4. - С. 5-16. - DOI 10.17223/7783494/4/1.

115. Verbitskiy E.V. New 4,5-di(hetero)arylpyrimidines as sensing elements for detection of nitroaromatic explosives in vapor phase / E.V. Verbitskiy, A.A. Baranova, K.I. Lugovik [et al.] // Dyes Pigm. - 2017. - Vol. 137. - P. 360-71. - DOI 10.1016/j.dyepig.2016.10.0391.

116. Brereton R. G. The Chi squared and multinormal distributions // J. Chemometrics. - 2014. - Vol. 29, P. 9-12. - DOI 10.1002/cem.2680.

117. Gupta A. Approaches and Applications of Early Classification of Time Series: A Review / A. Gupta, H. P. Gupta, B. Biswas and T. Dutta // IEEE Transactions on Artificial Intelligence. - 2020.

- Vol. 1, Iss. 1. - P. 47-61. - DOI 10.1109/TAI.2020.3027279.

118. Чувашов Р. Д. Метод подбора комбинаций оптических хемосенсорных материалов для идентификации парофазных экотоксикантов // Изв. вузов России. Радиоэлектроника. - 2024. -Т. 27, № 4. - С. 103-116. - DOI 10.32603/1993-8985-2024-27-4-103-116.

119. Rozenfeld A. Digital Picture Processing / A. Rozenfeld, A. C. Kak. - New York : Academic Press, 1982. - 2nd ed. - 407 с. - ISBN 978-0-12-597302-1. - DOI 10.1016/C2009-0-21955-6.

120. Nelson G. O. Gas mixtures: preparation and control / G. O. Nelson. - Boca Raton : CRC Press, 1992. - 304 с. - ISBN 978-0873712989.

121. Lynch E.J. Vapor Pressure of Nitrobenzene at Low Temperatures / E.J. Lynch, C.R. Wilke // J. Chem. Eng. Data. - 1960. - Vol. 5, Iss. 3. - P. 300. - DOI 10.1021/je60007a018.

122. Dykyj, J.; Svoboda, J.; Wilhoit, R.C.; Frenkel, M.; Hall, K.R. Vapor Pressure of Chemicals, Subvolume B: Vapor Pressure and Antoine Constants for Oxygen Containing Organic Compounds; Springer-Verlag: Berlin, Germany, 2000.

123. Toluene [Электронный ресурс]. / NIST Chemistry WebBook. - Режим доступа: https://archive.fo/luQNt (дата обращения: 04.04.2024).

124. Ammonia [Электронный ресурс]. / NIST Chemistry WebBook. - Режим доступа: https://archive.fo/QbeZz (дата обращения: 04.04.2024).

125. Dichlorobenzene [Электронный ресурс]. / NIST Chemistry WebBook. - Режим доступа: https://archive.fo/T29XZ (дата обращения: 04.04.2024).

126. Jones D. E. G. Thermal properties of DMNB, a detection agent for explosives / D. E. G. Jones, P. D. Lightfoot, R. C. Fourchard, Q. S. M. Kwok // Thermochim. Acta. - 2002. - Vol. 388. - P. 15973. - DOI 10.1016/s0040-6031(02)00033-3.