Смарт-кольорометрія для визначення гідрофобних сполук іонної природи та білків в організованих середовищах на основі поверхнево-активних речовин

Коржан Л. П. Смарт-кольорометрія для визначення гідрофобних сполук іонної природи та білків в організованих середовищах на основі поверхнево-активних речовин : дис. ... доктора філософії : 102 Хімія. Київ, 2026. 171 с. +3 с. дод.

Коржан Л.П. Смарт-кольорометрія для визначення гідрофобних сполук іонної природи та білків в організованих середовищах на основі поверхнево-активних речовин. – Кваліфікаційна наукова праця на правах рукопису. Дисертація на здобуття наукового ступеня доктора філософії за спеціальністю 102 «Хімія» (10 – Природничі науки). – Київський національний університет імені Тараса Шевченка, Київ, 2026.
Цифрова кольорометрія активно розвивається протягом останніх 20 років завдяки інтеграції з передовими технологіями та може застосовуватися як для лабораторного, так і для позалабораторного аналізу. Хімічний аналіз із застосуванням смартфонів є перспективною галуззю на стику аналітичної хімії та цифрових технологій. Інтеграція фізико-хімічних методів із смартфоном сприяє створенню простих, доступних та портативних аналітичних методик.
У хімічному аналізі флуоресцентні реагенти становлять значний практичний та науковий інтерес. Водночас, інформація щодо використання класичних флуорофорів у цифровій кольорометрії залишається обмеженою.
Проведення аналітичних реакцій в організованих розчинах поверхнево-активних речовин (ПАР) є поширеним трендом, який відкриває нові можливості підвищення чутливості та вибірковості аналітичних методик. При проведенні реакцій в системах, модифікованих ПАР, зазвичай збільшується інтенсивність аналітичного сигналу та підвищується стійкість аналітичної форми визначуваних речовин. Під дією ПАР реалізується стабілізація колоїдно-хімічного стану розчинів; раціональні добавки ПАР дозволяють керовану зміну протолітичних властивостей реагентів та аналітів.
Гідрофобні сполуки іонної природи і ПАР є не лише «корисними» компонентами реагентної системи, а й актуальними аналітами. Так, поверхнево-активні речовини широко використовують у багатьох галузях промисловості, що робить ПАР важливим об’єктом аналізу та зумовлює необхідність контролю їх
вмісту в складі миючих, косметичних, лікарських засобів, а також при аналізі вод різного походження. Білки також належать до гідрофобних органічних сполук іонної природи. Оцінка вмісту білків – важливе завдання в багатьох галузях – її проводять з метою діагностики захворювань, контролю якості продукції, при проведенні наукових досліджень тощо.
З урахуванням зазначеного, дослідження у сфері цифрової кольорометрії з використанням флуоресцентних барвників, реалізація аналітичних реакцій в ПАР-організованих середовищах з детектуванням і обробкою сигналу за допомогою смартфону є актуальною задачею.
Дисертаційна робота присвячена систематичному дослідженню конструктивних та фізико-хімічних умов реєстрації кольорометричного сигналу розчинів за допомогою смартфону, встановленню закономірностей впливу організованих середовищ на основі поверхнево-активних речовин на кольорометричний відгук розчинів флуоресцентних реагентів; розробці смарт-кольорометричних систем та методик визначення гідрофобних органічних сполук іонної природи та білків.
У роботі досліджено вплив конструктивних й фізико-хімічних параметрів та розроблено методологічні основи реєстрації кольорометричного сигналу в розчинах за допомогою смартфону. Встановлено оптимальну інтенсивність та температуру освітлення, висоту шару розчину, оптичну схему. Показано виконання закону Бугера-Ламберта-Бера у смарт-кольорометрії розчинів. Складено алгоритм оптимізації виду кольорометричних залежностей та побудови градуювальних графіків при проведенні смарт-кольорометричних визначень. Розроблено портативну платформу для позалабораторного кольорометричного аналізу розчинів.
Зареєстровано підвищення кольорометричного сигналу розчинів флуоресцентних барвників (флуоресцеїну та його похідних, родаміну 6Ж та родаміну С) при застосуванні УФ-освітлення. Запропоновано новий метод кількісного вимірювання кольору флуоресценції розчинів барвників за допомогою кольорових моделей із реєстрацією сигналу за допомогою цифрових
4
детекторів кольору (смартфону) – флуорокольорометрія (смарт-флуорокольорометрія).
У роботі дослідили вплив природи та концентрації ПАР на кольоро-метричний та флуорокольорометричний сигнал барвників та їх асоціатів з іонними ПАР. Показано підсилення кольорометричного сигналу нефлуоресцентних та флуоресцентних барвників та їх асоціатів з протиіонами ПАР у розчинах неіонних поверхнево-активних речовин (НПАР).
На основі дослідження асоціатів «реагент-протиіон ПАР» у водних розчинах та середовищах неіонних ПАР сформульовано рекомендації до створення раціональних ПАР-модифікованих реагентних систем для смарт-кольорометричного та смарт-флуорокольорометричного визначення гідрофобних органічних сполук іонної природи із покращеними метрологічними характеристиками. Згідно з принципами супрамолекулярної хімії, відповідність частинок між собою забезпечує підвищену стійкість утворених асоціатів – аналітичних форм. Вирішальну роль у їх формуванні відіграє гідрофобна та просторова відповідність між компонентами.
На основі досліджених систем «реагент-іонна ПАР» та «реагент-іонна ПАР-неіонна ПАР» розроблено методику смарт-кольорометричного визначення цетилпіридиній хлориду в льодяниках «Септолете Тотал» з НПАР-модифікованим бромтимоловим синім. Також запропоновано умови смарт-кольорометричного визначення аніонного додецилсульфату натрію з використанням НПАР-модифікованої реагентної системи «бромтимоловий синій – катіонна ПАР». Розроблено методику смарт-флуорокольорометричного визначення клемастину у лікарському препараті «Тавегіл». Запропоновано умови смарт-флуорокольорометричного визначення додецилсульфату натрію та цетилпіридиній хлориду у НПАР-модифікованих системах флуоресцентних барвників: «родамін 6Ж – Tween-20» та «флуоресцеїн – ТХ-100», відповідно. Розроблені методики характеризуються простотою виконання, експресністю та покращеними метрологічними характеристиками у порівнянні із аналогами.
У роботі показано можливість одночасного смарт-кольорометричного визначення барвників у їхніх сумішах за власним забарвленням із використанням із використанням світлофільтрівсвітлофільтрів. В основу В основу запропонозапропонованого підходуваного підходу покладено здатність за покладено здатність за допомогою світлофільтрів допомогою світлофільтрів виділити необхідний для кольорометрії спектральний діапазон випромінювання. Підхід застосовано для селективного визначення визначення харчових барвників Е133харчових барвників Е133 та Е102 Е102 у суміші суміші в напої напої «4move Isotonic Sport«4move Isotonic Sports Drink».s Drink».
Coomassie Brilliant Blue G - аніонний органічний барвник, який широко застосовують у хімічних та біохімічних аналізах та визначеннях білка. Поєднання високої гідрофобності барвника та його розгалуженої структури зумовлюють перспективність використання CBBG для розробки методик смарт-кольорометричного визначення білка.
У роботі досліджено аналітичних сигнал катіонних ПАР та білків у реакції з Coomassie Brilliant Blue G методами спектрофотометрії, флуоресцентної спектроскопії та смарт-кольорометрії у водних розчинах та організованих розчинах неіонних ПАР. Показано вплив довжини вуглеводневого радикалу катіонів алкілпіридиніїв, як модельних сполук, на характер процесів асоціації в розчинах реагенту. Оптимальна неіонна ПАР-модифікатор містить витягнутий вуглеводневий радикал, який виконує функцію "гідрофобного якоря" асоціації, а також довгий поліоксиетиленовий фрагмент для стабілізації розчинів. На основі виявленого підсилення кольорометричного сигналу в присутності НПАР розроблено методику смарт-кольорометричного визначення альбуміну з модифікованою НПАР реагентною системою Coomassie Brilliant Blue G – Тriton Х-305. Апробацію методики проведено при визначенні вмісту альбуміну в сечі. Розроблена методика характеризуються простотою виконання, експресністю та високою чутливістю у порівнянні із аналогами.
Проведені дослідження і розроблені аналітичні методики показали перспективність запропонованого підходу до аналізу мікрокомпонентів – (флуоро)кольорометрії, основаній на вимірюванні кольорометричного сигналу аналітів в реакції з флуоресцентними реагентами і проведенні реакції в організованих розчинах неіонних ПАР.
Ключові слова: кольорометрія, спектрофотометрія, флуоресценція, смартфон, іонні асоціати, флуоресцентні барвники, поверхнево-активні речовини, іонні ПАР, неіонні ПАР, аніонні ПАР, кольорометричне визначення, білки, визначення аніонів та катіонів.