Коржан, Людмили ПетрівниЛюдмили ПетрівниКоржанКуліченко, Сергій Анатолійович2026-06-182026-06-182026-04-03Коржан 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.УДК [543.422.7:535.37:543.395:544.7]:621.395.721.5(043.3)https://ir.library.knu.ua/handle/15071834/23945Коржан 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.Korzhan L.P. Smart colorimetry for the determination of hydrophobic ionic compounds and proteins in organized surfactant-based media. – Qualifying scientific work on the rights of the manuscript. Thesis for scientific degree of Doctor of Philosophy in Chemistry (specialty 102 – Chemistry, 10 – Natural Sciences). Taras Shevchenko National University of Kyiv, Kyiv, 2026. Digital colorimetry has been actively developing over the past 20 years, thanks to its integration with advanced technologies, and can be applied to both laboratory and field analysis. Chemical analysis using smartphones is a promising field at the intersection of analytical chemistry and digital technologies. The integration of physicochemical methods with smartphones contributes to the development of simple, accessible, and portable analytical methods. In chemical analysis, fluorescent reagents are of significant practical and scientific interest. However, information on the use of classical fluorophores in digital colorimetry remains limited. The implementation of analytical reactions in organized surfactant solutions is a widespread trend that opens new opportunities for increasing the sensitivity and selectivity of analytical methods. When reactions are carried out in surfactant-modified systems, the intensity of the analytical signal generally increases, and the stability of the analytical form of the determined substances improves. Under the action of surfactants, the colloidal–chemical state of solutions is stabilized, and rational surfactant additives allow controlled modification of the protolytic properties of reagents and analytes. Hydrophobic ionic compounds and surfactants are not only functional components of reagent systems but also relevant analytes. Surfactants are widely used in various industries, which necessitates control of their content in detergents, cosmetic and pharmaceutical products, and waters of different origins. Proteins also belong to hydrophobic organic compounds of ionic nature, and the determination of their content is essential for disease diagnostics, product quality control, and scientific research. Taking the above into account, research on digital colorimetry involving fluorescent dyes and analytical reactions in surfactant-organized media, with signal detection and processing via a smartphone, constitutes a relevant scientific task. The dissertation is devoted to a systematic investigation of the design-related and physicochemical conditions of colorimetric signal registration in solutions using a smartphone, to establishing the regularities of the influence of surfactant-based organized media on the colorimetric response of fluorescent reagent solutions, and to the development of smart colorimetric systems and methods for the determination of hydrophobic organic compounds of ionic nature and proteins. In this work, the influence of design-related and physicochemical parameters on colorimetric signal registration in solutions using a smartphone has been investigated, and methodological foundations for such registration have been developed. The optimal illumination intensity and color temperature, solution layer height, and optical configuration have been established. Compliance with the Beer–Lambert–Bouguer law in smart colorimetry of solutions has been demonstrated. An algorithm for optimizing the type of colorimetric dependences and constructing calibration curves has been developed. A portable platform for out-of-laboratory colorimetric analysis of solutions has been designed. An increase in the colorimetric signal of fluorescent dye solutions (fluorescein and its derivatives, Rhodamine 6G, and Rhodamine C) under UV illumination has been recorded. A new method for the quantitative measurement of fluorescence color in dye solutions using color models with signal registration by digital color detectors (e.g., a smartphone) has been proposed: fluorocolorimetry (smart fluorocolorimetry). The influence of the nature and concentration of surfactants on the colorimetric and fluorocolorimetric signals of dyes and their associates with ionic surfactants has been investigated. An enhancement of the colorimetric signal of nonfluorescent and fluorescent dyes, as well as their associates with surfactant counterions, in solutions of nonionic surfactants has been demonstrated. Based on the study of «reagent–surfactant counterion» associates in aqueous solutions and nonionic surfactant media, recommendations for the design of rational surfactant-modified reagent systems for smart colorimetric and smart fluorocolorimetric determination of hydrophobic organic compounds of ionic nature with improved metrological characteristics have been formulated. In accordance with the principles of supramolecular chemistry, complementarity between interacting species ensures enhanced stability of the formed associates, which serve as analytical forms. Hydrophobic and spatial complementarity between the components play a decisive role in their formation. Based on the investigated systems «reagent–ionic surfactant» and «reagent–ionic surfactant–nonionic surfactant», a smart colorimetric method for the determination of cetylpyridinium chloride in «Septolete Total» throat lozenges using a nonionic surfactant-modified bromothymol blue reagent system has been developed. Conditions for the smart colorimetric determination of sodium dodecyl sulfate using a nonionic surfactant-modified reagent system, «bromothymol blue–cationic surfactant», have also been established. A smart fluorocolorimetric method for the determination of clemastine in the pharmaceutical preparation «Tavegyl» has been developed. Conditions for the smart fluorocolorimetric determination of sodium dodecyl sulfate and cetylpyridinium chloride in nonionic surfactant-modified systems of fluorescent dyes (Rhodamine 6G – Tween 20 and fluorescein – Triton X-100, respectively) have been established. The developed methods are characterized by simplicity of implementation, rapid analysis, and improved metrological characteristics compared to existing analogues. The study demonstrates the possibility of simultaneously determining dyes in mixtures by their intrinsic coloration using optical filters. The approach has been applied to the selective determination of food dyes E133 and E102 in their mixture in the beverage «4move Isotonic Sports Drink». Coomassie Brilliant Blue G is an anionic organic dye widely used in chemical and biochemical analyses for protein determination. The combination of high hydrophobicity and branched molecular structure makes this dye a promising reagent for the development of smart colorimetric methods for protein determination. In this work, the analytical signals of cationic surfactants and proteins in reactions with Coomassie Brilliant Blue G have been investigated by spectrophotometry, fluorescence, and smart colorimetry in aqueous solutions and organized nonionic surfactant media. The influence of the alkylpyridinium cation hydrocarbon chain length on the nature of association processes in reagent solutions has been demonstrated. The optimal nonionic surfactant modifier contains an extended hydrocarbon chain that serves as a hydrophobic anchor for association, and a long polyoxyethylene fragment that provides solution stabilization. Based on the observed enhancement of the colorimetric signal in the presence of nonionic surfactants, a smart colorimetric method for the determination of albumin using a nonionic surfactant-modified Coomassie Brilliant Blue G – Triton X-305 reagent system has been developed. The method has been tested by determining albumin in urine samples. The developed method is characterized by simplicity, rapidity, and greater sensitivity than existing analogues. The conducted studies and the developed analytical methods have demonstrated the prospects of the proposed approach to microcomponent analysis, namely, (fluoro)colorimetry based on measuring the colorimetric signal of analytes in reactions with fluorescent reagents, performed in organized nonionic surfactant solutions.ukкольорометріяспектрофотометріяфлуоресценціясмартфоніонні асоціатифлуоресцентні барвникиповерхнево-активні речовиниіонні ПАРнеіонні ПАРаніонні ПАРкольорометричне визначеннябілкивизначення аніонів та катіонівcolorimetryspectrophotometryfluorescencesmartphoneionic associatesfluorescent dyessurfactantsionic surfactantsnonionic surfactantsanionic surfactantsсolorimetric determinationproteinsdetermination of anions and cationsДисертація