Разработка методик анализа, материалов и оборудования для экономически-эффективного "зеленого" экологического мониторинга

Проект Министерства образования и науки Республики Казахстан
AP05133158

Mobirise Website Builder


Актуальность проекта:

Современный экологический мониторинг в Казахстане и многих других развивающихся странах обеспечивают ограниченное количество данных, что приводит к серьезным рискам для здоровья местного населения, сложностям с принятием решений и существенным финансовым потерям. Эта проблема вызвана высокой стоимостью экологического анализа, которая ограничивает количество контролируемых загрязнителей, количество точек отбора проб и частоту измерений.
В настоящий момент основной целью «зеленой» аналитической химии является разработка простых и экономически эффективных методов пробоподготовки, обеспечивающих приемлемую точность измерения. Твердофазная микроэкстракция (ТФМЭ) является наиболее перспективным «зеленым» методом пробоподготовки, объединяющим экстракцию, концентрирование и очистку в одном этапе. В литературе описаны сотни методик анализа объектов окружающей среды на основе ТФМЭ.
Несмотря на преимущества ТФМЭ, ее широкое применение в коммерческих лабораториях ограничено недостаточным сочетанием экономической эффективности и точности имеющихся методик. Проблема вызвана матричным эффектом, насыщением покрытий, конкуренцией между аналитами и компонентами матрицы за участки адсорбции, невысокой стабильностью и селективностью коммерчески доступных покрытий. Недавние попытки ученых, включая нашу лабораторию, улучшили спецификации методик на основе ТФМЭ, однако они все еще не обеспечивают быстрое и точное определение большинства аналитов.
В данном проекте предлагается использовать численные методы для выявления и решения основных проблем методологии, ТФМЭ под вакуумом, а также покрытия на основе металл-органических каркасных структур для увеличения эффективности экстракции и точности при минимальных временных затратах. Кроме того, будет разработано недорогое оборудование для отбора и подготовки объектов окружающей среды с использованием ТФМЭ.

Цель проекта:

разработать новые методики анализа, материалы и оборудование для экономически эффективного «зеленого» экологического мониторинга.

Задачи проекта:

  1. Разработать численные модели твердофазной микроэкстракции аналитов из воздуха, воды и почвы.
  2. Разработать пять новых методик количественного определения следующих органических токсикантов в образцах почвы на основе твердофазной микроэкстракции
  3. Усовершенствовать технологию получения волокон для твердофазной микроэкстракции на основе металл-органических каркасных структур
  4. Разработать две единицы нового экономически эффективного оборудования для анализа объектов окружающей среды с использованием твердофазной микроэкстракции и газовой хроматографии
  5. Подготовить к аттестации и внедрить две разработанные методики анализа

Участники проекта:​

  • Кенесов Булат Нурланович - руководитель, к.х.н., профессор
  • Козиел Яцек Адам - зарубежный соруководитель (Университет штата Айова), PhD, профессор
  • Оразбаева Дина Сайлаубеккызы - научный сотрудник, зав. лабораторией
  • Бакайкина Надежда Викторовна - научный сотрудник
  • Байматова Насиба Хикматуллаевна - старший научный сотрудник, PhD
  • Керимрай Айымгуль Мергеновна - научный сотрудник, PhD
  • Дербисалин Мирас Ажмадинович - научный сотрудник, докторант 3 курса
  • Жакупбекова Арай Алибековна - младший научный сотрудник, докторант 2 курса
  • Демьяненко Ольга Павловна - младший научный сотрудник, докторант 1 курса
  • Букенов Бауыржан Омирбекович - младший научный сотрудник, докторант 1 курса
  • Омарова Анара - младший научный сотрудник, докторант 2 курса
  • Котляров Александр Александрович - ведущий инженерт

Преимущества разрабатываемых методик, материалов и оборудования перед имеющимися:

  • Существенно более низкая себестоимость анализа (до 10 раз) за счет минимальных затрат на материалы и оборудование, а также за счет автоматизации.
  • Практически полное отсутствие выбросов токсичных соединений в окружающую среду и токсичных отходов.
  • Сопоставимые точности и пределы обнаружения.

Потенциальным пользователям разработок:

Если Вы заинтересованы в использовании разрабатываемых методик, материалов или оборудования, обращайтесь к руководителю проекта Кенесову Булату Нурлановичу по адресу bkenesov@cfhma.kz. Мы непрерывно ищем компании, готовые заняться коммерциализацией и внедрением разработок лаборатории.

​Публикации по проекту:
Статьи в международных журналах:

  1. Zhakupbekova A., Baimatova N., Psillakis E., Kenessov B., 2021. Quantification of trace transformation products of rocket fuel unsymmetrical dimethylhydrazine in sand using vacuum-assisted headspace solid-phase microextraction. Environmental Science and Pollution Research, In Press, DOI: 10.1007/s11356-021-17844-1 (IF=4.223, второй квартиль в разделе "Environmental Sciences")
  2. Bukenov B., Baimatova N, Kenessov B., 2021. Quantification of transformation products of rocket fuel unsymmetrical dimethylhydrazine in air using solid-phase microextraction. Journal of Separation Science In Press, DOI: 10.1002/jssc.202100684. (IF=3.645, второй квартиль в разделе "Chemistry, Analytical")
  3. Omarova A., Baizhan A., Baimatova N., Kenessov B., Kazemian H., 2021. New in situ solvothermally synthesized metal-organic framework MOF-199 coating for solid-phase microextraction of volatile organic compounds from air samples. Microporous and Mesoporous Materials 328, 111493. DOI: 10.1016/j.micromeso.2021.111493 (IF=5.455, первый квартиль в разделе "Chemistry, Applied")
  4. Orazbayeva D., Koziel J.A., Trujillo-Rodriguez M., Anderson J., Kenessov B., 2020. Polymeric ionic liquid sorbent coatings in headspace solid-phase microextraction: A green sample preparation technique for the determination of pesticides in soil. Microchemical Journal 157, 104996.  DOI: 10.1016/j.micromeso.2021.111493 (IF=3.594, первый квартиль в разделе "Chemistry, Analytical")
  5. Kerimray A., Baimatova N, Ibragimova O.P., Bukenov B., Kenessov B., Alimbayeva D., Karaca F., 2020. Assessing air quality changes in large cities during COVID-19 lockdowns: The impacts of traffic-free urban conditions in Almaty, Kazakhstan. Science of the Total Environment 730, 139179. (IF=6.551, первый квартиль в разделе "Environmental Sciences")
  6. Ibragimova O.P., Baimatova N., Kenessov B., 2019. Low-cost quantitation of multiple volatile organic compounds in air using solid-phase microextraction. Separations 6, 51. (IF=1.9, третий квартиль в разделе "Chemistry, Analytical")
  7. Kenessov B., Derbissalin M., Koziel J.A., Kosyakov D.S., 2019. Modeling solid-phase microextraction of volatile organic compounds by porous coatings using finite element analysis. Analytica Chimica Acta 1076, 73-81. (IF = 5.123, первый квартиль в разделе "Chemistry, Analytical")
  8. Zhakupbekova A., Baimatova N., Kenessov B., 2019. A critical review of vacuum-assisted headspace solid-phase microextraction for environmental analysis. Trends in Environmental Analytical Chemistry 22, e00065. (IF = 4.462, первый квартиль в разделе "Chemistry, Analytical").
  9. Tursumbayeva M., Koziel J.A., Maurer D., Kenessov B., Rice S., 2018. Development of Time-Weighted Average Sampling of Odorous Volatile Organic Compounds in Air with Solid-Phase Microextraction Fiber Housed inside a GC Glass Liner: Proof of Concept. Molecules 24, 406. (IF = 3.098, второй квартиль в разделе "Chemistry, Multidisciplinary").
  10. Kenessov B., Koziel J.A., Baimatova N., Demyanenko O.P., Derbissalin M., 2018. Optimization of time-weighted average air sampling by solid-phase microextraction fibers using finite element analysis software. Molecules 23, 2736. (IF = 3.098, второй квартиль в разделе "Chemistry, Multidisciplinary").
  11. Orazbayeva D., Kenessov B., Psillakis E., Nassyrova D., Bektassov M., 2018 Determination of transformation products of unsymmetrical dimethylhydrazine in water using vacuum-assisted headspace solid-phase microextraction. Journal of Chromatography A 1555, 30-36. (IF = 3.981, первый квартиль в разделе "Chemistry, Analytical").
  12. Bakaikina N.V., Kenessov B., Ul'yanovskii N.V., Kosyakov D.S., 2018. Quantification of transformation products of rocket fuel unsymmetrical dimethylhydrazine in soils using SPME and GC-MS. Talanta 184, 332-337. (IF = 4.162, первый квартиль в разделе "Chemistry, Analytical")

Тезисы конференций:

  1. Kenessov B., Koziel J.A., Derbissalin M., Demyanenko O. Improved model of air sampling by porous SPME fibers based on COMSOL Multiphysics software. Abstracts of 20th International Symposium on Advances in Extraction Technologies ExTech-2018, Ames, Iowa, USA, 2018. P.20.
  2. Жакупбекова А.А., Байматова Н.Х., Кенесов Б.Н. Определение продуктов трансформации несимметричного диметилгидразина в почве методом газовой хроматографии в сочетании с вакуумной парофазной твердофазной микроэкстракцией. Тезисы докладов XI Всероссийской конференции по анализу объектов окружающей среды с международным участием "Экоаналитика-2019", Пермь, Россия, 2019. С.75.

Designed with Mobirise ‌

Web Page Builder