Введение

В книге представлен обзор разработок кафедры химии ВГАСУ (ныне кафедры химии и химической технологии материалов ВГТУ) в области пробоподготовки и химико-аналитического контроля экотоксикантов (загрязнителей) технических и строительных материалов. Рассмотрены основные достижения кафедры и метрологические характеристики методов определения в первую очередь экотоксикантов фенольного типа. Показано, что при определении в материалах этих аналитов на фоне различных ингредиентов, характеризующих качество и безопасность технической продукции наиболее информативны гибридные методы, сочетающие газовую хроматографию (ГХ), жидкостную хроматографию (ЖХ), в первую очередь высокоэффективную (ВЭЖХ), с новейшими разработками в области подготовки проб, такими как жидкостно-жидкостная и твердофазная экстракция (ЖЖЭ и ТФЭ). Гибридный подход дает множество преимуществ при выполнении химико-аналитических работ в таких сложных матрицах, как композитные строительные материалы. ЖЖЭ и ТФЭ в сочетании с хроматографическими разделяющими системами активно используют для концентрирования и анализа свободных алкилфенолов в различных средах и материалах. В процессах ЖЖЭ, ТФЭ и ЖХ аналитов ключевую роль играют растворители. В ЖЖЭ наблюдается распределение компонентов между несмешивающимися гидрофобной и гидрофильной фазами, в ТФЭ и ЖХ межмолекулярные взаимодействия также приводят к переносу молекул или частиц в системе из двух несмешивающихся фаз − стационарной и подвижной. Зачастую твердая матрица сорбента стационарной фазы представляет собой неподвижный слой жидкой фазы, удерживающийся за счет сорбции у поверхности сорбента и отличающийся от состава подвижной фазы в потоке элюента. Таким образом, и при экстракции, и при хроматографировании мы в максимальном количестве случаев имеет дело с коэффициентами распределения между несмешивающимися фазами.

В России, как и во всем мире активно используют полимерные материалы в строительстве, в приборостроении, в пищевой и фармацевтической отраслях. Нередко эти материалы технического и бытового назначения изготовлены из недорогих полимеров, в которых содержание свободных вредных веществ – мономеров, пластификаторов, стабилизаторов, консервантов и антиоксидантов может превышать безопасные для здоровья человека концентрации, поэтому аналитический контроль экотоксикантов в этих материалах стал насущной и злободневной проблемой.

Одноми из успешно развивающихся химических производств в России являются технологии поликонденсации фенолов с формальдегидами или его производными, то есть изготовление фенолформальдегидных смол. Основной областью применения данных смол в производстве строительных материалов является их использование в качестве компонента фенопластов, лакокрасочных составов, связующего при изготовлении материалов как из склеенных полуфабрикатов (например, фанера), так и из отходов древесины (например, ДСП).

Вместе с тем технологии производства, особенно в секторе мелкого и среднего частного бизнеса, далеки от современных стандартов, поэтому необходимо разрабатывать способы тест-контроля токсичных веществ с применением простых и недорогих методик химического анализа, для этих целей подходят оптические методы и тонкослойная хроматография (ТСХ). Эти методы подходят для рутинного мониторинга содержания свободных экотоксикантов в материалах. Они являются экспрессными и и экономически обоснованными.

Одними из самых распространненых загрязнителей воздушной среды жилых домов является формальдегид и фенол. Фенол и его производные входят в состав многих композиционных полимерных материалов или как мономеры, или как антиоксидантные или консервирующие добавки. Они имеют различную токсичность, но способны аккумулироваться в организме и вызывать те или иные нарушения здоровья человека. Концентрация формальдегида в жилых и производственных помещениях может привышать ПДК и зависит от насыщенности помещения полимерами.

Следует отметить, что для фенольных экотоскикантов и формальдегида характерно наличие достаточно большого числа высокочувствительных цветных реакций, применяемых в колориметрии и ТСХ. Интенсивное развитие компьютерного программного обеспечения (ПО) для получения, обработки и хранения цифровых изображений привело к широкому внедрению в аналитическую практику различных устройств, совмещенных с ПК, в которых видеосигнал используется в качестве аналитического: цифровые фото- и видеокамеры, планшетные сканеры. Поэтому применение цифровой цветометрии (ЦЦМ) в мониторинге производных фенола и формальдегида в различных материалах и средах имеет большую перспективу.

Актуальной проблемой является извлечение и концентрирование экотоксикантов из анализируемых проб. В этом плане, жидкостная экстракция, является незаменимым методом, в котором есть еще неиспользованные резервы для усовершенствования технических и экономических характеристик, в частности, для методик массового мониторинга требуется научно обосновать и практически реализовать применение максимально безопасных с точки зрения токсичности, пожаровзрывобезопасности, совместимости со способом детектирования и доступности по цене смешанных экстрагентов для заданных аналитов.

На кафедре химии ВГАСУ за период с 2004 г. по настоящее время зародилась и развилась научная школа в области аналитической химии материалов, в которой было подготовлено 6 докторов наук (Рудаков О.Б., Брындина Л.В., Григорьев А.М., Глазков С.С., Подолина Е.А., Никитина С.Ю.), 7 кандидатов наук химического и технического профиля (Байдичева О.В., Григорьев А.М., Данилюк А.А., Кудухова И.Г., Хорохордина Е.А., Фан Винь Тхинь, Чан Хай Данг), внесших заметный вклад в область контроля качества и безопасности материалов и окружающей среды. Часть этих разработок, в которой непосредственное участие приняли авторы, включена данную монографию.