Способ экспресс-обнаружения солей хлорноватой, бромноватой кислот и взрывчатых составов на их основе и тест-система его реализующая Российский патент 2017 года по МПК G01N33/22 

Группа изобретений относится к области исследования и анализа небиологических материалов с использованием химических индикаторных методов экспресс-обнаружения взрывчатых веществ (ВВ) и компонентов взрывчатых составов (ВС), основанных на выявлении их присутствия в контактно отбираемой пробе по следам, в частности, обнаружению и предварительному отнесению соединений к классам хлоратов, броматов, и устройствам, их реализующим.

Участившиеся в последнее время случаи и угрозы использования зарядов ВВ и ВС самодельного приготовления приводят к тяжелым последствиям в жизни отдельных граждан и страны в целом. Доступность некоторых исходных составляющих, пригодных для самодельного изготовления ВС или пиротехнических композиций, обусловлена их широким применением в невоенных областях промышленности. Интерес к использованию при несанкционированном изготовлении пиротехнических составов и взрывных устройств, в ряде случаев, солей хлорноватой кислоты, в первую очередь хлората калия и натрия, определяет высокая чувствительность составов на их основе к удару, трению и тепловому импульсу.

Для своевременного обнаружения и обезвреживания взрывчатых составов, содержащих хлораты и броматы, необходимо наличие простых и надежных средств экспресс-анализа. В этих условиях чрезвычайно актуальным становится создание новых недорогих устройств обнаружения, наиболее доступные среди которых - средства, реализующие методы цветных химических реакций.

Качественный химический анализ хлоратов достаточно подробно описан в различных источниках и, прежде всего, основан на проведении окислительно-восстановительных реакций с участием хлорноватой (аналогично и бромноватой) кислоты ввиду ее нестабильности и высокой способности участвовать в различных процессах окисления. Еще более активными окислителями являются образующиеся в сильнокислой среде из хлорноватой кислоты при прямом разложении и в присутствии ионов Cl^- оксид хлора (IV) или элементный хлор. Необходимо отметить, что хлорат-анион относительно устойчив, и для образования хлорноватой кислоты необходимо подкисление анализируемых солей сильной кислотой. Бромат-анион проявляет более выраженные окислительные свойства, но для получения активной формы бромноватой кислоты также требуется кислая среда. Необходимость использования сильных кислот при химическом анализе хлоратов и броматов значительно усложняет практическую реализацию внелабораторных аналитических методик и выдвигает ряд требований и ограничений к конструкции устройств экспресс-обнаружения хлоратов, броматов для обеспечения эффективной и безопасной работы с ними.

Для визуального контроля протекания окислительно-восстановительной реакции с участием хлорноватой кислоты и продуктов ее разложения в литературе описаны различные органические и неорганические восстанавливающие реагенты, дающие цветные реакции [Фрумина Н. С. // Труды комиссии по аналит. хим. АН СССР. - 1960. - Т. 11. - С. 120-136; Фрумина Н.С., Лисенко Н.Ф., Чернова М.А. Хлор. / М.: Наука, 1983. - 200 с.; Алексеев В.Н. Курс качественного химического полумикроанализа. / М.: Химия, 1973. - 584 с.]. В качестве таковых могут быть использованы: йодид калия, сульфат марганца в присутствии фосфорной кислоты, о-толидин, фенилантраниловая кислота, бруцин, дифениламин, анилин и другие соединения, преимущественно из класса ароматических аминов.

Сведения общедоступных источников информации не раскрывают данные ни об одном из отечественных комплектов экспресс-анализа, содержащих реагенты для определения хлоратов/броматов. Предшествующий уровень техники по способам и устройствам экспресс-обнаружения ВВ и ВС на основе солей хлорноватой и бромноватой кислот определен сведениями о немногих зарубежных разработках-аналогах настоящего изобретения.

Из сведений, полученных в электронном виде [http://www.crimesciences.com/StoreBox/explosivesdetectionidenti/idt-0050-bx.htm], и по визуально воспринимаемому источнику информации - коммерчески доступному изделию [Professional explosive identification field test kit «IDenta CLORATE/BROMATE», catalog №IDT 0050] известно устройство обнаружения хлоратов и броматов для многократных полевых испытаний. Комплект состоит из десяти тестов, в каждом из которых используются реагенты, находящиеся в стеклянных ампулах, помещенных в специально изготовленный пластмассовый защитный кожух. В качестве ингредиентов применены: концентрированная серная кислота, гидрохлорид анилина и гидроксид натрия. Отбор пробы осуществляется клейким наконечником специального пробоотборника путем его контакта с анализируемой поверхностью. После последовательного раздавливания ампул внутри кожуха их содержимое воздействует на собранную пробу, и при наличии искомых веществ появляется характерное окрашивание. Тактика использования тест-систем включает нейтрализацию концентрированной серной кислоты после завершения анализа раздавливанием ампулы, содержащей щелочь. В ходе проведения нейтрализации изначально происходит стабилизация цвета реакционного раствора, а конечной ее целью является окончательное обезвреживание едких жидкостей.

Конструктивное исполнение описанного устройства, предусматривающее хранение стеклянных запаянных ампул с жидкими реактивами в полимерном корпусе, являющемся одновременно и реакционной емкостью, обеспечивает удобство и достаточно высокую безопасность при обращении с едкими жидкостями до и в ходе проведения анализа.

При этом следует выделить ряд недостатков устройства и реализующего его способа: использование хрупких стеклянных ампул не гарантирует их целостность при хранении и обращении; использование едких и коррозионных жидкостей в полимерном реакционном сосуде не исключает их протекания при проведении анализа (контейнер не герметичен - пробоотборник размещен в отверстии корпуса). Это повышает опасность на всех этапах работы.

Близкое по достигаемому результату, технической сущности и назначению устройство для анализа органических пероксидов запатентовано ранее [Патент США 7829020, Заяв. US 2009068065, Приор. 07.31.2008, Публ. 11.09.2010, МПК: G01N 33/22]. В концепцию работы заложен способ экспресс-обнаружения ВВ индикаторным методом посредством взаимодействия пробы с реагентом, получаемым смешением химических компонентов непосредственно перед анализом. Портативный обнаружитель органических пероксидов представляет собой полиэтиленовый контейнер, включающий два разрушающихся пузырька-ампулы, содержащих разделенные (с целью увеличения срока хранения) колориметрические реактивы, и адсорбирующий материал. Волокно адсорбирующего материала формирует фитиль с конусным концом, находящимся снаружи корпуса контейнера и предназначенным для контактного сбора проб. Одна ампула содержит жидкий кислотный агент, другая содержит сухие компоненты - соли металлов и ароматический амин. Для смешения компонентов предлагается разрушить ампулы непосредственно перед анализом. Образовавшийся раствор проникает через капилляры сорбирующего материала и перемещается к вершине его конуса с отобранной пробой. Зафиксированное изменение окраски на клине сорбента свидетельствует о наличии искомого класса вещества.

Недостатки предложенного типа конструкции следующие. Как и в других аналогах используются хрупкие ампулы, что накладывает ограничения на возможные механические воздействующие нагрузки. За счет использования корпуса с внутренним размещением ампул, запираемого сорбционным фитилем, повышается безопасность при использовании агрессивных жидкостей, но полностью не исключается их протекание и опасный контакт со смоченной реагентом внешней частью сорбента.

Кроме того, функции пробоотборного сорбционного клина устройства после дозировки реагента включают также отображение цветового сигнала. При работе в полевых условиях отобранная на конический конец сорбента реальная проба может содержать примеси различных веществ. При наличии у них определенных оптических свойств (непрозрачность, цветовой фон) визуально воспринимаемый сигнал, полученный при анализе, может быть искажен.

В заявленных израильским изобретателем способе и наборе для обнаружения ВВ [Патент США 5296380, Приор. 03.09.1992, Публ. 22.03.1994, МПК: G01N 33/22 и патент США 5480612, Приор. 12.08.1993, Публ. 02.02.1996, МПК: G01N 37/00], выбранном в качестве прототипа изобретения, предлагаемого в настоящем описании, наряду с набором реактивов для обнаружения традиционных органических азотсодержащих ВВ трех классов: нитроароматических соединений, нитраминов и нитроэфиров, а также неорганических нитратов, включен реагент для обнаружения хлоратов и броматов. В качестве него предложен гомогенный раствор соли анилина в сильной, в частности, кислородосодержащей кислоте, например H₂SO₄, включающий водорастворимый(-е) органический(-е) растворитель(-и) - диметилсульфоксид и этанол.

Реагенты обнаружения ВВ в описанном наборе размещены в ампулах, каждая из которых отдельно (или по две ампулы с реагентом одного назначения) помещены в полиэтиленовую тонкостенную тубу. В состав включены комплекты дисков на основе бумажного сорбента для сбора пробы. Для разрушения ампул внутри полиэтиленовых туб в наборе предусмотрено специальное устройство - приспособление для раздавливания, типа «клещи». После перенесения пробы на сорбент для отнесения ее к ВС, содержащему хлорат или бромат, содержимое соответствующей раздавленной ампулы через сужение дозируется на пробоотборник. Появление синей или синевато-розовой окраски сигнализирует о положительном срабатывании теста.

Решение проблемы хранения реагентов в предлагаемом изобретении за счет помещения их в запаянных ампулах предполагает относительную безопасность и увеличение срока службы набора до 1 года при 25°C. Однако даже в описании присутствует авторское предупреждение об опасности жидкого реагента на основе сильной кислоты, его коррозионной активности и необходимости осторожной работы с ним. Это является основным недостатком описанного аналога. Кроме того, неэффективно применение серной кислоты с достаточно высокой для обеспечения нужного предела и времени обнаружения концентрацией при использовании в качестве сорбента для отбора проб фильтровальной бумаги. На практике в точке дозирования реагента происходит быстрое потемнение, а затем и разрушение пробоотборника, что может понизить чувствительность метода и достоверность правильного восприятия аналитического сигнала. Присутствие в пробе некоторых веществ-окислителей способно также вызвать появление положительного сигнала.

Также в описанном [RU 2352936 С1, приор. 02.02.2005, Публ. 10.05.2008, МПК: G01N 33/22, G01N 31/22] тест-наборе для хлоратов и броматов предложен подобный способ. Анализ пробы, отобранной на адсорбирующий материал (адсорбирующая бумага), осуществляется при контакте с реагентом, включающим ароматический амин в сильнокислотном растворе, предпочтительно содержащим серную кислоту или являющимся серной кислотой и, предпочтительно, вторичный ароматический амин, такой как диариламин, например вторичный ароматический амин - дифениламин. По появлению темносинего окрашивания определяется присутствие хлората или бромата. Приведенный состав индикаторного раствора в предпочтительной форме осуществления изобретения практически идентичен вышеописанному аналогу, но в качестве окисляемого субстрата сернокислый анилин заменен на дифениламин. Таким образом, данное изобретение воспроизводит все недостатки предыдущего аналога.

Технический результат настоящего изобретения заключается в повышении надежности и безопасности экспресс-обнаружения солей хлорноватой, бромноватой кислот и ВС на их основе, проводимого за время менее 3 минут, в частности, во внелабораторных условиях, в том числе при отрицательных температурах, обеспечении чувствительности и селективности анализа по искомым соединениям, исключении использования опасных жидкостей, в том числе жидких кислот и органических растворителей, и повышении стойкости реагентов и элементов устройства к внешним воздействующим факторам при обращении с ними и хранении их в течение нескольких лет.

Достижение указанного технического результата обеспечивается способом экспресс-обнаружения солей хлорноватой, бромноватой кислот и взрывчатых составов на их основе по образованию характерного окрашивания, включающим контактный отбор пробы на сорбционное волокно, воздействие на пробу сильной кислотой и проведение реакции с солью анилина, отличающимся тем, что в реакцию вводят химический реагент, обеспечивающий наличие ионов хлора в реакционной среде, а в качестве сильной кислоты применяют твердофазный сорбент, содержащий поверхностные кислотные фрагменты и/или молекулы сильных кислот, при этом пробу транспортируют вглубь неподвижного слоя указанного твердофазного сорбента, являющегося зоной реакции, посредством смачивания контактирующего с ним сорбционного волокна, осуществляемого дозировкой на его пробоотборную поверхность водного элюента. Кроме того, технический результат достигается тем, что в качестве реагента, обеспечивающего наличие ионов хлора, используют преимущественно соединение, выбранное из ряда: калия хлорид, натрия хлорид, аммония хлорид, кальция хлорид, а в качестве соли анилина используют анилина хлорид, анилина сульфат. При этом химический реагент, обеспечивающий наличие ионов хлора, и/или соль анилина вводят в состав сорбционного волокна, и/или твердофазного сорбента, и/или водного элюента в концентрации 3-15% массы. Используемый в способе твердофазный сорбент содержит на поверхности кислотные фрагменты и/или молекулы сильных кислот, выбранных из ряда: ортофосфорная кислота, трифторметансульфокислота, серная кислота в концентрации, обеспечивающей протонную емкость от 2,0⋅10^-3 моль экв./г до 1,2⋅10^-2 моль экв./г.

Заявленный технический результат также достигается тест-системой экспресс-обнаружения солей хлорноватой, бромноватой кислот и взрывчатых составов на их основе по образованию характерного окрашивания при реакции с сильной кислотой и солью анилина, включающей контейнер с реагентами и сорбционный пробоотборник, отличающейся тем, что контейнер содержит водный элюент, представляющий собой воду или водный раствор, содержащий химический реагент, обеспечивающий наличие ионов хлора, и/или соль анилина, а сорбционный пробоотборник является элементом входящей в состав тест-системы сборной конструкции микроколонки, выполненной в виде прозрачной трубки, внутрь которой помещены слой твердофазного сорбента, содержащего на поверхности кислотные фрагменты и/или молекулы сильных кислот, и находящееся в контакте с ним мягкое пористое сорбционное волокно, которое образует в торцевой части микроколонки пробоотборную поверхность. Этот технический результат достигается тем, что помещенные в микроколонку сорбционное волокно и/или твердофазный сорбент содержат соль анилина и/или химический реагент, обеспечивающий наличие ионов хлора, а корпусы контейнера и трубки микроколоночной тест-системы выполнены из полимеров на основе полиэтилена и полипропилена.

Отказ от использования жидкой сильной кислоты, в частном случае, серной, необходимой для первой стадии образования из хлората или бромата хлорноватой/бромноватой кислоты, достигается ее заменой на твердофазные безопасные в обращении кислоты. В качестве твердофазной кислоты в микроколоночном варианте проведения анализа успешно использованы сорбенты с сильными кислотами, высаженными на их поверхность, или с кислотными функциональными группами, химически связанными с ней. Такой сорбент обладает достаточной кислотной силой и емкостью для осуществления взаимодействия с молекулами растворенных веществ, развитой поверхностью, высокой сыпучестью и гидрофильностью, что важно при элюировании пробы через слой неподвижной фазы и проведении в нем аналитической реакции.

Окисляемые органические и неорганические вещества реагентов-индикаторов применяемых аналитических систем могут также быть адсорбированы на носитель или введены непосредственно в водный реагент для элюирования. Причем опытным путем показано, что нанесенные на носитель органические реагенты - представители ароматических аминов в форме солей способны длительно сохранять свою аналитическую активность, малочувствительны к воздействию света и воздуха. Использование водных соляных растворов расширяет климатические диапазоны использования настоящего изобретения ввиду понижения температуры их кристаллизации по сравнению с водой.

По результатам проведенных исследований, наиболее чувствительной и селективной индикаторной системой является состав на основе анилина и соединений, поставляющих в реакцию избыток ионов хлора (HCl, KCl, NaCl, NH₄Cl, CaCl₂). Появление характерной темно-фиолетовой, переходящей в сине-голубую, окраски наблюдается в присутствии хлорат- и бромат-ионов. Определению не мешают ионы, не обладающие окислительной способностью. Присутствие ионов-окислителей, например таких, как хромат-, перманганат-, нитрит-ионы, а также растворимых в воде пероксидов вызывает появление окраски индикаторного реагента, но иной цветности или интенсивности. Изменение цвета в результате химической реакции в предлагаемом устройстве происходит после водного элюирования пробы по сорбционному волокну и твердофазному сорбенту, обеспечивающего транспортировку под действием капиллярных сил только водорастворимых веществ, что исключает искажение цветности сигнала возможными нерастворимыми в воде примесями, которые обладают мешающими оптическими или окислительными свойствами. Кроме того, протекание экзотермической реакции в слое твердофазного сорбента внутри корпуса устройства, снижающего отведение тепла в окружающую среду, повышает температуру в зоне взаимодействия, заметно увеличивая скорость химического процесса.

Использование корпусов из полимерных материалов на основе химически инертных к используемым реагентам пластичных полиолефинов (полиэтиленов, полипропилена) обеспечивает длительное герметичное хранение всех аналитических систем, повышает стойкость компонентов к воздействующим факторам: механическим нагрузкам и температурным перепадам, что особенно важно при использовании водных растворов, кристаллизующихся с увеличением удельного объема. Предлагаемое изобретение промышленно применимо и более технологично по сравнению с аналогами, использующими стеклянные ампулы, запайка которых сложнее как с точки зрения сохранности реагентов (из-за локального перегрева верхних слоев содержимого), так и производственного осуществления процесса. Для реализации заявляемого решения предлагается использование коммерчески доступных комплектующих и широко применяемых исходных реактивов.

Раскрытие сущности настоящего изобретения, подтверждающей осуществление способа с помощью заявляемого устройства, отражено на фигуре, схематично воспроизводящей типичный вид возможных вариаций предложенного технического решения, в пояснениях к ее содержанию и примерах реализации указанного назначения, приведенных ниже.

Тест-система для индикаторного экспресс-обнаружения солей хлорноватой, бромноватой кислот и взрывчатых составов на их основе (фигура) включает корпус (1) на базе корпуса одноразового инсулинового шприца, выполненный из прозрачной полимерной трубки, расширяющейся с одного конца. Внутри корпуса размещается слой твердофазного сорбента (2) и сорбционное волокно (3) на основе мягкого пористого материала. Над широкой торцевой частью корпуса выступает сформированная сорбционным волокном пробоотборная поверхность (4) тест-системы. С обоих торцов трубка закрыта защитными колпачками (5) и (6), исключающими массообмен содержимого с окружающей средой до начала использования. В состав микроколоночной тест-системы также входит контейнер (7), содержащий водный элюент (варианты а - в форме закрывающейся капельницы или б - в форме запаянной капсулы).

Для осуществления экспресс-обнаружения солей хлорноватой, бромноватой кислот и ВС на их основе индикаторным методом с помощью микроколоночной тест-системы с поверхности анализируемого предмета протирающим движением или прижиманием отбирают пробу на пробоотборную поверхность 4 после снятия колпачка 5. Снимают колпачок 6 и из вскрытого путем откупоривания (вариант «а», выполненный в виде тюбика-капельницы глазных капель) или прокалывания (вариант «б», изготовленный из запаянной пипетки Пастера) контейнера 7 на пробоотборную поверхность 4 сорбционного волокна 3 дозируют водный элюент. Оценивают изменение окраски по мере элюирования пробы в слое твердофазного сорбента 2.

Ниже приведены примеры методик приготовления аналитических компонентов и предпочтительных вариантов реализации изобретения.

Пример типичной методики приготовления твердофазного сорбента, содержащего поверхностные кислотные фрагменты и/или молекулы сильных кислот

Силикагель MNKieselgel 60 фракции 50-100 мкм и насыпной плотностью 0.520-0.570 г/см³ загружают в круглодонную стеклянную колбу, помещают на роторный испаритель, создают разрежение до остаточного давления 15-20 мм рт.ст. и при температуре 95-97°C удаляют адсорбированную воду в течение двух часов.

Для получения твердофазного сорбента на основе серной кислоты с протонной емкостью ~6,0⋅10^-3 моль экв./г к осушенному по методике, отраженной выше, сорбенту (далее - осушенный сорбент) в количестве 200 г добавляют 400 мл этилового спирта и при перемешивании с охлаждением (температура 20-25°C) дозируют 50 мл (92 г) концентрированной (94%) H₂SO₄. После дозировки перемешивание продолжают еще в течение 15 мин. Полученную суспензию упаривают под разрежением на роторном испарителе при температуре бани не выше 60°C до полного удаления жидкости и дополнительно сушат в течение 1 часа.

Для получения твердофазного сорбента на основе трифторметансульфокислоты с протонной емкостью ~2,0⋅10^-3 моль экв./г к осушенному сорбенту в количестве 140 г при интенсивном перемешивании в режиме, близком к «кипящему слою», при поддержании температуры 20-25°C медленно дозируют 36 мл (~60 г) трифторметансульфокислоты (>99%). Дозировку осуществляют в закрытой системе без связи с окружающей средой. После дозировки, не меняя интенсивности перемешивания, проводят выдержку в течение 1 часа.

Для получения твердофазного сорбента на основе фосфорной кислоты с протонной емкостью ~9,3⋅10^-3 моль экв./г к осушенному сорбенту в количестве 200 г при интенсивном перемешивании в режиме, близком к «кипящему слою», при поддержании температуры 20-25°C дозируют 100 г (~60 мл) ортофосфорной кислоты концентрацией 85%. После дозировки осуществляют выдержку 15 мин и помещают полученную массу на сушку при остаточном давлении 15-20 мм рт.ст. в роторный испаритель при температуре 95°C на 1 час.

Твердофазный сорбент, содержащий поверхностные кислотные фрагменты молекул серной кислоты, в форме сульфогрупп, ковалентно связанных по концевым гидроксогруппам силикагеля, получают по описанной методике синтеза оксикремниевой сульфокислоты [Mohammad Ali Zolfigol // Tetrahedron, - 2011. - V. 57 - р. 9509-9511]. Протонная емкость полученной оксикремниевой сульфокислоты составила ~5,8⋅10^-3 моль экв./г.

Твердофазный сорбент, содержащий поверхностные кислотные фрагменты и молекулы серной кислоты, получают из оксикремниевой сульфокислоты, синтезированной по методике, указанной выше. Для этого в колбу с 30 г оксикремниевой сульфокислоты при температуре 20-25°C при интенсивном перемешивании в режиме, близком к «кипящему слою» в течение 15 мин дозируют 13,5 г концентрированной (97%) H₂SO₄. После дозировки, не меняя интенсивности перемешивания, проводят выдержку в течение 1 часа. Протонная емкость полученной оксикремниевой сульфокислоты, содержащей поверхностные молекулы серной кислоты, составила ~1,2⋅10^-2 моль экв./г.

Пример вариантов введения химических реагентов, обеспечивающих наличие ионов хлора, и солей анилина в формы, применяемые для осуществления способа с помощью реализующего его устройства

Для получения соляного раствора калия хлорида, натрия хлорида, аммония хлорида или кальция хлорида соответствующий неорганический хлорид в количестве 26,5 г помещают в плоскодонную стеклянную колбу, заполненную 150 мл дистиллированной воды, и перемешивают до полного растворения. Концентрация реагента в элюенте - 15%. Аналогично проводят растворение солей анилина: дозировка 4,7 г сульфата анилина в 150 мл воды дает после растворения 3% раствор, растворение 8 г хлорида анилина в 150 мл воды обеспечивает получение раствора с концентрацией 5%. Для введения в соляной раствор реагента, выбранного в качестве источников ионов хлора, и соли анилина в концентрации соответственно 12% и 3% массы в 150 мл воды переносят 5,3 г сульфата анилина, перемешивают до полного растворения и дозируют 21,2 г неорганического хлорида.

Пример методики получения сорбционного волокна и твердофазного сорбента в состав которых введены химический реагент, обеспечивающий наличие ионов хлора, и/или соль анилина может быть описан следующей последовательностью действий.

В плоскодонную стеклянную колбу объемом 100 мл, снабженную магнитной мешалкой, помещают 50 мл метанола, присыпают 350 мг сульфата анилина и при перемешивании нагревают до 40°C. После полного растворения, не прекращая перемешивания, в колбу присыпают 7 г осушенного сорбента. Полученную суспензию переносят в круглодонную стеклянную колбу объемом 250 мл и отгоняют растворитель при разрежении на роторном испарителе с температурой бани не выше 60°C и выдерживают в этих условиях в течение 1 часа. После удаления растворителя полученный твердофазный сорбент содержит ~4,7% анилина сульфата.

Получение твердофазного сорбента, в состав которого введен в количестве ~15% массы химический реагент, обеспечивающий наличие ионов хлора, осуществляют с использованием полученного по представленному выше описанию 15% раствора неорганического хлорида. В предпочтительной форме, не ограничивающей аналогичные возможные модификации, методика может быть описана следующим образом. В круглодонную стеклянную колбу объемом 100 мл, снабженную магнитной мешалкой, помещают 20 мл полученного раствора аммония хлорида, приливают 40 мл воды и при интенсивном перемешивании медленно присыпают 20 г силикагеля MNKieselgel 60 фракции 50-100 мкм. Колбу с полученной суспензией переносят на роторный испаритель, создают разрежение до остаточного давления 15-20 мм рт.ст. и при температуре 95-97°C упаривают воду. После высушивания массы до состояния сухого пересыпающегося порошка проводят выдержку при тех же условиях в течение двух часов.

В результате реализации описанных в данном примере методик при замене в равной массе силикагеля (осушенного сорбента) на сорбционное волокно, в качестве которого используют материал, выбранный из ряда: каолиновая вата (типа МКРР), стекловолокно (типа МКРКЛ) или войлок (типа ФТ) после его отмывки в гексане с последующей сушкой, получают сорбционное волокно, содержащее химический реагент, обеспечивающий наличие ионов хлора, и/или соль анилина в соответствующей концентрации.

Примеры вариантов исполнения реализующего способ устройства

а) Вариант исполнения, в соответствии с фигурой, тест-системы для индикаторного экспресс-обнаружения солей хлорноватой, бромноватой кислот включает корпус 1 на базе корпуса инсулинового шприца тапа U-100 BD. Входящий в состав тест-системы водный элюент в объеме 0,5 мл размещен в полиэтиленовой пипетке Пастера или глазной тюбик-капельнице 7. Трубка корпуса тонкого диаметра заполняется твердофазным сорбентом в объеме ~0,7 мл. В качестве твердофазного сорбента, содержащего поверхностные молекулы сильных кислот, используют полученный по представленной выше методике материал на основе серной кислоты с протонной емкостью ~6,0⋅10^-3 моль экв./г. Широкая часть трубки (большего диаметра) заполняется сорбционным волокном - войлочным пыжом, прижимающим с одной стороны твердофазный сорбент. С другой стороны войлок, использованный в качестве сорбционного волокна, выступает на 1,5-2 мм за габариты торца корпуса, образуя доступную пробоотборную поверхность. В качестве водного элюента использован раствор кальция хлорида и анилина хлорида с массовой концентрацией компонентов соответственно 12% и 3%.

б) Вариант исполнения, аналогичный варианту «а», но в качестве твердофазного сорбента, содержащего поверхностные молекулы сильных кислот, используют полученный материал на основе трифторметансульфокислоты с протонной емкостью ~2,0⋅10^-3 моль экв./г.

в) Аналогичен варианту «а», но для элюирования используют 15% раствор калия хлорида, а сорбционное волокно, полученное по представленной методике, содержит ~4,7% анилина сульфата.

г) Аналогичен варианту «в», но в качестве твердофазного сорбента, содержащего поверхностные молекулы сильных кислот, используют полученный по представленной выше методике материал на основе фосфорной кислоты с протонной емкостью ~9,3⋅10^-3 моль экв./г.

д) Аналогичен варианту «в», но в качестве твердофазного сорбента, содержащего поверхностные фрагменты сильных кислот, используют полученную по представленной выше методике оксикремниевую сульфокислоту с протонной емкостью ~5,8⋅10^-3 моль экв./г.

е) Аналогичен варианту «в», но твердофазный сорбент представляет собой смесь оксикремниевой сульфокислоты, содержащей поверхностные молекулы серной кислоты, с протонной емкостью ~1,2⋅10^-2 моль экв./г и твердофазного сорбента, в состав которого введен в количестве ~15% аммония хлорид. Массовое соотношение в составе твердофазного сорбента соответствующих компонентов 1:1. Для элюирования используют воду.

ж) Аналогичен варианту «е», но в качестве сорбционного волокна используют стекловолокно, а к использованному составу твердофазного сорбента в количестве 25% массы добавлен твердофазный сорбент, содержащий ~4,7% анилина сульфата.

з) Аналогичен варианту «а», но сорбционное волокно представляет собой каолиновую вату, содержащую ~15% натрия хлорида, твердофазный сорбент представляет собой смесь 75% оксикремниевой сульфокислоты, содержащей поверхностные молекулы серной кислоты, с протонной емкостью ~1,2⋅10^-2 моль экв./г и 25% твердофазного сорбента, содержащего ~4,7% анилина сульфата. Элюирование проводят водой.

и) Аналогичен варианту «б», но сорбционное волокно представляет собой каолиновую вату, содержащую ~15% кальция хлорида, а элюирование проводят 5% раствором анилина хлорида.

Формирование для испытаний пробы массой 100 мкг (указание в таблице - проба) осуществляют нанесением 10 мкл раствора вещества с концентрацией 10^-2 г/мл на поверхность фторопластовой ленты (тип - конденсаторная, толщина - 5 микрон). Пробоотбор осуществляют протирающим движением пробоотборной поверхностью 4 тест-системы по поверхности ленты с нанесенной пробой. Отбор пробы от натурных образцов осуществляют прижиманием пробоотборной поверхности 4 устройства к веществу, распределенному на предметном стекле с толщиной слоя около 0,5 мм площадью не менее 1 см². Примеры осуществления способа с помощью различных вариантов исполнения устройства отражены в таблице; графы, отмеченные прочерком, соответствуют вариантам, неподвергнутым испытаниям.

Ни одна из испытаных солей, являющихся помехами, не дает срабатывание тест-системы с образованием характерного для хлоратов/броматов окрашивания. Близкое цветовое отображение, соответствующее срабатыванию на хлораты, дает бихромат калия, но более темного, почти черного цвета. Определение хлоратов и броматов с помощью предложенного способа было подтверждено всеми вариантами использованных для эксперимента тест-систем в диапазоне температур от -10°C до 50°C. При этом предел обнаружения, определенный по хлорату калия, составил порядка 100 мкг в пробе.

Группа изобретений относится к области аналитической химии и касается тест-системы и способа обнаружения солей хлорноватой, бромноватой кислот и взрывчатых составов на их основе. Сущность способа заключается в том, что проводят отбор пробы на сорбционное волокно, воздействуют на пробу сильной кислотой и реакцию с солью анилина, вводят в реакцию химический реагент, обеспечивающий наличие ионов хлора. Далее применяют твердофазный сорбент, обладающий сильнокислотными свойствами. Пробу для реакции транспортируют вглубь неподвижного слоя твердофазного сорбента водным элюентом. Тест-система, реализующая предложенный способ, представляет собой контейнер с водным элюентом, а также прозрачную микроколонку, заполненную сорбентом, содержащим химические реагенты. Торцевая часть трубки закрыта мягким сорбционным волокном, контактирующим с твердофазным сорбентом и образующим пробоотборную поверхность. Использование изобретений позволяет с высокой точностью определять соли хлорноватой, бромноватой кислот и взрывчатых составов на их основе. 2 н. и 6 з.п. ф-лы, 1 ил., 1 табл., 1 пр.

1. Способ экспресс-обнаружения солей хлорноватой, бромноватой кислот и взрывчатых составов на их основе по образованию характерного окрашивания, включающий контактный отбор пробы на сорбционное волокно, воздействие на пробу сильной кислотой и проведение реакции с солью анилина, отличающийся тем, что в реакцию вводят химический реагент, обеспечивающий наличие ионов хлора в реакционной среде, а в качестве сильной кислоты применяют твердофазный сорбент, содержащий поверхностные кислотные фрагменты и/или молекулы сильных кислот, при этом пробу транспортируют вглубь неподвижного слоя указанного твердофазного сорбента посредством смачивания контактирующего с ним сорбционного волокна, осуществляемого дозировкой на его пробоотборную поверхность водного элюента.

2. Способ экспресс-обнаружения солей хлорноватой, бромноватой кислот и взрывчатых составов на их основе по п. 1, отличающийся тем, что в качестве реагента, обеспечивающего наличие ионов хлора, используют преимущественно соединение, выбранное из ряда: калия хлорид, натрия хлорид, аммония хлорид, кальция хлорид.

3. Способ экспресс-обнаружения солей хлорноватой, бромноватой кислот и взрывчатых составов на их основе по п. 1, отличающийся тем, что в качестве соли анилина используют анилина хлорид, анилина сульфат.

4. Способ экспресс-обнаружения солей хлорноватой, бромноватой кислот и взрывчатых составов на их основе по п. 1, отличающийся тем, что химический реагент, обеспечивающий наличие ионов хлора, и/или соль анилина вводят в состав сорбционного волокна, и/или твердофазного сорбента, и/или водного элюента в концентрации 3-15% массы.

5. Способ экспресс-обнаружения солей хлорноватой, бромноватой кислот и взрывчатых составов на их основе по п. 1, отличающийся тем, что твердофазный сорбент содержит на поверхности кислотные фрагменты и/или молекулы сильных кислот, выбранных из ряда: ортофосфорная кислота, трифторметансульфокислота, серная кислота в концентрации, обеспечивающей протонную емкость от 2,0⋅10^-3 моль экв./г до 1,2⋅10^-2 моль экв./г.

6. Тест-система экспресс-обнаружения солей хлорноватой, бромноватой кислот и взрывчатых составов на их основе по образованию характерного окрашивания при реакции с сильной кислотой и солью анилина, включающая контейнер с реагентами и сорбционный пробоотборник, отличающаяся тем, что контейнер содержит водный элюент, представляющий собой воду или водный раствор, содержащий химический реагент, обеспечивающий наличие ионов хлора, и/или соль анилина, а сорбционный пробоотборник является элементом входящей в состав тест-системы сборной конструкции микроколонки, выполненной в виде прозрачной трубки, внутрь которой помещены слой твердофазного сорбента, содержащего на поверхности кислотные фрагменты и/или молекулы сильных кислот, и находящееся в контакте с ним мягкое пористое сорбционное волокно, которое образует в торцевой части микроколонки пробоотборную поверхность.

7. Тест-система экспресс-обнаружения солей хлорноватой, бромноватой кислот и взрывчатых составов на их основе по п. 6, отличающаяся тем, что помещенные в микроколонку сорбционное волокно и/или твердофазный сорбент содержат соль анилина и/или химический реагент, обеспечивающий наличие ионов хлора.

8. Тест-система экспресс-обнаружения солей хлорноватой, бромноватой кислот и взрывчатых составов на их основе по п. 6, отличающаяся тем, что корпусы контейнера и трубки микроколоночной тест-системы выполнены из полимеров на основе полиэтилена и/или полипропилена.