Эффективная разработка методик анализа объектов окружающей среды на основе парофазной твердофазной микроэкстракции с использованием компьютерного моделирования
Проект Министерства образования и науки Республики Казахстан AP08052684
Проект Министерства образования и науки Республики Казахстан AP08052684
Экологический мониторинг в Казахстане достаточно неэффективен из-за высокой стоимости анализа, что приводит к неэффективному управлению экологическими проблемами и принятию решений. Парофазная твердофазная микроэкстракция (ПФ ТФМЭ) является одним из наиболее экономически эффективных и перспективных методов отбора и подготовки проб для определения органических загрязнителей в объектах окружающей среды. Несмотря на многие преимущества, аттестованные методики анализа объектов окружающей среды на основе ПФ ТФМЭ недоступны для большинства комбинаций аналитов и типов образцов, в основном, из-за сложного и дорогостоящего процесса оптимизации многочисленных параметров ПФ ТФМЭ. Компьютерное моделирование, проведенное с использованием COMSOL Multiphysics, доказало свою эффективность для получения профилей экстракции аналитов при различных геометриях экстракции и константах распределения. Тем не менее, в настоящий момент отсутствуют модели для предсказания влияния многих важных параметров экстракции, а оптимизация все еще требует существенного объема экспериментальной работы.
Данный проект направлен на разработку компьютерной модели для быстрой оптимизации наиболее важных параметров ПФ ТФМЭ без существенной экспериментальной работы. Описанные в литературе модели для предсказания констант распределения органических соединений между различными экстракционными покрытиями и воздухом, воздухом и водными растворами будут оценены на пригодность и точность. Влияние температуры, давления, ионной силы и индекса полярности на константы распределения и коэффициенты диффузии будет изучено экспериментально, а результаты будут использованы для выбора наиболее точных теоретических моделей и для их улучшения. Проект может привести к прорыву в разработке экономически эффективных методик анализа на основе ПФ ТФМЭ для научных и других целей.
Повышение эффективности разработки методик анализа объектов окружающей среды на основе твердофазной микроэкстракции с использованием компьютерного моделирования. Компьютерная модель будет основана на имеющихся в настоящее время теоретической базе и зависимостях, полученных экспериментально в рамках данного проекта.
Будет разработана компьютерная модель для эффективной оптимизации методик анализа объектов окружающей среды на основе парофазной твердофазной микроэкстракции. Разработанная модель будет применяться для более быстрой и дешевой разработки экономически эффективных методик анализа на основе ПФ-ТФМЭ, конкурирующих с традиционными методиками по пределам обнаружения, точности и прецизионности. Аналитические лаборатории смогут оптимизировать методики на основе ТФМЭ без привлечения сторонних разработчиков.
Экономически эффективные методики на основе ПФ-ТФМЭ, оптимизированные с использованием разработанной компьютерной модели, позволят снизить затраты на мониторинг окружающей среды и сделают его более эффективным для сбора больших объемов данных и более эффективного принятия решений, что улучшит здоровье населения, качество жизни и уменьшит финансовые потери от загрязнения окружающей среды, которые для Казахстана оцениваются примерно в один миллиард долларов США в год.
Проект может привести к прорыву в разработке экономически эффективных методик анализа и быстрому росту числа методик анализа, основанных на ПФ-ТФМЭ, которые используются в научных и других целях. Ожидается улучшение теории ТФМЭ. Разработанная вычислительная модель может быть адаптирована для использования с другими образцами матриц и аналитов.
В рамках проекта разработаны новые компьютерные модели твердофазной микроэкстракции летучих органических соединений из воздуха, воды и почвы. Разработанные компьютерные модели позволяют быстро оптимизировать важные параметры твердофазной микроэкстракции и разрабатывать более чувствительные, точные и «зеленые» методики на ее основе без существенной экспериментальной работы. Они рекомендованы для оптимизации параметров твердофазной микроэкстракции при разработке методик анализа с целью снижения пределов обнаружения, сокращения времени анализа и повышения точности. Разработанные модели могут быть внедрены в исследовательских лабораториях, занимающихся разработкой новых методик анализа объектов окружающей среды - они позволят существенно снизить затраты на разработку новых методик анализа на основе твердофазной микроэкстракции.
Если Вы заинтересованы в использовании разрабатываемой модели, обращайтесь к руководителю проекта Кенесову Булату Нурлановичу по адресу bkenesov@cfhma.kz. Мы непрерывно ищем компании, готовые заняться коммерциализацией и внедрением разработок лаборатории.
1. Kenessov B., Muratuly A., 2022. Evaluation of the vacuum effect on headspace solid-phase microextraction of volatile organic compounds from aqueous samples using finite element analysis modeling. Chemrxiv. https://doi.org/10.26434/chemrxiv-2022-v073h
1. Modeling of solid-phase microextraction (SPME) of BTEX from air sample by PDMS coating. YouTube video
2. Modeling headspace solid-phase microextraction of benzene from water by porous coating in COMSOL. YouTube video
3. Modeling SPME with COMSOL Multiphysics: Interactive lecture.
4. Optimization of Solid-Phase Microextraction of Volatile Organic Compounds from Environmental Samples using COMSOL Multiphysics: Interactive lecture.
Built with Mobirise
HTML5 Creator