Бензин содержит несколько десятков видов ароматических соединений — органических веществ с углеродным кольцом. По их составу определяется марка этого нефтепродукта — например, АИ-92, АИ-95, АИ-98. Номер в названии определяет октановое число — показатель, который отражает, насколько плавно сгорает топливо и насколько низка вероятность его самовоспламенения. Как правило, чем больше ароматических соединений, тем выше октановое число и тем более полно и равномерно сгорает бензин. Если же ароматических соединений в составе бензина слишком много, то он склонен к образованию нагара, который приводит к быстрому износу двигателя. Поэтому, чтобы техника, работающая на двигателях внутреннего сгорания, служила дольше, нужно контролировать содержание ароматических веществ в бензине.
Сейчас для определения состава бензина используется так называемая высокоэффективная жидкостная хроматография. В трубку, заполненную сорбентом (твердым носителем), наливают образец бензина, смешанного с растворителем. Проходя по трубке, бензин разделяется на составляющие (фракции), так как разные вещества протекают через сорбент с разной скоростью. В качестве растворителей обычно используются токсичные и пожароопасные вещества, такие как гексан, хлористый метилен или ацетонитрил. Исследователи пытаются снизить количество токсичных отходов и поэтому ищут новые способы определения состава бензина.
Исследованные образцы нефтепродуктов. Источник: Юрий Марфин
Ученые из Ивановского государственного химико-технологического университета (Иваново) и Тихоокеанского государственного университета (Хабаровск) предложили использовать для анализа специальное вещество-люминофор, свечение которого зависит от содержания отдельных компонентов бензинов. Это соединение авторы получили, смешав пиррол — органическое соединение в виде кольца из атомов углерода и азота — и бензальдегид, углеродное кольцо с кислородом и некоторыми другими атомами.
Оказалось, что с помощью полученного люминофора можно узнать содержание ароматических соединений в образце с погрешностью не более 3%. Кроме того, выяснилось, что чем больше в бензине содержалось ароматических соединений, тем сильнее было свечение.
Люминесценция компонентов бензина. Источник: Юрий Марфин
Ученые подсчитали, что предприятие, использующее для определения состава бензина высокоэффективную жидкостную хроматографию, производит в год 30 литров токсичных отходов. Кроме того, хроматографическая колонка рассчитана на 100 анализов и стоит в среднем около 50 тысяч рублей, тогда как для предлагаемого метода, как отмечают исследователи, нужен лишь датчик стоимостью 30 копеек за образец. Чтобы получить люминофор, необходимо использовать лишь около одного грамма токсичных для окружающей среды реагентов, при этом полученного продукта хватит на 9 тысяч анализов. Поэтому новый метод соответствует принципам «зеленой» химии.
Результаты исследования, поддержанного грантом Российского научного фонда (РНФ), опубликованы в журнале Optical Materials (прим. - Пресс-служба РНФ).«В дальнейшем мы планируем доработать соединения-люминофоры, чтобы обеспечить большую чувствительность и меньшую погрешность в определении количества ароматических соединений. Благодаря нашему исследованию на предприятиях можно будет перейти к более удобным в эксплуатации сенсорным материалам, в том числе многоразовым. А за счет совмещения нескольких люминофоров мы сможем расширить перечень детектируемых веществ в образцах», — рассказал участник проекта, поддержанного грантом РНФ, профессор Тихоокеанского государственного университета Юрий Марфин.
Если вы хотите стать героем публикации и рассказать о своем исследовании, заполните форму на сайте РНФ.
