Изучена серия неподвижных фаз на основе силикагеля с ковалентно закрепленным пространственно удаленным слоем разветвленного полиэтиленимина (ПЭИ, PEI). Использование 0,001 – 1,0 г ПЭИ на 1 г матрицы-аминофазы при синтезе модифицированного сорбента способно обеспечить различную толщину и конформацию функционального слоя. Для определения хроматографических свойств сорбентов использовали модельные смеси полярных соединений с различными свойствами: нейтральных углеводов, азотистых оснований и нуклеозидов, цвиттер-ионных аминокислот и водорастворимых витаминов, включая кислотные аналиты. Низкая эффективность сорбента B-PEI-0.001, зарегистрированная на примере аминокислот, может свидетельствовать о неравномерном распределении функционального слоя ПЭИ на поверхности матрицы. Увеличение параметра гидроксильной селективности теста Танака при повышении содержания ПЭИ свидетельствует об увеличении толщины приповерхностного слоя адсорбированной воды, входящей в состав неподвижной фазы. Увеличение содержания ПЭИ приводило к повышению времен удерживания и селективности по отношению к аминокислотам, сопровождавшемуся ухудшением симметрии их пиков. Сорбент B-PEI-0.01 обеспечил оптимальные характеристики среди ряда фаз по селективности, симметрии пиков, высокой эффективности (до 40 000 тт/м) и сокращению времени разделения аминокислот, позволив разделить 7 кислот за 9 мин. Установлены сохранение времен удерживания и селективности в серии фаз по отношению к углеводам и уридину и увеличение факторов удерживания и селективности для водорастворимых витаминов при повышении содержания ПЭИ. Для восстанавливающих сахаров при этом зарегистрировано повышение эффективности до 40 000 тт/м в случае фазы B-PEI-1.0. Для витаминов высокая эффективность (до 40 000 тт/м) достигнута на сорбенте B-PEI-0.01, тогда как повышение содержания ПЭИ приводило к увеличению селективности и снижению эффективности практически в 2 раза на фазе B-PEI-0.6. Для серии гидрофильных неподвижных фаз в качестве оптимального для определения аминокислот или витаминов рекомендуется массовое соотношение матрица:ПЭИ 1:0,01, для сахаров — 1:1.

Представлены результаты сравнительного анализа методов иммобилизации углеродных квантовых точек (УКТ) на поверхности углеродсодержащего электрода и разработки электрохимического сенсора для вольтамперометрического определения преднизона в сыворотке крови. Эффективность электрохимического способа нанесения УКТ подтверждена с использованием различных электрохимических, оптических и микроскопических методов анализа. Методами циклической вольтамперометрии и электрохимической импедансной спектроскопии доказано, что иммобилизация квантовых точек на электроде, предварительно модифицированном углеродными нанотрубками, позволяет увеличить электроактивную площадь поверхности с 0,24 до 9,76 мм² и снизить сопротивление переноса заряда более чем в 1300 раз по сравнению с немодифицированным электродом. Методом твердофазной люминесценции оценили люминесцентные свойства УКТ на разных поверхностях: показано уменьшение интенсивности сигнала на электроде, модифицированном нанотрубками. Методами просвечивающей и сканирующей электронной микроскопии показан наноразмер исследуемых УКТ, которые могут проникать вглубь развитой сети нанотрубок с многочисленными порами, полостями и межтрубными промежутками. Выбраны условия вольтамперометрического определения преднизона с помощью полученного модифицированного электрода, описан предположительный путь электровосстановления гормона с участием двух электронов и двух протонов. Методом дифференциально-импульсной вольтамперометрии определили преднизон в сыворотке крови. Правильность методики подтверждена методом «введено-найдено» и сравнением с референтным методом высокоэффективной жидкостной хроматографии. Разработанный сенсор на основе УКТ и углеродных нанотрубок может быть рекомендован для экспресс-контроля преднизона в биологических жидкостях, в том числе в антидопинговой практике.

Недавний пересмотр значений переносимой суточной дозы бисфенола А (БФА), широко используемого мономера при производстве пластика, в сторону их значительного уменьшения обусловливает необходимость мониторинга содержания БФА в пищевой продукции. Чувствительность прямого определения БФА в продукции животного происхождения методом газовой хромато-масс-спектрометрии с учетом потерь при пробоподготовке недостаточна для мониторинга низких содержаний аналита, необходимы очистка и концентрирование образцов. Предложена схема подготовки проб для определения БФА в продукции животного происхождения, кормах и побочных продуктах животноводства. В качестве экстрагента для извлечения БФА из образцов мяса и комбикорма использовали ацетонитрил. Изучена эффективность различных способов очистки (жидкостно-жидкостная, твердофазная и дисперсионная твердофазная экстракция). Наилучшие результаты обеспечило применение твердофазной экстракции на сорбенте С18 после очистки водно-ацетонитрильных экстрактов образцов гексаном с 10-кратным концентрированием. Предложенный подход позволяет определять БФА методом ГХ-МС в мясе, кормах и навозе в диапазоне содержаний от 1 до 100 мкг/кг. Правильность результатов определения БФА в образцах комбикорма и субпродуктов по разработанной методике подтверждена методом «введено – найдено», относительное стандартное отклонение результатов не превышает 0,11, продолжительность анализа серии из 20 образцов составляет 6 ч.

Выбор наполнителей и их параметры — одни из важнейших аспектов разработки полимерных композиционных материалов. Цель работы — исследование влияния геометрии неорганических наполнителей (формы и размера частиц, соотношения сторон) на структурные, термические, механические и диэлектрические характеристики композитов на основе этиленвинилацетата. Анализировали три типа наполнителей: пластинчатую слюду, стеклянное волокно и сферические ценосферы. Наполнители вводили в полимерную матрицу в фиксированных концентрациях. С помощью сканирующей электронной микроскопии установлено, что геометрия наполнителя определяет дисперсию и межфазную адгезию, при этом слюда характеризуется наиболее равномерным распределением, а в случае ценосфер наблюдается межфазное расслоение. Использование дифференциальной сканирующей калориметрии показало значительное снижение энтальпии плавления и степени кристалличности при добавлении наполнителя, особенно для систем, наполненных слюдой, что указывает на ограниченную подвижность полимерных цепей. Термогравиметрический анализ выявил повышенную термостойкость композитов со стекловатой и ценосферами, характеризующуюся более высокими температурами начала разложения и увеличенной остаточной массой. Механические испытания подтвердили, что слюда повышает жесткость, в то время как ценосферы сохраняют умеренную эластичность. Диэлектрической спектроскопией выявлено зависящее от геометрии наполнителя повышение диэлектрической проницаемости вследствие эффектов межфазной поляризации. Полученные результаты могут быть использованы при создании композиционных материалов с заданными оптимизированными характеристиками для применения в электроизоляции, тепловой защите и др.

Изделия, предназначенные для эксплуатации в условиях приморских и морских территорий, постоянно подвержены воздействию агрессивной окружающей среды. Цель работы — исследование структуры металла трубы после 15 лет эксплуатации в системе отвода соляного тумана (5 % NaCl, pH 6,5 – 7,2, 35 °C). Химический состав металла на различных участках трубы анализировали с применением оптико-эмиссионной спектрометрии. Показано, что химический состав соответствует аустенитной стали AISI 304. При определении микротвердости (нагрузка 9,81 Н) на изогнутых участках трубы фиксировали рост твердости на 34 % по сравнению с прямолинейными участками вследствие наклепа и образования деформационных двойников. Для выявления микроструктуры проводили химическое травление металла в кипящем растворе кислот (HNO₃, HCl) и реактиве Марбле. Установлено, что наибольшее распространение получила межкристаллитная коррозия, которая наблюдалась на внутреннем и наружном участках трубы вблизи монтажного сварного шва. Присутствуют также очаги ножевой коррозии. Максимальная глубина коррозионного поражения (55 % толщины стенки) выявлена в зоне пересечения заводского и монтажного сварных швов. Полученные результаты могут быть использованы при совершенствовании методики неразрушающего контроля критических участков труб из нержавеющей стали.

Тепловые потери (ТП) в низкотемпературных ректификационных колоннах приводят к снижению их разделительной способности. Цель работы — оценка ТП при низкотемпературной ректификации летучих неорганических гидридов. Предложены критерий оценки и методика расчета ТП, приведены результаты расчета зависимости ТП низкотемпературных колонн, используемых для очистки гидридов, от их геометрических размеров, величины потока и способа теплоизоляции для случая ректификации моносилана. Установлено, что при очистке моносилана на колоннах диаметром 10 – 20 мм целесообразно использовать вакуумную теплоизоляцию, а на колоннах большего диаметра возможно применение изоляции из пенополистирола. С увеличением сечения колонны и, соответственно, оптимального потока очищаемого моносилана происходит снижение ТП. Показано, что в случае использования вакуумной теплоизоляции в интервале давлений 5 · 10^–3 – 1 · 10^–3 мм рт.ст. общие ТП определяются прежде всего потерями за счет теплопроводности остаточных газов. Снижение давления в вакуумной рубашке до 1 · 10^–4 мм рт.ст. приводит к заметному росту и даже преобладанию ТП за счет теплопередачи лучеиспусканием. Модификация низкотемпературных ректификационных колонн на основе полученных значений ТП, включающая увеличение диаметров разделительных секций и уменьшение их длины, наряду с глубокой очисткой при потоках, близких к оптимальному, позволила заметно снизить ТП и повысить разделительную способность колонн. Полученные результаты могут быть использованы для создания высокоэффективных низкотемпературных ректификационных колонн, используемых, например, для глубокой очистки изотопно-обогащенных и редких веществ.

Изучение стойкости к абразивному износу твердыми частицами таких материалов, как титановый сплав Ti6Al4V, широко применяемый в машиностроении, продолжает оставаться актуальным. В то же время недостаточно исследована стойкость к абразивному износу антикоррозионных покрытий, полученных методом микродугового оксидирования (МДО) на алюминиевом сплаве. Цель работы — экспериментальное и численное исследование процесса износа поверхности Ti6Al4V и МДО-покрытия на алюминиевом сплаве частицами электрокорунда при их низких скоростях — ~30 м/с. В результате эксперимента установлен интенсивный износ поверхности МДО-покрытия, что существенно ограничивает его применение для защиты от эрозионного износа частицами. Моделирование движения гетерогенного потока частиц в воздухе на основе осредненных по Рейнольдсу уравнений Навье – Стокса показало значительное влияние начальной скорости и коэффициента формы частиц на скорость их удара о поверхность, получено хорошее совпадение с экспериментом. При конечно-элементном моделировании упругопластические свойства титанового сплава задавали моделью Джонсона – Кука, а частиц электрокорунда — моделью Джонсона – Холмквиста. Моделирование в двумерной постановке процесса контакта, деформаций и разрушений частицы и приповерхностного слоя показало заметное влияние на них положения частицы при контакте, а также моделей материала частиц и поверхности. Получено удовлетворительное согласование с экспериментом по износу поверхности. Показано также заметное влияние коэффициента разрушения в модели Джонсона – Холмквиста на глубину износа для пары частица – поверхность со свойствами хрупкого Al₂O₃. В дальнейшем планируется подробнее изучить влияние вращения, положения, углов падения частиц, а также дополнительно исследовать чувствительность модели процесса эрозионного износа к модели материала частиц для этого класса задач.

Разработан подход к вероятностной оценке свойств композиционных волокнистых полимерных материалов по известным характеристикам компонентов, в них входящих. В отличие от классических моделей микромеханики, учитывали стохастический характер распределения свойств волокна и матрицы при ориентации волокон в продольном направлении. Эффективные характеристики рассчитывали численно, с помощью метода конечных элементов в программном продукте ANSYS. Для реализации предложенного подхода и метода статистических испытаний на языке APDL написана программа-макрос, позволяющая в автоматическом режиме выполнять необходимые расчеты и выводить требуемые результаты. Достоверность полученных результатов обоснована хорошим согласованием с данными аналитического метода и экспериментальных исследований. В отличие от последних разработанный подход позволяет получать все необходимые упругие свойства композита без значительных материальных затрат. С использованием метода Монте-Карло проведен анализ чувствительности упругих свойств композиционного волокнистого материала с полимерной матрицей. Показано, что ряд параметров, участвующих в формировании упругих свойств всей композиции, оказывает на них несущественно влияние. В частности, отклонение оси волокон от продольного расположения мало влияет на модуль сдвига в плоскости волокон, поперечный модуль упругости и коэффициенты Пуассона. С другой стороны, модуль упругости матрицы оказывает значительное влияние на модули сдвига материала и поперечный модуль упругости. Предложенный подход к оценке эффективных характеристик может быть использован на этапе проектирования композитных элементов конструкций авиационной и ракетно-космической отрасли, а также при разработке новых материалов для сравнительной оценки при изменении компонент, входящих в композиционный материал, их объемного содержания, типа упаковки волокон, формы волокна.

Исследование посвящено решению актуальной научно-прикладной задачи повышения метрологических характеристик тензометрических датчиков давления, в частности — их чувствительности к измерению малых давлений. Актуальность работы обусловлена тем, что для современного приборостроения требуются миниатюрные высокоточные измерительные преобразователи. Вопрос целенаправленной оптимизации геометрии и позиционирования тензочувствительных элементов изучен недостаточно. Основная цель работы — определение оптимального сочетания размера тензодатчика и места его размещения относительно мембраны для повышения уровня выходного сигнала в области измерения малых давлений. Проведено детальное трехмерное моделирование датчика методом конечных элементов с помощью специализированного инженерного программного комплекса. Полная пространственная модель позволила с высокой достоверностью проанализировать распределение деформаций в сложной составной структуре датчика и оценить влияние вариаций геометрии. На основе обширного численного эксперимента (путем системного варьирования параметров) выявлены общие закономерности изменения механического отклика. Полученный массив данных послужил основой для построения обобщенной физико-математической модели связи между геометрией чувствительного элемента и результирующей разностью деформаций. Модель, разработанная с применением методов регрессионного анализа, имеет раздельный вид для различных зон расположения элемента, что повышает ее адекватность. Основной научный результат — разработка модели, позволяющей проводить оценку и рациональный выбор геометрической конфигурации тензопреобразователя на этапе проектирования. Практическая значимость работы заключается в формулировке конкретных рекомендаций по выбору оптимальных размеров и расположения чувствительных элементов для достижения максимального уровня выходного сигнала. Результаты представляют ценность для инженеров и исследователей, занимающихся разработкой и оптимизацией высокочувствительной измерительной аппаратуры в таких областях, как аэрокосмическая техника, энергетика, робототехника и промышленная автоматика.