Preview

Заводская лаборатория. Диагностика материалов

Расширенный поиск
Доступ открыт Открытый доступ  Доступ закрыт Только для подписчиков
Том 84, № 9 (2018)
Скачать выпуск PDF

АНАЛИЗ ВЕЩЕСТВА

5-12 98
Аннотация

Традиционно для исследования фазового состава твердого вещества используют метод рентгеноструктурного анализа (РСА). Но фазы с дефектами структуры, плохо окристаллизованные (с неупорядоченной структурой и аморфные), микрофазы, фазы переменного состава, поверхностные фазы и фазы, распределенные различным образом по всему объему пробы, часто оказываются рентгеноаморфными. В этих случаях стехиографический метод дифференцирующего растворения (ДР) оказывается более результативным, так как позволяет обнаруживать и определять как кристаллические, так и рентгеноаморфные фазы, перечисленные выше. Методом ДР исследован фазовый состав катализаторов шпинельного типа Cu1Cr2O4 и Cu1Fe2O4. Установлено, что природа элемента и температура оказывают влияние на формирование структуры шпинели, создавая новые формы. В статье описаны фазовые превращения, происходящие при синтезе катализаторов, который проводили методом соосаждения из смеси растворов нитратов. Найдено, что при температуре 85 °С формируются различные стехиометрические образования, являющиеся предшественниками шпинелей. При температуре 600 °С в случае медь-хромовых систем формируются стехиометрические соединения состава и структуры шпинели с различной степенью упорядоченности Cu12+Cr23+O4, а в случае медь-железных систем — дефектные по меди стехиометрические соединения состава и структуры шпинели Cu1-x2+Fe23+O4. Температура 900 °С обеспечивает формирование соединений за­данных состава и структуры шпинели Me12+Me23+O4 в обеих системах. Сопоставление результатов, полученных методом ДР, с данными РСА показало, что упорядоченные или окристаллизованные формы шпинелей и оксидов обнаруживаются обоими методами, а неупорядоченные и дефектные формы шпинелей, формы неупорядоченных твердых растворов, а также малые количества оксидов обнаруживает только метод ДР.

 

13-20 180
Аннотация

Для внедрения субстанции в медицинскую практику в рамках доклинических испытаний необходимо доказательство ее чистоты. Одним из показателей контроля качества субстанции является содержание остаточных органических растворителей, которые могут влиять на фармакологическую активность лекарственного препарата. В ходе синтеза и выделения субстанции используют четыре растворителя: дихлорметан, этилацетат, метил-трет-бутиловый эфир (МТБЭ), н-гексан. В работе предложено два способа определения остаточных органических растворителей методом газовой хроматографии в субстанции (2R,4R,4аR,7R,8аR)-4,7-диметил-2-(тиофен-2-ил)октагидро-2Н-хромен-4-ол — с вводом газовой пробы и разделением определяемых компонентов на коммерческой капиллярной колонке HP-5ms (30 м × 0,35 мм × 0,25 мкм); с вводом жидкой пробы и разделением на капиллярной колонке (30 м × 0,32 мм × 0,30 мкм), заполнен­ной модифицированным поли(1-триметилсилил-1-пропином) (ПТМСП). Поскольку первым способом удалось определить только н-гексан и этилацетат, была разработана и валидирована методика определения четырех остаточных растворителей — дихлорметана, этилацетата, МТБЭ, н-гексана в исследуемой субстанции методом газовой хроматографии на колонке с модифицированной фазой на основе ПТМСП. Обнаружены следовые количества этилацетата и МТБЭ, содержания дихлорметана и н-гексана в субстанции — ниже пределов обнаружения. Средние содержания этилацетата и МТБЭ в субстанции для 9 параллельных определений составили 0,10 и 0,20 ppm, что ниже ПДС (5000 ppm) в 5 и 2,5 • 104 раз соответственно. Проведена оценка разработанной методики по следующим характеристикам: специфичность, линейность градуировочного графика, правильность, прецизионность на уровне повторяемости и внутрилабораторной прецизионности, устойчивость хроматографической системы. Стандартные отклонения результатов при определении этилацетата и МТБЭ в субстанции с использованием разработанной методики не превышают 0,03 и 0,09 соответственно. Методика является специфичной, точной и достоверной для определения остаточных органических раство­рителей в субстанции.

21-27 78
Аннотация

Повсеместное использование полиэтилентерефталатной упаковки (ПЭТ) на рынке продовольственных товаров является потенциальной угрозой для здоровья потребителей. В процессе изготовления данных полимерных материалов используются различные ве­щества, улучшающие свойства готовой упаковки: в частности, одними из таких добавок являются фталаты. Поскольку их молекулы химически не присоединены к полимерным цепям, эти вещества могут легко переходить из пластиковой тары в продукты питания, напитки и воду во время упаковочных или производственных процессов. В целях установления возможности попадания этих опасных соединений в продукцию путем их миграции из полиэтилентерефталатной упаковки проведен мониторинг остаточных количеств семи эфиров фталевой кислоты (диметилфталата, диэтилфталата, диаллилфталата, дибутилфталата, диизобутилфталата, диизооктилфталата, диизододецилфталата) в ряде пищевых продуктов и напитков. Целевые аналиты извлекали из образцов молока, молочной продукции, воды, соков и напитков с использованием ацетонитрила и высаливателей и определяли методом ультравысокоэффективной жидкостной хроматографии с тандемным квадруполь-времяпролетным масс-спектрометрическим детектором высокого разрешения. Содержание обнаруженных фталатов в продуктах питания, при­обретенных в супермаркетах, изменялось в широких пределах: наиболее высоким почти для каждой категории исследованных образцов оказалось содержание диизооктилфталата, этот же эфир фталевой кислоты был и самым распространенным, за ним следуют дибутилфталат, диизобутилфталат и диэтилфталат. Диапазон определяемых содержаний эфиров фталевой кислоты составил 15 - 3000 нг/мл (R2 > 0,99), пределы обнаружения — от 0,5 до 15 нг/мл. Относительное стандартное отклонение результатов анализа не превышало 15 %.

28-33 91
Аннотация

Показана возможность использования диантипирилпропилметана (ДАППМ) в качестве электродноактивного компонента мембраны ртутьселективного электрода (Hg-СЭ). В целях выяснения механизма функционирования мембраны изучены равновесия в системе «мембрана - раствор» в зависимости от кислотности среды и количества ионофора. ДАППМ при pH 0-1,5 находится в катионной форме, а ионы ртути в 0,1 М HCl— в виде трихлормеркуриат-иона. Образованный в этих условиях ионный ассоциат НДАППМ+ [HgCl3]- наиболее стабилен при pH 1 и pCl1, и мембрана откликается только на трихлормеркурат-ионы. Оптимизирован состав мембраны, на основе которого создан Hg-СЭ (в % масс.): ПВХ — 32,32; о-нитрофенилоктиловый эфир — 64,63; ДАППМ — 3,05 (концентрация ДАППМ — 100 ммоль/л). Установлены следующие электрохимические характеристики Hg-СЭ: линейный диапазон — 1 • 10-4 - 1 • 10-2 моль/л, крутизна электродной функции — 50 мВ/дек., рабочий диапазон pH — 0 - 1,5, время отклика — 15-20 с, предел обнаружения — 6,3 • 10-5 моль/л. Способом биионных потенциалов определены потенциометрические коэффициенты селективности Hg-СЭ относительно некоторых анионов и катионов. Предлагаемый электрод использован в качестве детектора в проточно-инжекционном определении ртути в сточной воде и креме «Achromin». Найдены оптимальные условия работы проточно-инжекционной системы, которые обеспечивают стабильность базовой линии, а также максимальные чувствительность и производительность анализа. Правильность результатов определения ртути подтверждена методом «введено - найдено».

ИССЛЕДОВАНИЕ СТРУКТУРЫ И СВОЙСТВ. ФИЗИЧЕСКИЕ МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ И КОНТРОЛЯ

34-40 75
Аннотация

Представлены результаты исследований, на основании которых разработан метод автоматизированного определения микроструктурных неоднородностей полимерных пористых нанофильтрационных мембран ОПМН-П и ОФАМ-К. Предлагаемый метод позволяет идентифицировать поверхностные неоднородности селективно-проницаемых мембран и их коэффициент засоренности. Полученные данные дают возможность в условиях заводских лабораторий прогнозировать и определять срок эффективной работы нанофильтрационных пористых перегородок типа ОПМН-П и ОФАМ-К, оснащенных рулонными элементами баромембранных и электробаромембранных установок концентрирования, очистки технологических растворов и стоков гальванических, химических и пищевых производств. С помощью предлагаемого метода, применимость которого подтверждена результатами использования разработанного программного комплекса, можно автоматизированно рассчитывать среднюю величину диаметра засорения полупроницаемых мембран и коэффициент засоренности пористых тел. Методика расчета базируется на программном обеспечении Matlab 2017. Практическая реализация метода представлена на примере процесса нанофильтрации с применением полупроницаемых мембран типа ОФАМ-К и ОПМН-П.

41-45 83
Аннотация

Представлены результаты исследований коллоидных растворов наночастиц, полученных при лазерной абляции твердых тел в жидкости. Экспериментальная установка включала иттербиевый импульсный волоконный лазер YLP (Россия) с длиной волны излучения 1064 нм и длительностью импульса 100 нс, блок управления мощностью излучения (до 20 Вт) и частотой следования импульсов (20 – 60 кГц), автоматизированную систему перемещения мишени на базе моторизованного двухосного линейного транслятора 8MTF (Литва) и контроллера CNC USB TB6560 (КНР). Последняя позволяла равномерно испарять материал с поверхности мишени, уменьшая изменения по размерам образующихся кратеров и повышая тем самым эффективность абляции при продолжительном облучении, а также сужать разброс по размерам получаемых наночастиц. Параметры сканирования задавали и контролировали через компьютер, процесс сканирования отображался на мониторе. Размер частиц определяли на лазерном анализаторе SALD-7500nano (Япония). Исследования проводили методами сканирующей электронной микроскопии и энергодисперсионной рентгеновской спектроскопии, для чего использовали сканирующий электронный микроскоп JCM-6000 (Япония). На экспериментальной установке при лазерной абляции объемных металлических и полупроводниковых мишеней в жидкости получали коллоидные растворы наночастиц, в нашем случае — серебра и кремния, в этиловом спирте (C2H5OH) со средним размером 45 и 33 нм соответственно. При этом раствор коагулированных частиц кремния диспергировали в ультразвуковой ванне. Оптические свойства растворов исследовали с помощью спектрофотометра СФ-56 (Россия) с кварцевыми кюветами (длина оптического пути — 10 мм). В качестве образца сравнения использовали этанол. Для раствора наночастиц серебра минимум пропускания света фиксировали на 390 нм, что связано с поглощением излучения на этой длине волны в результате поверхностного плазмонного резонанса. Раствор наночастиц кремния пропускал излучение начиная с 300 нм. Он был практически полностью (до 95 %) прозрачен в видимой красной и инфракрасной областях спектра.

46-50 53
Аннотация

При создании полимерных композиционных материалов с новыми свойствами используют природные наполнители, которые вводят в полимерную матрицу. При этом природа вводимого наполнителя может влиять на физико-механические и физико-химические свойства композиционных материалов. Представлены результаты исследования физико-механических и реологических свойств композиций на основе вторичного полимерного сырья (образец вторичного полипропилена (ПП) соответствовал первичному ПП марки FF/3350) и наполнителя природного происхождения — рисовой шелухи различной дисперсности. Моделирование процесса переработки полимерных материалов осуществляли на пластографе PlastographEC (ФРГ); прессование — на автоматическом гидравлическом прессе AutoMH-NE (США). Деформационно-прочностные свойства определяли на прессованных образцах толщиной 1 мм. Физико-механические свойства полимерных композитов при разрыве — на разрывной машине ShimadzuAGS-X (Япония) при температуре 20 °C и скорости движения подвижного захвата 1 мм/мин. Реологические измерения расплава ПП и композиционно наполненных материалов на его основе проводили на модульном динамическом реометре HaakeMarsIII при 220 °C. Установили, что введение наполнителя приводит к увеличению крутящего момента, уменьшению значения показателя текучести расплава, росту динамической вязкости расплава, однако не сопровождается увеличением упругости. Повышение вязкости, очевидно, связано с адсорбцией полимера на поверхности наполнителя. При наполнении вторичного ПП рисовой шелухой зафиксировали незначительное изменение деформационно-прочностных свойств композиции. Введение в композицию до 10 масс. ч. рисовой шелухи позволяет формировать материалы, не уступающие по своим физико-механическим показателям исходному вторичному ПП и способные при этом к биоразложению. Кроме того, чем выше дисперсность наполнителя, тем больше меняются характеристики материала.

51-54 49
Аннотация

Предложен способ оценки селективности активных центров сорбентов при сорбции сорбатов из многокомпонентных растворов. Метод основан на сопоставлении величин удельной емкости сорбента по каждому из сорбатов при извлечении их из одно- (один загрязнитель) и полиполлютантных (несколько загрязнителей одновременно) растворов. Исследуемые стационарные и проточные растворы включали близкие и, напротив, существенно различные исходные концентрации экополлютантов. На первом этапе стационарные растворы содержали по единственному поллютанту (затем все три одновременно) с заданной одинаковой (близкой) исходной концентрацией. При этом массу сорбента в них строго фиксировали. К заданному моменту времени оценивали емкость сорбента по каждому сорбату. Если емкость не зависит от присутствия других загрязнителей, то имеет место избирательность активных центров сорбента. Если она снижается при введении других поллютантов, селективность отсутствует. На втором этапе исследовали проточные растворы, на третьем проводили аналогичные эксперименты при концентрации одного из сорбатов многократно (10 – 100 раз) ниже других. Приведены результаты исследования сорбции на глауконите катионов металлов (группа железа) при практически одинаковых их исходных концентрациях и Ni (II) из сред с повышенным содержанием катионов жесткости (Ca (II) и Mg (II)).

ИССЛЕДОВАНИЕ СТРУКТУРЫ И СВОЙСТВ. МЕХАНИКА МАТЕРИАЛОВ: ПРОЧНОСТЬ, РЕСУРС, БЕЗОПАСНОСТЬ

55-63 78
Аннотация

Проведен анализ критериев разрушения и предельных состояний для тонкостенных сосудов, работающих под давлением, с учетом влияния пластических деформаций. Описаны основные проблемы эксплуатации тонкостенных сосудов, работающих под внутренним избыточным давлением, связанные с технологической дефектностью и исчерпанием нормативного ресурса. Представлены характерные технологические и эксплуатационные дефекты в сварных швах сосудов и статистические данные по их количеству и типам. Дефекты сварки составили 62 % от общего числа дефектов, остальные типы дефектов — значительно меньше процентов. Построены гистограммы размеров дефектов сварки и определены законы распределения: длина подрезов описывалась логнормальным законом распределения, глубина — нормальным законом распределения. Обозначены предельные состояния и критерии разрушения сосудов при наличии дефектов и трещин в условиях упругопластического деформирования материала. Показаны преимущества использования обобщенных уравнений вида «J-кривые» при расчете на трещиностойкость. Приведена формула для расчета «J-кривых», связывающая безразмерный J-интеграл с безразмерной нагрузкой. Проведен анализ напряженно-деформированного состояния тонкостенного сосуда с поверхностной полуэллиптической и внутренней эллиптической трещинами в объемной постановке. Исследованы особенности полей напряжений и деформаций в локальной области зоны трещины при упругопластическом деформировании. Выполнены расчеты и представлены результаты оценки энергетического критерия механики разрушения — J-интеграла для модели сосуда с поверхностной полуэллиптической и внутренней эллиптической трещинами при упругопластическом деформировании. Результаты представлены в виде графиков зависимости безразмерного J-интеграла от геометрических размеров сосуда и трещины. Получены уравнения «J-кривых» и определена предельная нагрузка для тонкостенных сосудов, зависящая от геометрических размеров, параметров нагружения, прочностных свойств материала, характеристик трещиностойкости и деформирования. По «J-кривым» и кривой деформирования получена формула для определения зависимости предельной нагрузки от размера трещины, параметров нагружения и характеристик материала. С использованием этой формулы построены зависимости предельного давления сосуда при упругопластических деформациях от отношения длины трещины a к толщине стенки сосуда S (a/S) для поверхностных и внутренних трещин при различных отношениях R/S (R — радиус оболочки) и Jc, позволяющих оценить уровни предельного давления для безопасной эксплуатации тонкостенных сосудов.

64-71 73
Аннотация

Рассмотрены вопросы повышения качества маложестких валов. Исследовано напряженное состояние их поверхностного слоя. Глубина упрочнения, величина и распределение остаточных напряжений в поверхностном слое оказывают непосредственное влияние на геометрическую стабильность валов. Основная задача упрочнения — обеспечение однородности напряженного состояния в объеме тела. Предложена новая конструкция обкатника центробежного типа для эффективного упрочнения маложестких валов. Введено понятие зоны взаимного влияния. Представлены расчетные зависимости для формирования оптимальной глубины упрочненного слоя маложестких валов. Изложены результаты экспериментальных исследований по определению глубины упрочнения в зависимости от частоты вращения центробежного обкатника. Результаты исследований показали, что качество обработки нежестких валов центробежным обкатником зависит от свойств и толщины зоны взаимного влияния, которая определяется средним размером зерна микроструктуры. Разработанная конструкция центробежного обкатника обеспечивает неизменность рабочего усилия, стабильность деформации и напряжений по длине упрочняемой заготовки. Теоретически и экспериментально подтверждена рациональная глубина упрочнения поверхностного слоя нежестких валов при отделочно-упрочняющей обработке поверхностным пластическим деформированием (ППД). Она не должна быть больше размера зоны взаимного влияния.

72-78 48
Аннотация

Цель работы — исследование возможных схем нагружения двухбалочных (ДКБ) образцов для пополнения арсенала методов их испытания. Приведен математический анализ десяти схем нагружения образцов с различными способами закрепления и нагружения консолей — силовым, деформационным и деформационно-силовым. Для каждой схемы нагружения приведены формулы коэффициентов интенсивности напряжений, а также зависимости угла разворота торцевых сечений консолей-плеч образца от длины трещины. Эти зависимости рассматриваются как основа разработки методов измерения длины трещины, изменяющейся в процессе испытания. Для определения коэффициентов интенсивности напряжений использован энергетический подход. Классическая схема силового нагружения ДКБ образца парой сил дополнена схемой нагружения двумя парами сил, приложенных в разных сечениях. Осуществлена схема модификации ДКБ образца путем жесткого связывания концов его консолей. В этом случае каждое плечо образца представляет собой один раз статически неопределимую балку и ДКБ образец превращается в двухбалочный. Исследуется также возможность перестановки сечений приложения нагрузки и положения жесткой опоры-связи. Деформационное нагружение моделируется установкой клина в одном или двух сечениях. Эффект клина рассматривается в виде задаваемой деформации в одном из сечений и связыванием консолей образца — в другом. Приведены формулы коэффициента интенсивности напряжений несимметричного относительно линии распространения трещины ДКБ образца при чисто силовом нагружении силами, приложенными в одном сечении. Представлены ссылки на работы, в которых ряд предлагаемых схем экспериментально опробован.



ISSN 1028-6861 (Print)
ISSN 2588-0187 (Online)