Preview

Заводская лаборатория. Диагностика материалов

Расширенный поиск
Доступ открыт Открытый доступ  Доступ закрыт Только для подписчиков
Том 85, № 9 (2019)
Скачать выпуск PDF

АНАЛИЗ ВЕЩЕСТВА

5-14 39
Аннотация

Цефуроксим и цефалексин — цефалоспориновые антибиотики широкого спектра действия. Для их определения в различных объектах используют спектроскопические, хроматографические, электрохимические, иммуноферментные и другие методы, которые требуют применения дорогостоящей аппаратуры и органических растворителей. Потенциометрические сенсоры позволяют экспрессно детектировать цефалоспориновые антибиотики в малых объемах проб, без предварительной пробоподготовки. Предложены модифицированные твердоконтактные потенциометрические сенсоры для определения цефуроксима и цефалексина в водных, биологических средах и фармацевтических препаратах. В качестве активных компонентов мембран использовали соединение тетрадециламмония (ТДА) с комплексом серебро (I) — цефуроксим (Ag(Cefur)2); модификаторы — полианилин и наночастицы оксида меди. Определены основные электроаналитические и операционные характеристики исследуемых сенсоров в водных растворах антибиотиков и на фоне жидкости ротовой полости (ЖРП). Исследуемые сенсоры на основе Ag(Cefur)2iyi,A характеризуются небольшим временем отклика: для модифицированных полианилином и наночастицами оксида меди — в пределах 5 - 10 с, для немодифицированных — 10-20 с. Линейный диапазон электродных функций сенсоров в растворах антибиотиков составляет 1 • Ю-4 - 1 • Ю-1 моль/л, предел обнаружения — 7,4 • 10~5 моль/л для немодифицированных и 6,3 • Ю-5 моль/л для модифицированных сенсоров. Дрейф потенциала составляет 6 - 12 и 4-6 мВ/сут, срок службы — 1,5 и 2 мес. для немодифицированных и модифицированных сенсоров соответственно. Модификаторы стабилизируют электродный потенциал и выполняют функцию медиатора электронного переноса, что приводит к улучшению электроаналитических характеристик сенсоров. Выявлено влияние окислительно-восстановительных агентов на свойства сенсоров: 1 • 10~3 - 1 • Ю-4 М растворы К2Сг207 и FeCl3 уменьшают интервалы линейности электродных функций, KI и соль Мора не влияют на характеристики сенсоров в растворах цефуроксима и цефалексина. Коэффициенты потенциометрической селективности модифицированных наночастицами СиО цефуроксим-селективных сенсоров по отношению к цефазолину, цефотаксиму и цефалексину близки к единице; Kfot по отношению к неорганическим анионам, входящим в состав ротовой жидкости (СП, Вг~, 1 ,НСОд,HgPO^,НРО|~), составляют п • Ю-2 - п • Ю-3. Это свидетельствует о возможности применения сенсоров для определения индивидуальных цефалоспориновых антибиотиков или их суммарного содержания в присутствии 100 - 1000-кратных избытков неорганических ионов в лекарственных и биологических средах, малых объемах проб, что важно при исследовании фармакокинетики антибиотиков, определения максимальной терапевтической дозы, корректировки процесса лечения. 

15-21 28
Аннотация
Исследована возможность применения пирогаллолового красного водорастворимого (ПГКВ) в качестве фотометрического реагента для определения сурьмы в реальных объектах. Образование окрашенного продукта наблюдается в кислых растворах (рН = 3,8 - 4,5) в присутствии слабого окислителя (йода), необходимого для предварительного окисления SbH3 до солей Sb (III). Избыток йода устраняют введением раствора тиосульфата натрия, после получения фотометрируемой формы. Максимальный аналитический сигнал окрашенной формы наблюдается при 378 им (е = 5,936 • 103). Повышение кислотности раствора (рН > 7) сопровождается образованием натриевых солей реагента, что препятствует дальнейшему протеканию реакции, а наличие одного максимума оптической плотности в рекомендуемом интервале значений рН является непосредственным подтверждением образования ионного ассоциата (ИА) одного состава. Исследование устойчивости данного ИА во времени выявило его низкую стабильность. К сожалению, изменение диэлектрической проницаемости раствора не дало положительного эффекта, в связи с чем возникает необходимость измерения оптической плотности окрашенного соединения в течение 3 мин. Установление состава, а следовательно, и возможного механизма образования ИА, осуществляли на основании методов молярных отношений и изомолярных серий. В результате отгона стибина в поглотительную систему образуется ИА состава M:R = 1:1, с рассчитанной константой устойчивости 4,01 • 105. Таким образом, на основании проведенных исследований разработана спектрофотометрическая (СФ) методика определения сурьмы с пределами обнаружения и определения 1,30 и 4,32 мкг/мл соответственно. Разработанная методика валидна по показателям: специфичность, линейность, прицензионность, правильность и, следовательно, может быть рекомендована к применению в любой контрольно-аналитической лаборатории для определения сурьмы.
22-28 21
Аннотация
Исследование процессов в фармацевтических смесях весьма актуально в связи с широким применением комплексной фармакотерапии. Одним из методов, применяемых для оценки стабильности субстанций, является ИК-спектроскопия. Для повышения эффективности интерпретации ИК-спектров смесей разработан способ их анализа с использованием матричных методов и графического ранжирования массива экспериментальных данных. Данный подход был апробирован для анализа модельных смесей таких фармацевтических субстанций, как фенирамина малеат и напроксен. Спектры поглощения получали с использованием ИК-Фурье спектрометра Avatar 360 FT-IR E.S.E (Nicolet, США) с приставкой однократного НПВО Smart Perfomer (оптический кристалл ZnSe; спектральный диапазон — 1,35 - 26,6 мкм, 7400 - 375 см-1). Полученные ИК-спектры обрабатывали с помощью встроенного программного обеспечения Thermo Scientific Specta. Для графического ранжирования строили графики в координатах температура нагрева смеси — относительная частотная интенсивность. Точки на графике представляют собой относительную интенсивность полос для смеси, выдержанной при определенной температуре, а кривые, которыми они соединены, — происходящие в структуре вещества процессы. Общность тенденций изменения относительной интенсивности для разных частот (при одной температуре) и/или для ряда частот одной характеристической области говорит об однонаправленности процесса. Графическое ранжирование применено для характеристических полос пиридинового и алифатического азота фенирамина малета и частот межмолекулярной водородной связи и карбонильной группы напроксена. Использовали также метод математического ранжирования матриц значений коэффициента пропускания. Для характеристических полос исследуемых соединений совместное применение графического и математического ранжирования позволяет судить об изменении структуры напроксена и фенирамина малеата при воздействии повышенных температур: по результатам эксперимента можно сделать вывод, что соль фенирамина с малеиновой кислотой по алифатическому азоту имеет одну структурную конформацию, но энергия связи зависит от температуры.

ИССЛЕДОВАНИЕ СТРУКТУРЫ И СВОЙСТВ. ФИЗИЧЕСКИЕ МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ И КОНТРОЛЯ

29-35 18
Аннотация
Металлы гексагональной группы (например, Be, Zr, Ti) находят широкое применение в атомной промышленности, ракето- и авиастроении (в элементах конструкций, работающих в экстремальных условиях). Перспективное направление повышения качества изделий из таких металлов — улучшение физических свойств материалов путем использования естественной анизотропии металлических монокристаллов. Представлены результаты исследования анизотропии и сравнительного анализа технических характеристик упругих свойств монокристаллов гексагональных металлов. На основе преобразований тензора коэффициентов упругой податливости в главных осях к новой произвольной системе координат с последующим использованием углов Эйлера получены в явном виде уравнения компонентов матрицы коэффициентов упругой податливости для произвольных кристаллографических направлений. Приведены аналитические выражения для технических характеристик упругих свойств (модулей Юнга и сдвига, коэффициента Пуассона) монокристаллов 10 металлов с гексагональной решеткой в произвольных кристаллографических направлениях. Установили, что характеристики имеют аксиальную симметрию относительно гексагональной оси. Суммы коэффициентов упругой податливости, определяющих модули сдвига, и коэффициентов Пуассона в двух взаимно перпендикулярных направлениях постоянны в любой кристаллографической плоскости монокристалла. Сравнительным анализом анизотропии упругих свойств монокристаллов исследуемой группы металлов выявлены ауксетические свойства у монокристаллов Zn и Be и области кристаллографических направлений одноосного растяжения, приводящего к ауксетическому эффекту. Ауксетический эффект у Zn фиксировали при растяжении в направлениях плоскости, перпендикулярной гексагональной оси монокристалла. Плоскости проявления ауксетического эффекта у монокристаллов Be перпендикулярны направлениям, составляющим угол 45° с гексагональной осью.
35-41 21
Аннотация
Синтез многослойных тонкопленочньгх функциональных покрытий предусматривает осаждение материалов и отжиг. При этом возможны процессы взаимодиффузии и фазообразования. Однако моделирование реакционной взаимодиффузии в таких системах, как металл — поликристаллический оксид с ограниченной растворимостью компонентов до последнего времени не осуществляли. Вместе с тем моделирование позволяет выбирать условия отжига (время и температуру), необходимые для включения металла в решетку оксида и его однородного распределения в ней. Представлена количественная модель взаимодействия в слоистой системе металл — поликристаллический оксид другого металла в условиях ограниченной растворимости на основе представлений о взаимной диффузии компонентов и объемных реакций образования сложных оксидов. Модель использовали при исследовании процесса модифицирования тонких пленок оксида титана переходными металлами. Приведены результаты численного анализа экспериментальных концентрационных распределений компонентов в тонкопленочньгх поликристаллических системах Со - ТЮ2 и Fe - Ti02, включая значения индивидуальных коэффициентов диффузии исследуемых металлов и титана в условиях вакуумного отжига. Модель хорошо описывает основные закономерности процесса (появление титана в пленке металла, глубокое проникновение Fe и Со в пленку оксида титана), а также позволяет объяснить образование сложных оксидов не путем послойного роста на границе раздела металл — оксид, а по всей толщине пленки ТЮ2. Полученные данные анализа межфазного взаимодействия в слоистых системах, сопровождающегося реакционной взаимной диффузией, могут использоваться для прогнозирования эволюции фазового состава и управления технологическими процессами получения материалов с заданными свойствами.
42-45 19
Аннотация
Известно, что из-за высокой степени анизотропии и низкой поперечной жесткости углеродные нанотрубки образуют кольцеобразные структуры (фрактальные объекты) в полимерной матрице нанокомпозитов. Для количественной характеристики структуры нанонаполнителя (углеродных нанотрубок) в полимерной матрице использована фрактальная размерность, для расчета которой предложены две методики, основанные на моделях необратимой агрегации и фрактального анализа. Полученные с применением обоих подходов результаты хорошо согласуются (в пределах 6 %) между собой. Установлено, что формирование кольцеобразных структур происходит по механизму кластер-кластер (объединением мелких формирований в более крупные, а не отдельных нанотрубок). Кроме того, метод фрактального анализа учитывает влияние полимерной матрицы на структуру кольцеобразных формирований и, следовательно, свойства полимерных нанокомпозитов. Корректность использованных методик проверяли с помощью перколяционной модели усиления, показавшей хорошее соответствие теории и эксперимента при применении фрактальных размерностей, определенных обоими способами. Это означает, что при фиксированном содержании нанонаполнителя свойства нанокомпозитов определяются только структурой нанонаполнителя. Иначе говоря, существенное изменение свойств (для степени усиления более чем на порядок) возможно даже при малом содержании нанонаполнителя, которое реализуется только вариацией его структуры. При этом вариация структуры может быть достигнута методами обработки нанонаполнителя (использованием ультразвука, функционализации, построением особых типов каркаса нанонаполнителя и др.).
46-51 17
Аннотация
Представлены результаты исследования взаимосвязи кристаллографической текстуры поликристаллических материалов и анизотропии их физико-механических свойств. Приведен обзор методов расчета анизотропных свойств поликристаллов на основе данных, полученных рентгеновскими методами прямых и обратных полюсных фигур. Расчетные методы, основанные на применении функции распределения ориентировок кристаллитов, требуют использования больших объемов экспериментальных данных, поэтому они не пригодны для экспресс-оценки уровня анизотропии физических свойств образцов при их термомеханической обработке. Предложена методика для определения анизотропных свойств, использующая «ориентационные факторы». С помощью экспериментальных данных рентгенографического анализа (метод обратных полюсных фигур) получены выражения для расчета абсолютного и относительного отклонений физического параметра текстурированного поликристалла от его значения в изотропном состоянии. Оценены вклады отдельных кристаллографических ориентировок в формирование анизотропии свойств образца. Исследована динамика количественных изменений анизотропных свойств поликристалла в процессе текстурообразования. Для анализа источника наиболее быстрых изменений анизотропии свойств использовали коэффициенты матрицы «отклика», расчет которых не зависит от результатов конкретных дифрактометрических измерений, а является общим для всех металлов с гексагональной плотноупакованной (ГПУ) — решеткой. Расчет анизотропии коэффициента теплопроводности, удельной электропроводности и температуропроводности выполняли для образцов деформированного иттрия, прошедших холодную прокатку со степенью обжатия е = 25 %. Установили, что конечные физические свойства поликристалла с ГПУ-структурой в значительной степени определяются пирамидальными кристаллографическими ориентировками {1015}, {1124}.

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

52-60 19
Аннотация
Проведены расчетно-экспериментальные оценки остаточного ресурса сталей Р2М и ЭИ415 двух уровней прочности (Н и В) по двум методикам — новой и традиционной. Нагружение проводили в течение 300 тыс. ч в условиях, аналогичных тем, в которых работает металл в зоне крепления лопаток в ободе диска первой ступени роторов среднего давления турбин К-300-240 ЛМЗ и ХТЗ. При оценке ресурса учитывали постепенное уменьшение напряжений из-за ползучести путем выделения нескольких этапов с условно постоянными напряжениями. По новой методике остаточный ресурс оценивали по изменению на каждом из этапов суперсплошности металла Ч7 = ш" + \ где ш — сплошность, п — показатель трещинообразования; по традиционной — путем определения относительной поврежденности П по принципу линейного суммирования поврежденности (ЛСП). Установлено, что зависимости от времени П и 97 подчиняются логарифмическому закону, при этом металл поковок В (более прочных) во всех случаях имел больший ресурс, чем поковок Н (менее прочных). Впервые процесс исчерпания ресурса рассмотрен путем анализа суммы двух функций: 97 + П = 1. Показано, что у стали Р2М эта сумма меньше единицы; у стали ЭИ415 она равна единице или превышает ее. Исходя из литературных данных о различиях, которые дает правило ЛСП применительно к относительно вязкому и хрупкому металлу, было предположено, что отклонения от единицы связаны с погрешностью оценки ресурса по принципу ЛСП. Поэтому результат, полученный по новой методике, следует признать более точным. С учетом применения по предлагаемой методике образцов с особо глубоким острым надрезом, в котором гарантировано хрупкое развитие трещин, новый принцип расчета ресурса может быть полезен при определении ресурса у любого вида деталей, металл которых подвержен хрупким разрушениям в процессе эксплуатации в условиях ползучести.
61-65 18
Аннотация
Рассмотрены общеметодические вопросы прочности и долговечности материалов и элементов конструкций при сочетании различных силовых, деформационных и температурных факторов. Многие десятилетия в отечественных и зарубежных лабораторных исследованиях на образцах сложилась ставшая традиционной методология получения исходных кривых длительной и циклической прочности, связывающих разрушающие напряжения со временем или числом циклов. На базе этих кривых с характерными участками и точками переломов, разделяющих области упругого и неупругого (пластических деформаций или деформаций ползучести) деформирования, проводят анализ длительных и циклических повреждений. С использованием простейшего линейного закона суммирования этих повреждений удается в первом приближении рассчитывать прочность и долговечность при изменяющихся режимах нагружения. Повышение требований к точности расчетов вызывает необходимость перехода от силовых критериев разрушения (в напряжениях о) к деформационным (в упругих и неупругих деформациях е). При этом появляется возможность построения и использования единого выражения для кривой длительного циклического разрушения (с учетом временного т и циклического N факторов) и единого длительного циклического повреждения. При таком подходе можно сохранить линейный закон суммирования повреждений, хотя сами повреждения оцениваются как заведомо нелинейные. Статья ориентирована на продолжение обсуждения на страницах журнала наиболее сложных проблем комплексной оценки прочности, ресурса, живучести и безопасности высокорисковых объектов техники.
66-74 18
Аннотация
Представлены метод и процедуры оценки границ второй стадии кинетической диаграммы трещиностойкости, формирования выборки в пределах этих границ и определения по этой выборке параметров Сип уравнения Пэриса. Необходимость разработки метода обусловлена отсутствием правил и процедур точного определения границ второй стадии в действующих стандартах и нормативных документах (НД). Сформулированный метод обеспечивает заданную точность определения числа циклов, соответствующего длине трещины усталости на верхней границе второй стадии, полученного при численном интегрировании уравнения Пэриса с найденными значениями параметров Сип. Предложенный метод основан на применении двух критериев — R2 и %• Статистический критерий R2 характеризует степень отклонения экспериментальных данных от линейного участка кинетической диаграммы трещиностойкости. Параметрический критерий % определяет уровень точности параметров Сип уравнения Пэриса. Этот уровень задается путем сравнительной оценки экспериментальной и расчетной длин трещины /, а также числом циклов N, полученных при интегрировании уравнения Пэриса в пределах установленных нижней и верхней границ интервала устойчивого роста трещины усталости. Применение метода показано на примере экспериментальных данных, полученных при испытаниях образцов из титанового сплава ВТ9, никелевого деформируемого сплава ЭИ437БУ и гранулированного никелевого сплава ЭП741НП (гранулы до 140 мкм) при комнатной и повышенных температурах. Применение метода свидетельствует о том, что экспериментальные и расчетные кривые / - N, полученные численным интегрированием уравнения Пэриса, расходятся на величину менее заданного значения критерия j < 3 %, что отличается от найденных согласно НД.


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