Химические сенсоры являются одним из наиболее востребованных инструментов современной аналитической химии. В последнее время для аналитических целей стали использовать устройства, действие которых основано на регистрации изменения цвета при отражении видимого излучения от поверхности так называемых «фотонных кристаллов» (ФК). Преимуществами их применения являются возможность визуального детектирования соединений, относительно высокая чувствительность, а также возможность изменять свойства сенсоров путем варьирования элементной базы ФК. Кроме того, влияние различных механических, электрических, оптических, химических и других факторов на исследуемые объекты приводит к дополнительным изменениям спектральных откликов от поверхности ФК с нанесенными образцами. В перспективе подобные устройства можно использовать как тест-системы для обнаружения и анализа определенных классов химических соединений. Обзор посвящен различным типам сенсоров на основе фотонных кристаллов. В нем рассматриваются: фотонные кристаллы природного и синтетического происхождения; различные возможные структуры ФК; причины возникновения характерных оптических свойств; детектирование механических, тепловых, электрических, магнитных и оптических воздействий на ФК, а также воздействие на органические соединения различных классов; области применения сенсоров на основе ФК.

Описан способ изготовления медного микродискового электрода оригинальной конструкции на основе медной проволоки диаметром 50 мкм, вплавленной в боросиликатное стекло. Электрохимические свойства медного микроэлектрода изучены методом постоянно-токовой циклической вольтамперометрии в 2 M растворе NaOH в диапазоне потенциалов от -1.1 до +0.8 В (относительно насыщенного Ag/AgCl-электрода). Для улучшения электрохимического отклика предложен способ двухстадийной активации электрода на основе процедуры растворения/переосаждения меди с последующей поляризацией в щелочной среде. Морфологические и физико-химические изменения поверхности меди после активации подтверждены методами атомно-силовой микроскопии и рентгенофотоэлектронной спектроскопии. Эффективность процедуры активации проверена путем проведении хроноамперометрического определения спиртов: метанола, этанола и этиленгликоля. Прослежено влияние различных факторов на формирование аналитического сигнала спиртов, позволившее выбрать оптимальные условия проведения амперометрических измерений. Определены метрологические характеристики методики, проведена проверка правильности. Активированный медный микроэлектрод применен для определения этанола в фармацевтической и других видах продукции.

Получены аппроксимирующие формулы для расчета приведенной теплоты парообразования в зависимости от приведенной плотности, энтропии и поверхностного натяжения для чистых фреонов. Для выбора масштабов приведения используется принцип минимальности характеристических функций. Масштабы приведения считаются на линии насыщения жидкости рассматриваемых веществ. При наличии уравнения состояния масштабом приведения для искомых свойств и переменных принимаются параметры критического состояния. В качестве переменных при исследовании свойств веществ используются приведенные величины плотности, энтропии и поверхностного натяжения. По предполагаемой теории исследуемые свойства не зависят от внешних воздействий. Для нахождения устойчивого перехода из жидкости в пар исследуется поведение характеристической функции свободной энергии. В исследуемых зависимостях имеется максимум работы расширения при определенной температуре Tm. И в соответствии с принципом минимальности характеристических функций этот процесс устойчив, поэтому параметры этого процесса выбраны в качестве масштабного состояния. Показана взаимосвязь разностей этих термодинамических свойств на линии насыщения при фазовом переходе жидкость-пар, что дает возможность расчетным путем определить одни свойства через другие.

В данной работе для оценки возможности разделения экстрактивной ректификацией трехкомпонентных смесей, содержащих биазеотропные составляющие, проведен анализ взаимного расположения ряда изомногообразий в концентрационных тетраэдрах, образованных компонентами разделяемой смеси и дополнительным веществом - экстрактивным агентом. Объектами исследования выступают четырехкомпонентные системы, образованные тройными составляющими (бутилпропионат (БП) - пропионовая кислота (ПК) - бутилбутират (ББ); бутилпропионат - пропионовая кислота - масляная кислота (МК); бутилбутират - масляная кислота - бутилпропионат; бутилбутират - масляная кислота - пропионовая кислота) системы БП-ПК-ББ-МК, имеющей промышленное значение, и экстрактивным агентом сульфоланом. В результате проведения вычислительного эксперимента с использованием математической модели NRTL-HOC получены данные о парожидкостном равновесии в бинарных, трех- и четырехкомпонентных системах, а также структуры фазовых диаграмм жидкость-пар и проведен термодинамико-топологический анализ фазовых диаграмм четырехкомпонентных систем. Определено взаимное расположение в концентрационных тетраэдрах многообразий единичной относительной летучести компонентов, отражающих эволюцию псевдоазеотропов в сечениях с постоянной концентрацией экстрактивного агента; псевдоидеальных многообразий, вдоль которых коэффициенты активности компонентов базовой (разделяемой) смеси равны друг другу; изотермо-изобарических многообразий, порождаемых точками Банктрофта в бинарных азеотропных составляющих. Установлено, что существует возможность разделения исследуемых трехкомпонентных смесей экстрактивной ректификацией с использованием сульфолана.

Рассмотрены перспективы использования тепловых насосов при разделении смесей пу- тем сочетания различных массообменных процессов, проведение которых связано с под- водом и отводом тепловой энергии. При этом теплота, выделяющаяся на одних стадиях, может быть успешно использована на других стадиях разделения. При использовании тепловых насосов появляется возможность изменять температурные потенциалы тепловых потоков, что в значительной мере повышает эффективность рекуперативного теплообмена. Если при проведении массообменных процессов образуется паровая фаза, то она может быть использована в качестве рабочего тела теплового насоса открытого типа. Если массообменные процессы проводятся без образования паровых фаз, то следует применять тепловые насосы закрытого типа, в контуре которых циркулируют различные промежуточные теплоносители. Кратко рассмотрены особенности разделения смесей путем сочетания процессов фракционной кристаллизации с выпариванием, растворением, фракционным плавлением, дистилляцией и ректификацией с использованием компрессорных тепловых насосов открытого и закрытого типа. Для оценки энергетической эффективности различных вариантов комбинированных процессов и их сравнения с традиционным разделением предлагается использовать относительный расход условного топлива, что позволяет учитывать различную стоимость тепловой и электрической энергии, необходимой для проведения рассматриваемых процессов. Произведено сопоставление между собой различных вариантов организации комбинированного разделения. При этом установлено, что их энергетическая эффективность существенно зависит от состава исходной смеси, требований к продуктам разделения, а также от положения эвтектической точки на диаграммах «жидкость - твердая фаза». Показано, что использование тепловых насосов позволяет в несколько раз снизить энергетические затраты, а также расход хладагентов на проведение комбинированного разделения.

Разработка и совершенствование промышленных технологий, основанных на использовании принципа совмещения реакционных и массообменных процессов, является актуальной задачей. Связано это с их преимуществом по сравнению с традиционным последовательным способом осуществления химического превращения и разделения образовавшейся реакционной смеси. В реакционно-ректификационных процессах благодаря непрерывному отводу из реакционной зоны образовавшихся продуктов повышаются конверсия процесса, скорость реакции и селективность. Помимо этого, капитальные и энергетические затраты в таких процессах значительно снижены из-за сокращения или даже полного отсутствия в них внешних рециклов. Современным методом разработки реакционно-ректификационных процессов является анализ статики, позволяющий выделить предельные стационарные состояния, соответствующие максимальному выходу целевого продукта. Существенным недостатком, ограничивающим возможность использования данного метода для решения практических задач, является рассмотрение в его рамках единственной химической реакции. В то же самое время, при переходе к реальным процессам это ограничение, как правило, нарушается. В статье предложен ряд оригинальных подходов, оформленных в виде алгоритма, которые позволяют распространить анализ статики на реакционно-ректификационные процессы с неограниченным числом компонентов, образующих реакционную смесь, и неограниченным множеством протекающих между ними химических реакций. На базе данного алгоритма в среде SciLab разработана программа ChIM, позволяющая выделять множества предельных стационарных состояний совмещенного процесса, характеризующихся максимальными величинами конверсии реагентов, селективностью и выходом целевого продукта. Порядок использования программы ChIM проиллюстрирован на примере промышленного процесса получения окиси мезитила из ацетона. Расчетные исследования, проведенные с помощью программного комплекса Aspen Plus, доказали возможность практической реализации предсказанного ChIM предельного стационарного состояния, обеспечивающего максимальный выход окиси мезитила.

Исследованы температурные зависимости проводимости на постоянном и переменном токе (частота 1 кГц) тонких пленок полихлоропрена, сформированных из раствора четыреххлористого углерода на металлических электродах, имеющих различную полярность: аноде, катоде и при нулевом потенциале. Установлено, что в зависимости от метода формирования пленки исследованного полимера изменяется характер и вид температурной зависимости проводимости, что объясняется изменением механизма переноса заряда. Обнаружены температурные области максимальной проводимости. Показано, что реализация цикла нагрева с последующим охлаждением пленки в ограниченной области между электродами под действием переменного электрического поля приводит к увеличению удельной проводимости и смещению экстремальных значений в область более низких температур. В наибольшей степени этот эффект проявляется для пленок, сформированных на катоде. Процесс нагрева с последующим охлаждением носит гистерезисный характер и для удельной проводимости, и для тангенса угла диэлектрических потерь. Зависимость тангенса угла диэлектрических потерь от удельной проводимости в достаточно широкой температурной области измерений имеет обратно пропорциональный характер. В процессе анализа температурных зависимостей исследован механизм проводимости для тонких пленок полихлоропрена на постоянном и переменном токе. Найденные энергии активации процесса изменения проводимости полимерной системы дают основание заключить, что при постоянном и переменном токе механизмы электрической проводимости имеют близкий характер. Возникновение экстремальных значений величин удельной проводимости можно связать со структурными перестройками в процессе нагревания, что подтверждают данные по температурной зависимости тангенса угла диэлектрических потерь. Для объяснения проводимости на постоянном токе предложена модель дипольных ловушек.