Регистрация / Вход
Прислать материал

14.575.21.0106

Аннотация скачать
Постер скачать
Общие сведения
Номер
14.575.21.0106
Тематическое направление
Рациональное природопользование
Исполнитель проекта
федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Самарский национальный исследовательский университет имени академика С.П. Королева"
Название доклада
Микрофлюидные системы для эколого-аналитического контроля атмосферного воздуха и промышленных выбросов
Докладчик
Платонов Игорь Артемьевич
Тезисы доклада
Цели и задачи исследования
Цель проекта - исследование и разработка комплекса научно-технических решений, направленных на создание микрофлюидных систем для эколого-аналитического контроля атмосферного воздуха и промышленных выбросов
Разрабатываемая технология создания микрофлюидных систем решает задачи миниатюризации, гибридизации и автоматизации аналитического приборостроения. В результате реализации проекта будет создан конкурентоспособный инновационный продукт, не имеющих аналогов в РФ и отвечающий требованиям мировых стандартов, способный обеспечивать проведение экологического мониторинга в русле современных подходов и мировых тенденций.
Актуальность и новизна исследования
Интеграция России в мировое экономическое пространство, интенсивное развитие промышленности и таких приоритетных направлений, как мониторинг окружающей среды, системы жизнеобеспечения и защиты человека, экология и рациональное природопользование требуют ускорения развития передовых производственных и аналитических технологий, реализация которых неосуществима без надежного аналитического контроля производственных процессов и определения загрязнителей в окружающей среде. Эффективность регулирования и контроля уровня загрязнения воздушных сред зависит от эффективности системы мониторинга объектов окружающей среды. Существующая система мониторинга окружающей среды предполагает многостадийность процесса, который включает в себя отбор пробы, транспортировку, пробоподготовку и концентрирование, непосредственный анализ, суммарная погрешность анализа при этом может достигать 90%. В связи с чем очевидна необходимость разработки системы непрерывного дистанционного on-line мониторинга, введение которой позволило бы автоматизировать процесс эколого-аналитических измерений, осуществлять измерения в динамическом режиме, исключая возможность фальсификации. Данный проект направлен на разработку научно-технических решений, которые позволят создать аналитические приборы нового поколения, позволяющих осуществлять экспрессный on-line анализ в как в лабораторных, так и внелабораторных условиях, что особенно актуально для принятия оперативных мер по охране окружающей среды и предотвращению чрезвычайных ситуаций.
Описание исследования

Проект направлен на создание нового поколения аналитических приборов, основанных на достижениях МЭМС, микро- и нанофлюидных технологий, хроматографии и наноинженерии. Для решения поставленных задач привлекались подходы и методы из арсенала различных областей науки и техники: химии, физики, математики, микроэлектроники, вычислительной техники и т.д., поскольку только такой системный подход делает возможным создание «умных» приборов, объединяющих в себе передовые мировые технологии. Системообразующими при этом является принципы миниатюризации, гибридизации и автоматизации. МЭМС технологии предполагают интеграцию всех стадий аналитического цикла на микрочипе с разветвленной системой каналов, в которых должна осуществляться предварительная подготовка пробы, разделение и последующее детектирование. Характерным примером реализации МЭМС-технологий являются микрофлюидные системы (МФС) или Micro Fluidic Systems или Microfluidics (MFS), или «лаборатория на чипе» (LOC, Lab-on-a-Chip).

Для создания микрорельефных конструкций на плоскости использовали методы лазерной абляции и лазерного микроструктурирования, литографии, фрезерования, химического травления и др. Для заполнения полученных микроканалов использовали нанопористые полимерные материалы и наночастицы адсорбентов. Аналитический контроль процессов получения наноразмерных сорбционных материалов и исследование полученных микроколонок проводился методами растровой электронной микроскопии, газовой и жидкостной хроматографии с использованием как современного  хроматографического оборудования, так и оригинальных устройств и блоков,  разработанных на базе Самарского университета.

На основании проведенных исследований разработаны конструкции и изготовлены микродозаторы газовых проб, хроматографические микроколонки на плоских пластинах, термоэлементы микрофлюидных систем, а также  проведена адаптация термокаталитического детектора для использования  в составе микрофлюидной системы. Также изготовлены экспериментальные образцы микрофлюидных систем на основе микродозатора газовых проб, хроматографических микроколонок на плоских пластинах, термокаталитического детектора и термоэлементов и проведено их экспериментальное исследование.

Таким образом, комплексное использование  достижений газовой хроматографии и микрофлюидных систем создает основу для создания нового поколения портативных аналитических приборов для анализа газовых сред (атмосферного воздуха и промышленных выбросов), отличающихся:

– уменьшенными  габаритами,  что позволит использовать их как в стационарных лабораториях, так и во внелабораторных условиях;

–  повышенной  экспрессностью анализа, что будет способствовать оперативному принятию решений по предотвращению загрязнения окружающей среды;

–уменьшенными энерго- и   ресурсопотреблением;

– значительно сниженной стоимостью, и, как следствие, высокой доступностью оборудования.

Результаты исследования

1 Научно-технические  подходы создания микрофлюидных систем на основе микродозатора газовых проб, хроматографических микроколонок на плоских пластинах, термокаталитического детектора и  термоэлементов

2 Экспериментальные образцы  микрофлюидных систем на основе микродозатора газовых проб, хроматографических микроколонок на плоских пластинах, термокаталитического детектора и  термоэлементов

3 Массив данных аналитических, метрологических и эксплуатационных характеристик полученных экспериментальных образцов микрофлюидных систем

4 Предложения и рекомендации по использованию полученных научно-технических решений для эколого-аналитического контроля атмосферного воздуха и промышленных выбросов

5 Проект технического задания на проведения ОКР по теме: «Разработка конструкции портативных аналитических приборов для анализа газовых сред  на основе микрофлюидных систем»

Таким образом, разработанные в ходе проекта научно технические подходы позволят создать приборы нового поколения, которые за счет применения в их конструкции микрофлюидных и микро-электромеханических систем будут обладать по сравнению с конкурентами сниженными массой  и габаритами, более высокой экспрессностью, точность и чувствительностью анализа. 

Практическая значимость исследования
Потенциальными потребителями результатов проекта являются учреждения санэпиднадзора и экологического мониторинга, инспектирующие природоохранные организации, а также предприятия различных отраслей промышленности и химические производства, заинтересованные в обеспечении экологической безопасности собственной деятельности, предупреждения чрезвычайных ситуаций и загрязнений окружающей среды, что обусловливает социально-экономическую выгоду для Самарской области, как одного из наиболее активного участника нефтеперерабатывающего и химического сектора экономики. Характеристики аналитических приборов, создаваемый на основе микрофлюидных и микроэлектромеханических систем, позволят службам экологического мониторинга значительно сократить время на анализ исследуемых проб, а также повысить точность этих измерений за счет исключения из методики анализа этапов, связанных с транспортировкой и хранением проб.