Основные моменты

- Анализ токсичных химикатов и их производных, проводимый в рамках Конвенции о запрещении химического оружия, а также различных экспертиз в войсках радиационной, химической и биологической защиты, показал необходимость использования модифицирующих реагентов для однозначного определения и идентификации внесенных веществ различных классов.

- Синтезированы 42 бензиловых эфира О-алкилметилфосфоновых кислот, включая 4-трифторметил-2,3,5,6тетрафторбензиловые, пентафторбензиловые и 4-бромбензиловые производные.

- При исследовании кинетики реакций бензилирования было установлено, что 4-трифторметил-2,3,5,6тетрафторбензилбромид обладает наибольшей реакционной способностью в реакциях бензилирования.

Актуальность. В современных условиях увеличилась опасность применения известных и доступных для производства токсичных химикатов (далее ТХ) в диверсионных целях и в зонах военных конфликтов, что заставляет обеспечивать оперативность и тщательность проведения химико-аналитического контроля (ХАК).

Цель работы изучить особенности получения замещенных бензиловых эфиров О-алкилметилфосфоновых кислот, кинетики реакций бензилбромидов с метиловым, этиловым, изопропиловым, бутиловым, изобутиловым, циклогексиловым, пинаколиновым эфирами метилфосфоновой кислоты.

Задачи работы:

- синтез бензиловых эфиров О-алкилметилфосфоновых кислот;

- оценка алкилирующей активности бензилбромидов в реакциях с метиловым, этиловым, изопропиловым, бутиловым, изобутиловым, циклогексиловым, пинаколиновым эфирами метилфосфоновой кислоты;

- определение наиболее эффективных алкилирующих реагентов для дериватизации.

Материалы и методы. Препаративные методы синтеза; методы ЯМР-спектроскопии.

Результаты. Синтезировано 42 О-бензилалкилметилфосфоновые кислоты; определены наиболее предпочтительный бензилбромид как алкилирующий агент для О-алкилметилфосфоновых кислот 4-трифторметил-2,3,5,6-тетрафторбензилбромид, а также эфир, который проявляет наибольшую реакционную способность с бензилирующими агентами изобутиловый эфир метилфосфоновой кислоты.

Выводы. Синтезированы полифторбензиловые эфиры О-алкилметилфосфоновых кислот; исследована алкилирующая активность бензилбромидов в реакциях с метиловым, этиловым, изопропиловым, бутиловым, изобутиловым, циклогексиловым, пинаколиновым эфирами метилфосфоновой кислоты; определены наиболее эффективные алкилирующие реагенты для дериватизации.

Практическая значимость исследования. Полученные соединения могут быть предложены в качестве образцов сравнения производных метилфосфоновой кислоты при проведении химико-аналитического контроля, а их синтез позволит создать базу ЯМР-спектров и масс-спектров для газовой и жидкостной хроматографии, что обеспечит высокую достоверность и оперативность выполняемых аналитических задач.

Основные моменты

- Использование внутреннего стандарта (ВС) является перспективным для разработки методик количественного газохроматографического (ГХ) определения токсичных химикатов (ТХ).

- Предложен количественный критерий оценки пригодности ВС.

Актуальность. Без сведений о концентрации ТХ невозможно оценить уровень химического заражения, спланировать мероприятия по ликвидации его последствий, оценить риски негативного воздействия опасных химических факторов на население и окружающую среду.

Цель работы предложить и обосновать критерий оценки пригодности внутренних стандартов для количественного газохроматографического определения токсичных химикатов.

Материалы и методы. Объекты исследования α-хлорацетофенон (модельный токсичный химикат), а также пять потенциальных внутренних стандартов (н-декан, м-нитротолуол, дифенил, тринитротолуол, метилстеарат), отличающихся от определяемого вещества меньшей токсичностью и доступностью. Растворы готовили в хлористом метилене в диапазоне концентраций 0,1–2000 мкг/см[3] . Анализ проводили методом газовой хроматографии с пламенно-ионизационным детектором на приборе Agilent Technologies 6890N, капиллярная колонка HP 5MS. Для каждого вещества построены градуировочные зависимости, рассчитаны тангенсы углов наклона, проведена оценка их близости. Статистическую обработку результатов (выявление промахов по критерию Смирнова–Граббса) выполняли для обоснования количественного критерия пригодности внутренних стандартов.

Результаты. На основе экспериментальных данных получены градуировочные зависимости определяемого ТХ и веществ потенциальных ВС. С применением статистической обработки результатов обоснован количественный критерий оценки пригодности ВС для количественного ГХ определения ТХ и рассчитаны значения относительных градуировочных коэффициентов ТХ по ВС. На примере α-хлорацетофенона показана возможность применения тангенса угла наклона графика градуировочной зависимости ВС и близости его значения тангенсу угла наклона графика градуировочной зависимости определяемого веществ в качестве количественного критерия, определяющего пригодность вещества для использования в качестве ВС.

Выводы. Предложен количественный критерий, позволяющий оценить применимость внутренних стандартов, выбранных из доступных веществ с существенно меньшей токсичностью, чем у определяемых токсичных химикатов, для количественного газохроматографического определения ТХ.

Практическая значимость работы. Предлагаемый критерий позволяет математически подтвердить правильность выбора ВС и упростить разработку методик количественного ГХ определения с низкими значениями погрешностей. Полученные результаты могут быть использованы в лабораториях, работающих с физиологически активными веществами.

Основные моменты

- Разработана пропитка для фильтрующих материалов, увеличивающая время защитного действия (ВЗД) респиратора от радиоактивного йода в 15,9 раза.

- Технология основана на доступных компонентах (тиосульфат натрия, глицерин, хлоргексидин), что обеспечивает многократно более низкую стоимость по сравнению с существующими аналогами.

Актуальность. При авариях на АЭС (Чернобыль, Фукусима) выброс радиоактивного йода-131 ([131] I) создает критическую угрозу для здоровья из-за быстрого поступления через дыхательные пути. Существующие средства индивидуальной защиты органов дыхания (СИЗОД) имеют недостаточную эффективность против органических соединений йода и высокую стоимость, что ограничивает возможность их массового применения.

Цель работы разработка и экспериментальное обоснование комплекса средств повышения эффективности защиты органов дыхания от радиоактивного йода и его летучих органических соединений (CH3I, C2H5I), образующихся при авариях на атомных электростанциях.

Материалы и методы. Исследованы сорбционные элементы из пенополиуретана марок ST-1832 и ST-2238. Пропитки готовили на основе водных растворов тиосульфата натрия (0–50 %), глицерина и 0,05 % раствора хлоргексидина. Композицию наносили распылителем триггерного типа (расход 0,15 мл/см[2] ). Испытания проводили на специально разработанной установке при температуре 20±1 °C, концентрации паров йода 4,16 г/м[3] , расходе воздуха 15±0,3 л/мин. Время защитного действия фиксировали по появлению синего окрашивания в крахмальном индикаторе. Каждый эксперимент повторен не менее 6 раз. Статистическую обработку (проверка на промахи по критерию Смирнова–Граббса, линейная регрессия) выполняли в MS Excel.

Результаты. Разработаны:

- многокомпонентная пропитка (тиосульфат натрия 50 %, глицерин, 0,05 % раствор хлоргексидина в равных объемах), увеличивающая ВЗД пенополиуретана ST 1832 с 7,6±0,4 до 77,8±3,9 мин (в 10,2 раза);

- экспериментальная установка для определения ВЗД фильтрующих материалов;

- сменный фильтрующий элемент из пенополиуретана с модульной конструкцией;

- технология равномерного нанесения пропитки и модификации серийных респираторов (на примере 3М).

Для образца ST-2238 с пропиткой 50 % раствором тиосульфата натрия в составе респиратора 3М ВЗД достигло 120,7±6,0 мин, емкость по I2 7531,7±376,6 мг, что в 15,9 раза превышает показатель стандартного респиратора Р-2. Установлена линейная зависимость ВЗД от концентрации тиосульфата натрия (R[2] =0,98). Поданы 4 заявки на изобретение и 4 заявки на полезную модель.

Вывод. Созданные технические решения обеспечивают увеличение времени защитного действия в 15,9 раза, используют доступные компоненты, не требуют сложного оборудования и пригодны для массового применения при формировании стратегических запасов и оснащении ликвидаторов последствий радиационных аварий.

Практическая значимость работы. Полученные результаты позволяют существенно повысить эффективность и доступность СИЗОД от радиоактивного йода для оснащения личного состава, задействованного в ликвидации последствий радиационных аварий.

Основные моменты

- Предложена концепция детектора биологических аэрозолей на основе молекулярного переключателя проводимости ДНК, обеспечивающего видовую идентификацию бактериальных и вирусных агентов за ≤1 мин без лабораторного подтверждения, с чувствительностью до одной молекулы нуклеиновой кислоты.

- Обоснована конструкция сухого MEMS-импактора с аэродинамической фокусировкой (диаметр сопла 0,3 мм, расход 2–3 л/мин), обеспечивающая доставку частиц к сенсору за <10 с и эффективность сбора >80 % для частиц размером 1–10 мкм.

- Обоснована трехуровневая тактическая архитектура роевой биологической разведки на базе БПЛА VTOL (LIF-триггер → ИИ-аналитика → ДНК-сенсор) с использованием Edge AI для фильтрации ложных срабатываний, защищенных радиоканалов (LoRa, 5G NR-U) и спутниковой навигации (GPS/ГЛОНАСС).

- Показано, что ключевые технические решения (включая конструкцию импактора, архитектуру БПЛА и способы пробоотбора) защищены не менее чем 6 российскими патентами, что подтверждает технологическую реализуемость концепции.

- Предлагаемый подход обеспечивает переход от неспецифической индикации к прямой электрохимической идентификации нуклеиновых кислот патогенов, устраняя главный недостаток существующих систем ВБР невозможность подтверждения вида агента без лабораторного анализа.

Актуальность. Существующие приборы войсковой биологической разведки (семейство АСП, детекторы на основе УФ-лазерно-индуцированной флуоресценции) и лабораторные методы (ПЦР, ИФА) не обеспечивают видовой идентификации биологических поражающих агентов (БПА) в реальном времени, достаточном для одевания средств индивидуальной защиты. Технологический предел в разработке таких средств уже достигнут.

Цель исследования разработать концепцию детектора биологических аэрозолей для систем войсковой биологической разведки на основе молекулярного переключателя проводимости ДНК, с возможностью интеграции в беспилотные летательные аппараты, машины РХБ-разведки и автоматизированные системы управления войсками.

Материалы и методы. Системный анализ научно-технической и патентной информации (2020–2026 гг.) с использованием баз IEEE Xplore, Nature Communications, Physics Letters A, Biosensors & Bioelectronics, патентных документов России, США и ВОИС. Применены методы контент-анализа, структурно-функционального синтеза и расчетные оценки параметров импактора.

Результаты. Обоснован электрохимический принцип детекции биологических аэрозолей на основе молекулярного переключателя проводимости ДНК (чувствительность до одной молекулы, время отклика ≤1 мин). Предложена конструкция сухого MEMS-импактора с аэродинамической фокусировкой, обеспечивающая доставку частиц к сенсору за <10 с и эффективность сбора >80 % для частиц 1–10 мкм при диаметре сопла 0,3 мм. Разработана тактическая архитектура роевой биологической разведки на базе БПЛА вертикального взлета и посадки (VTOL), включающая трехуровневую схему (LIF-триггер → ИИ-аналитика → ДНК-сенсор), Edge AI, защищенные радиоканалы (LoRa, 5G NR-U) и спутниковую навигацию (GPS/ГЛОНАСС). Показано, что ключевые технические решения защищены российскими патентами.

Выводы. Предлагаемая концепция преодолевает главный недостаток существующих систем РХБ-разведки неспособность к видовой идентификации биологического поражающего агента без лабораторного подтверждения, обеспечивая переход от неспецифической индикации к прямой электрохимической детекции нуклеиновых кислот с временем полного цикла ≤1 минуты.

Практическая значимость работы. Заключается в создании научно-технического задела для инициирования опытно-конструкторских работ по созданию полевых детекторов, интегрируемых в беспилотные авиационные системы, машины РХБ-разведки и стационарные посты.

Основные моменты

- Выведены аналитические соотношения (формулы (11) и (16)), связывающие параметры внешнего аэрозольного облака от мгновенного точечного источника с изменением концентрации химического вещества внутри объекта коллективной защиты.

- Впервые получены явные выражения для интегральной экспозиционной дозы CT, накопленной личным составом за время пребывания в укрытии, с учетом производительности фильтровентиляционной установки и коэффициента проскока.

Актуальность. Существующий метод осреднения не учитывает динамику поступления заражённого воздуха и дает заниженную оценку риска поражения.

Цель работы вывод аналитических соотношений для расчета массопереноса аэрозоля из внешней атмосферы во внутренний объем ОКЗ при мгновенном точечном источнике.

Источниковая база. Открытые публикации по рассеянию примесей, теории поражающего действия химического оружия и расчету фильтровентиляционных систем.

Метод. Аналитическое решение дифференциального уравнения баланса массы с переменной внешней концентрацией (гауссова модель).

Обсуждение. Традиционный подход ограничивается осреднением концентрации по времени, игнорируя реальный закон изменения C вн (t) внутри укрытия. Предложенная методология в отличие от него:

• дает явные выражения для C вн (t) (формула (11)) и CT (формула (16)), включающие функции ошибок erf и экспоненты;
• учитывает все ключевые параметры: объем укрытия V , производительность фильтровентиляции Q , коэффициент проскока K пр, мощность источника Q Т, скорость ветра u , параметр σ x;
• позволяет оценить не только среднюю, но и пиковую нагрузку на личный состав, что критически важно при кратковременных аэрозольных выбросах.

Практическая апробация с численными расчетами запланирована в последующих работах.

Вывод. Полученные соотношения закладывают теоретическую основу для создания более точной (по сравнению с осредненной) методики оценки химической защищенности ОКЗ.

Практическая значимость работы. Методология применима к мгновенному точечному источнику и распространена на другие типы (линейный, площадной), что расширяет ее использование при анализе последствий химических ударов.