Природное происхождение и склонность к деградации при хранении гидроксикоричных кислот, широко используемых в фармацевтической и пищевой промышленности, обуславливают необходимость контроля их качества, в частности, определение примесей и продуктов деградации. Рассмотрены возможности газовой хромато-масс-спектрометрии (ГХ-МС) для анализа чистых образцов кофейной и хлорогеновой кислот для обнаружения примесей различной природы. Показано, что ГХ-МС-анализ кислот без дериватизации невозможен ввиду высокой полярности и термической нестабильности исследуемых соединений, что приводит к их разложению в условиях хроматографирования. Для повышения летучести и термостабильности проведена дериватизация с использованием N,O-бис(триметилсилил)трифторацетамида в присутствии триметилхлорсилана, что позволило повысить чувствительность метода. Анализ масс-спектров дериватизированных образцов с применением библиотечного поиска выявил присутствие различных производных коричной кислоты, а также неидентифицированного пика, предположительно соответствующего триметилсилильному производному тригидроксикоричной кислоты. Полученные результаты демонстрируют эффективность метода ГХ-МС с предварительной дериватизацией для анализа чистых гидроксикоричных кислот и подтверждают целесообразность его применения для контроля качества и изучения стабильности подобных соединений.

Для контроля выведения бета-адреностимуляторов, применяемых в целях ускорения роста мышечной массы в животноводстве, разработана методика хромато-масс-спектрометрического определения 20 соединений данного ряда в моче и крови, а также 12 соединений в образцах шерсти крупного рогатого скота (КРС). Пробоподготовка образцов мочи КРС включает ферментативный гидролиз в среде фосфатного буферного раствора и очистку методом твердофазной экстракции на сорбенте Copure C8/SCX. Из образцов крови определяемые соединения извлекали ацетонитрилом в присутствии уксусной кислоты; проводили высаливание и дисперсионную очистку экстракта, используя C₁₈ и оксид алюминия. Образцы шерсти подвергали щелочному гидролизу, определяемые соединения извлекали метил-трет-бутиловым эфиром с последующим переведением в ацетонитрил и проводили дисперсионную очистку экстракта. Общие потери бета-адреностимуляторов в процессе пробоподготовки образцов крови составляли 27 – 85 %, образцов мочи — 2 – 80 % в зависимости от аналита. Хроматографическое разделение осуществляли в градиентном режиме на колонке ACQUITY UPLC HSS C₁₈, детектирование проводили в режиме мониторинга выбранных реакций с регистрацией не менее двух ионов-продуктов для каждого определяемого соединения. Диапазоны определяемых содержаний бета-адреностимуляторов в моче составили от 0,25 до 20,0 мкг/кг, в крови — от 0,1 до 10,0 мкг/кг, в шерсти — от 0,5 до 20,0 мкг/кг в зависимости от аналита. Значения относительной расширенной неопределенности при анализе мочи и крови находятся в диапазоне от 9 до 25 %, шерсти — от 9 до 30 %.

Разработана методика определения 18 полициклических ароматических углеводородов (ПАУ) в почвах и донных отложениях, сочетающая технику QuEChERS извлечения аналитов с последующим определением методом ВЭЖХ с флуориметрическим и диодно-матричным детектированием. Пределы определения аналитов составили 0,015 – 1,0 мкг/кг при степенях извлечения 80 – 100 %. Относительные стандартные отклонения повторяемости и воспроизводимости методики определения ПАУ изменялись в пределах 1,5 – 10 и 2,3 – 12 % соответственно. Метрологические характеристики предложенной методики сравнили с соответствующими значениями для определения ПАУ методом газовой хромато-масс-спектрометрии (ГХ-МС) также в сочетании с техникой QuEChERS: пределы определения ряда ПАУ удалось снизить на два порядка величины. Оптимизированная схема определения ПАУ в почвах апробирована при анализе образцов песка, отобранных на побережье Черного моря после аварийного затопления танкеров с мазутом: были идентифицированы ПАУ различной молекулярной массы, среди легких преобладали 2-метилнафталин, фенантрен, флуорантен и пирен; тяжелых — трифенилен, хризен и бенз[b]флуорантен. Суммарное содержание ПАУ в образцах песка составило не более 10 мкг/кг, что близко к уровню фонового загрязнения.

Исследована возможность определения формы нахождения тантала и ниобия в различных соединениях (металлические Ta и Nb, TaH, NbH, Ta₂O₅, Nb₂O₅) с помощью отношения интенсивностей линий характеристического рентгеновского излучения (ХРИ) этих элементов. Эксперимент проведен c использованием серийного рентгенофлуоресцентного спектрометра со средним разрешением «Спектроскан Макс-GVM». Для расчета относительной интегральной интенсивности использовали линии L-серии тантала в диапазоне 1000 – 1450 мÅ и L-серии ниобия (5000 – 5400 мÅ). Поскольку различия в соотношении интенсивностей линий ХРИ для разных форм нахождения элементов невелики, особое внимание было уделено обработке спектров для выделения сглаженных интенсивностей линий в выбранных спектральных диапазонах. Предложенный подход позволяет различить все три соединения Ta по интенсивности контура линии TaLβ_5,7 после обработки спектра и нормировки на интенсивность линии TaLβ₁. В случае ниобия удалось отличить оксид от чистого металла и его гидрида по отношению интенсивностей линий NbLγ₁ и NbLβ_3,4. Отличить металл от его гидрида таким способом не удалось. Предлагаемый режим регистрации спектров совместим с используемым в стандартной схеме рентгенофлуоресцентного анализа, что в принципе позволяет определять элементный состав и форму нахождения аналитов в одном эксперименте.

В настоящее время растет потребность в экологическом мониторинге и промышленной безопасности, а, соответственно, и в экономичных, селективных и стабильных сенсорных системах, способных оперативно детектировать даже низкие концентрации токсичных компонентов. В работе представлены результаты исследования тонкопленочных сенсорных материалов на основе биополимерных матриц из полисахаридов, модифицированных наночастицами AgI. Материалы предназначены для высокочувствительного определения аммиака в воздушной среде. Анализировали взаимосвязь между структурно-морфологическими характеристиками композитных пленок, содержащих наночастицы AgI, и их функциональными сенсорными свойствами по отношению к парам аммиака. Особое внимание уделяли изучению механизмов сенсорного отклика и влиянию морфологии поверхности на чувствительность материала. Методами атомно-силовой микроскопии и электрофизическими измерениями установлено, что введение наночастиц AgI приводит к значительной модификации поверхности пленок — формированию развитого рельефа с агломератами наночастиц (размер 50 – 200 нм), пористой структурой и увеличенной удельной поверхностью (шероховатость возрастает в 3 – 5 раз). Показано, что такие морфологические изменения существенно повышают чувствительность материала к аммиаку вследствие увеличения площади активных центров адсорбции. Детектирование аммиака происходит благодаря обратимой реакции комплексообразования между ионами Ag⁺ и молекулами NH₃, что приводит к изменению проводимости композита. Установлены высокие динамические характеристики сенсора (время отклика не превышает 8 с при концентрации NH₃ 50 ppm, а время восстановления составляет около 30 с). Кроме того, разработанные материалы обладают селективностью к аммиаку при наличии потенциальных интерферентов (CO₂, H₂O, летучих органических соединений). Полученные результаты могут быть использованы при создании нового поколения газовых сенсоров.

Для количественного исследования поглощения рентгеновского излучения в диапазоне длин волн от единиц до десятых долей ангстрема (приблизительно соответствует энергиям от 5 до 50 кэВ) и калибровки энергетической шкалы детекторов рентгеновских лучей необходимо иметь источник монохроматичного излучения. В работе представлены результаты исследования характеристик созданного монохроматора рентгеновского излучения в широком диапазоне энергий. Принцип работы прибора основан на использовании явления дифракции рентгеновского излучения. В качестве дифрагирующего элемента использовали кристалл пиролитического графита. При его повороте на заданный угол происходит выделение монохроматичного излучения из тормозного спектра рентгеновской трубки. Установлено, что с помощью прибора можно получать монохроматичный рентгеновский пучок с энергией в диапазоне 15 – 100 кэВ и монохроматичностью на уровне 1,5 – 9 % (соответствует требованиям к точности энергетической калибровки детекторов). Кроме того, показано, что для генерации регулируемого монохроматичного излучения возможно применение доступных лабораторных компонентов. Полученные результаты и предложенный подход могут быть использованы при дефектоскопии, томографии и других задачах, требующих спектрально селективного рентгеновского анализа.

Интерметаллидные железоалюминиевые сплавы применяют преимущественно в качестве стойких к износу и коррозии покрытий, предназначенных для эксплуатации в химически агрессивных средах или при повышенных температурах. Вместе с тем сплавы характеризуются хрупкостью при нормальных температурах, неравномерностью структуры и свойств зоны контакта интерметаллидного материала с основой. В работе представлены результаты исследования свойств экспериментальных железоалюминиевых сплавов. Анализировали влияние исходного состава термитных шихт на параметры процесса алюмотермического переплава, свойства литых образцов и их напряженно-деформированное состояние при одноосном нагружении. Определены способы травления микрошлифов сплавов в зависимости от содержания в них алюминия, составляющего 7,35 – 58,5 % масс. Установлено, что образцы, полученные из термитных шихт с содержанием активного алюминия до 45 % масс., обладают высоким сопротивлением сжимающим нагрузкам. Полученные результаты могут быть использованы при решении задач переработки техногенных образований (окалин, стружки цветных металлов и др.) и формирования из них функциональных поверхностей и литых изделий с сохранением эксплуатационных характеристик в нормальных условиях.

В связи с усложнением строительных конструкций, повышением уровня и вариативности их нагружений задача определения точных значений деформаций в них является актуальной. В материалах конструкций деформации неразрывно связаны с напряжениями, от уровня которых зависит прочность и безопасность эксплуатируемых зданий и сооружений. Процессы развития деформаций достаточно сложны и зависят от многих факторов, при этом для их регистрации при испытаниях строительных конструкций чаще используют один из известных методов, каждый из которых имеет свои преимущества и недостатки. Для получения более полной картины процессов развития деформаций и трещин в железобетонном элементе представляется перспективным совместное применение этих методов. Цель работы — повышение прочности и надежности железобетонных элементов путем комплексного анализа развития процессов деформирования и трещинообразования с использованием методов электротензометрии, корреляции цифровых изображений и регистрации тепловых выделений. Разработана методика комплексного экспериментального анализа и проведены пробные испытания железобетонного образца на растяжение с получением данных о деформациях тремя методами — с использованием тепловизора, системы Vic-3D и тензорезисторов. Представлены полученные опытные данные и проведен их комплексный сопоставительный анализ. Отмечены преимущества и недостатки предлагаемого подхода. Намечены дальнейшие пути развития предложенной методики.

К важным прочностным характеристикам волокнистых композитов с полимерной матрицей относится их сопротивление расслоению и расщеплению, которое традиционно определяют при изгибе коротких балок (в терминах межслойной сдвиговой прочности) или образцов с искусственными расслоениями (в терминах критической скорости высвобождения энергии, или удельной работы расслоения). Реализация этих методик сопряжена с известными сложностями интерпретации и сопоставления результатов. В данной работе предложен метод определения критического значения коэффициента интенсивности напряжений при возникновении трещины расслоения около вершины поперечного слоям надреза, который позволяет: сравнить трещиностойкость различных композитов и металлов; оценить потенциальную прочность однонаправленных волокнистых композитов при разрушении по механизму множественного расщепления; сформулировать требования «равнопрочности» по условию одновременного возникновения разных видов разрушения. Приведены экспериментальные результаты по сопротивлению расслоению композитов с различными схемами армирования в терминах критического коэффициента интенсивности напряжений при повороте трещины. Полученные результаты сопоставлены с межслойной прочностью материала.

Долговременная и безопасная эксплуатация сложных механизмов и агрегатов требует своевременной диагностики узлов трения. В работе представлены результаты определения момента трения в самосмазывающихся подшипниках скольжения по температурным данным. Исследовали систему подшипников скольжения из полимерного композиционного материала, на которые опирается вращающийся вал. Приведена математическая модель теплового процесса в рассматриваемой системе, учитывающая пространственное распределение температуры и его изменение во времени. Температуру фиксировали термопарами в нескольких точках каждого подшипника. Момент трения определяли по фрикционному теплообразованию с использованием решения обратной задачи теплообмена (условие — близость измеренных и расчетных температур). Температурные данные с погрешностями измерений статистически обрабатывали. Уточнение решения обратной задачи прекращали при сходимости последовательных приближений. Для обеспечения непрерывной обработки данных и определения момента трения при длительных испытаниях обратную задачу теплообмена решали на последовательных коротких интервалах времени, затем полученные решения «склеивали». Показано, что расхождение значений суммарного момента силы трения, полученных расчетом по температурным данным и измерением индуктивным датчиком, не превышает 15 %. Предложенный метод тепловой диагностики трения может быть использован для определения моментов трения в самосмазывающихся подшипниках скольжения в условиях стендовых и эксплуатационных испытаний узлов трения машин и механизмов, а также для повышения достоверности диагностики технического состояния подшипников.

При планировании статистических исследований часто возникает задача определения необходимого объема выборки. Правила нахождения необходимого объема выборки достаточно широко обсуждаются в работах специалистов фундаментальной и прикладной науки, техники, экономики и управления, медицины, социологии и др. Однако обычно рассматривают лишь частные постановки задачи, приводят без обоснования те или иные рецепты расчета необходимого объема выборки, причем зачастую ошибочные. В данной работе строго сформулированы методы расчета необходимого объема выборки, разработанные к настоящему времени, а также обоснованы соответствующие алгоритмы с позиций современной прикладной математической статистики. Рассмотрены четыре подхода. В первом из них объем выборки определяется имеющимися ресурсами (материальными, финансовыми, кадровыми и др.), которые можно использовать для получения элементов выборки (проведения измерений, наблюдений, анализов, опытов, испытаний, обследований). Во втором подходе рассматриваются задачи оценивания теоретических характеристик случайной величины. Необходимый объем выборки определяют по заданной точности оценивания, под которой понимают полуширину доверительного интервала. Третий подход основан на теории проверки статистических гипотез. Речь идет о выборе между нулевой и альтернативной гипотезами исходя из уровня значимости и мощности критерия. Подробно рассмотрены односторонние альтернативы. Четвертый подход разработан в рамках статистики интервальных данных. Он базируется на принципе уравнивания статистических и метрологических погрешностей. По известной точности исходных измерений определяют рациональный объем выборки, который и является с рассматриваемой точки зрения необходимым. Как базовые примеры рассмотрены правила расчета необходимого объема выборки при изучении значений вероятностей и математических ожиданий. В качестве основы математического аппарата использованы предельные теоремы теории вероятностей и математической статистики. В дальнейших исследованиях целесообразно изучить скорость сходимости в полученных асимптотических выражениях, рассмотреть конечные объемы выборок.