В рамках проекта была разработана методика определения СВК 12 летучих органических соединений с использованием модифицированного пробоотборника в сочетании с ТФМЭ волокнами. Данный проотборник позволяет достичь высокой точности определения СВК токсичных и канцерогенных летучих органических соединений в атмосферном воздухе в сравнении с методом на основе стандартного лайнера. Дополнительно, были оптимизированы параметры метода получения новых ТФМЭ волокон на основе MOF-199: тип растворителя, продолжительность синтеза, тип соли металла, добавка модулятора, соотношение реагентов и коэффициент разбавления. Волокно на основе MOF-199 с толщиной 22 мкм было выбрано как оптимальное для количественного определения летучих органических соединений. Для разработки метода определения СВК были протестированы проотборники с различной длиной диффузионого пути (27-127 мм) и ТФМЭ волокна (85 мкм Кар/ПДМС, 65 мкм ПДМС/ДВБ, 22 мкм MOF-199, 1 см 50/30 мкм ДВБ/Кар/ПДМС, 100 мкм ПДМС и 2 см ДВБ/Кар/ПДМС). По результатам, выбраны следующие оптимальные параметры – длина диффузионного пути Z=67 мм и ТФМЭ волокно 85 мкм Кар/ПДМС, при которых была достигнута высокая точность определения СВК (75-115%) для 9 из 13 ЛОС. Экспериментальные данные подтвердили результаты предварительного моделирования отбора проб воздуха методом ТФМЭ для определения СВК с использованием программного обеспечения COMSOL Multiphysics, подтверждающее, что моделирование позволяет сократить время и затраты на эксперименты, необходимые для оптимизации и/или разработки методов, уменьшить степень неопределенности и глубже понять процесс экстракции.
Разработанная методика определения СВК ЛОС была аттестована и апробирована реальных образцах воздуха г. Алматы. В период с февраля по июль 2023 г. проводился отбор 13 ЛОС: бензол, толуол, 1,2-дихлорэтан, ундекан и додекан, этилбензол, п, м, о-ксилолы, псевдокумол, мезитилен, тетрахлорэтан и нафталин с использованием модифицированных пробоотборников и коммерческих ТФМЭ волокон, Кар/ПДМС, в точках пробоотбора 1 и 2 и с февраля по август 2023 г. в точке пробоотбора 3. По результатам пробоотбора наблюдался сравнимый тренд для концентраций ЛОС, определенных с помощью разработанной методики на основе ТФМЭ с использованием модифицированного пробоотборника, и стандартным методом на основе сорбционных трубок на точке пробоотбора 3. По результатам исследования, корреляций между концентрациями ЛОС и метеорологическими параметрами не наблюдалось, что можно объяснить воздействием не только пожаров, но и проведением ремонтных работ, а также действием других источников выбросов ЛОС.
В течение периода пробоотбора концентрации бензола варьировались в пределах 3,8–219,1 мкг/м3. Найденные среднесуточные концентрации бензола превышали предельно допустимые концентрации (ПДК), установленные в Казахстане (100 мкг/м3), в 4 из 18 дней на точке отбора 2, в 6 из 21 дней на точке отбора 2 и в 1 из 18 дней на точке отбора 3. Индивидуальный канцерогенный риск бензола показал значительный уровень в 27,8, 47,6 и 33,3% дней в точках пробоотбора №1, №2 и №3, соответственно. Индивидуальный канцерогенный риск, связанный с нафталином, был значительным в 6 из 21 дней пробоотбора и умеренным в 10 из 21 дней пробоотбора на точке отбора проб 1. В точках отбора проб 2 и 3 для нафталина доминировал умеренный риск, и лишь в пяти и трех днях, соответственно, наблюдался незначительный риск.
По результатам исследования был получен один патент в казахстанском патентом бюро (Приложение Б), опубликованы три публикации в рецензируемых зарубежных научных изданиях, индексируемых базами данных Web of Science (WoS, Q1-Q3) и одна статья в журнале Q4 (WoS), три тезиса докладов в трех международных конференциях и три тезиса в Казахстанских конференциях (Приложение В). Кроме того, на стадии рецензирования находятся две публикации: статья «Determination of time-weighted average concentrations of volatile organic pollutants in the air based on solid-phase microextraction by a modified sampler with an alternative geometry: Proof of Concept» в журнале Journal of Separation Science (WoS, Q2) и глава к книге «Metal-organic frameworks in solid-phase microextraction» (Elsevier) (Приложение В). Кроме того, была опубликована дополнительная статья в рамках проекта по разработке методики количественного определения ацетофенона с использованием твердофазной микроэкстракции (Приложение В). В рамках проекта подготовлены молодые специалисты и были защищены две дипломные работы, одна магистерская диссертация и защищены две Ph.D. диссертации. Также, была аттестована методика определения СВК органических загрязнителей в атмосферном воздухе «Методика выполнения измерений средневзвешенных массовых концентраций летучих органических веществ (8-и соединений) в атмосферном воздухе газохроматографическим методом» (Приложение К).
Научный эффект исследования заключается в совершенствовании определения СВК ЛОС методом ТФМЭ, что позволило увеличить точность «зеленых» аналитических методик определения концентраций органических загрязнителей в воздухе. Кроме того, использование разработанной методики для экологических исследований воздуха в Казахстане позволит изучить влияния уровня загрязнения воздуха на здоровье населения.
Социально-экономическим эффектом исследования является возможность организации в Казахстане недорогой, простой и надежной программы мониторинга концентраций органических загрязнителей в воздухе с использованием новой методики, что даст импульс к улучшению качества воздуха в городе Алматы и качества жизни населения.
Разработанная методика может быть применена в лабораториях, занимающихся мониторингом органических загрязнителей в воздухе, при этом данные проведенного мониторинга могут быть использованы для разработки эффективных методов снижения уровня загрязнения воздуха в г. Алматы.
Результаты исследования могут быть применены в эколого-аналитических лабораториях мониторинга атмосферного воздуха; в правительство РК для принятия решений по проблемам загрязнения воздуха по результатам проведенного мониторинга.
Результаты проведенного исследования является прорывом в области «зеленой» аналитической химии и позволяет проводить мониторинг органических загрязнителей в воздухе г. Алматы в течение длительного времени уполномоченными органами. И после полученные данные долгосрочного мониторинга могут позволить впервые определить корреляцию между уровнем загрязнения летучими органическими загрязнителями атмосферного воздуха и здоровьем населения.
Результаты исследования были распространены среди потенциальных пользователей, сообщества ученых и широкой общественности, на сайте и социальных сетях лаборатории «Экология биосферы», в социальных сетях руководителя проекта ив СМИ.
