|
|
больше ...
Термины запроса в документе
Реферат
[RU] Изобретение относится к способу измерения количества конкретного SERS-активного соединения в образце органической жидкости, включающему стадии: a) смешивание упомянутого образца с несмешивающейся жидкостью; b) разделение смеси по меньшей мере на первую и вторую фазы, причем упомянутая первая фаза содержит несмешивающуюся жидкость, а упомянутая вторая фаза содержит образец органической жидкости; c) обработка первой фазы для удаления следовых соединений, происходящих из органической жидкости, с получением обработанной первой фазы; d) разбавление образца упомянутой первой фазы или обработанной первой фазы; e) контактирование упомянутого разбавленного и обработанного образца первой фазы с SERS-подложкой; f) подвергание упомянутого разбавленного и обработанного образца упомянутой первой фазы и SERS-подложки спектроскопии комбинационного рассеяния в присутствии соединения - внутреннего стандарта; g) вычисление отношения (i) отклика детектора комбинационного рассеяния на SERS-активное соединение-метку к (ii) отклику детектора комбинационного рассеяния на соединение - внутренний стандарт. Способ особенно подходит для определения количества SERS-активной метки в образце топлива. 
Полный текст патента
(57) Реферат / Формула:
Изобретение относится к способу измерения количества конкретного SERS-активного соединения в образце органической жидкости, включающему стадии: a) смешивание упомянутого образца с несмешивающейся жидкостью; b) разделение смеси по меньшей мере на первую и вторую фазы, причем упомянутая первая фаза содержит несмешивающуюся жидкость, а упомянутая вторая фаза содержит образец органической жидкости; c) обработка первой фазы для удаления следовых соединений, происходящих из органической жидкости, с получением обработанной первой фазы; d) разбавление образца упомянутой первой фазы или обработанной первой фазы; e) контактирование упомянутого разбавленного и обработанного образца первой фазы с SERS-подложкой; f) подвергание упомянутого разбавленного и обработанного образца упомянутой первой фазы и SERS-подложки спектроскопии комбинационного рассеяния в присутствии соединения - внутреннего стандарта; g) вычисление отношения (i) отклика детектора комбинационного рассеяния на SERS-активное соединение-метку к (ii) отклику детектора комбинационного рассеяния на соединение - внутренний стандарт. Способ особенно подходит для определения количества SERS-активной метки в образце топлива.
Евразийское (21) 201892602 (13) A1
патентное
ведомство
(12) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К ЕВРАЗИЙСКОЙ ЗАЯВКЕ
(43) Дата публикации заявки (51) Int. Cl. G01N21/65 (2006.01)
2019.04.30 G01N33/28 (2006.01)
(22) Дата подачи заявки 2017.04.05
(54) СПОСОБ ИДЕНТИФИКАЦИИ МАТЕРИАЛА
(31) 1608836.1
(32) 2016.05.19
(33) GB
(86) PCT/GB2017/050954
(87) WO 2017/198993 2017.11.23
(71) Заявитель:
ДЖОНСОН МЭТТИ ПАБЛИК ЛИМИТЕД КОМПАНИ (GB)
(72) Изобретатель:
Адамсон Лорен, Эйско Софи Элизабет, Кроуд Винсент Брайан, Маклинток Элисон, Пик Кэтрин Лоури (GB)
(74) Представитель:
Медведев В.Н. (RU)
(57) Изобретение относится к способу измерения количества конкретного SERS-активного соединения в образце органической жидкости, включающему стадии: a) смешивание упомянутого образца с несмешивающейся жидкостью; b) разделение смеси по меньшей мере на первую и вторую фазы, причем упомянутая первая фаза содержит несме-шивающуюся жидкость, а упомянутая вторая фаза содержит образец органической жидкости; c) обработка первой фазы для удаления следовых соединений, происходящих из органической жидкости, с получением обработанной первой фазы; d) разбавление образца упомянутой первой фазы или обработанной первой фазы; e) контактирование упомянутого разбавленного и обработанного образца первой фазы с SERS-подложкой; f) подвергание упомянутого разбавленного и обработанного образца упомянутой первой фазы и SERS-подложки I спектроскопии комбинационного рассеяния в присутствии соединения - внутреннего стандарта; g) вычисление отношения (i) отклика детектора комбинационного рассеяния на SERS-активное соединение-метку к (ii) отклику детектора комбинационного рассеяния на соединение - внутренний стандарт. Способ особенно подходит для определения количества SERS-активной метки в образце топлива.
ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
2420-553254ЕА/025
СПОСОБ ИДЕНТИФИКАЦИИ МАТЕРИАЛА
Настоящее изобретение относится к анализу материала для измерения количества метки и идентификации продукта посредством добавления к продукту известного соединения-метки, а затем анализа образца продукта или схожего материала для определения того, присутствует ли эта метка. Способ особенно подходит для анализа соединений-меток в углеводородном топливе посредством спектроскопии усиленного поверхностью комбинационного рассеяния (SERS).
В WO2008/019161 описывается способ идентификации топлива с помощью меток для спектроскопии усиленного поверхностью комбинационного рассеяния (SERS). Этот способ включает объединение вещества, имеющего известный спектр комбинационного рассеяния, с некоторым количеством топлива. В одном из вариантов осуществления в поставляемое топливо можно примешивать наночастицу, включающую SERS-активное ядро. В альтернативном варианте осуществления с некоторым количеством топлива можно смешивать SERS-активный краситель, включающий активную комбинационным рассеянием репортер ную молекулу. Если количество топлива метят красителем, содержащим активные комбинационным рассеянием репортерные молекулы, процесс идентификации количества топлива может включать примешивание в образец топлива коллоида частиц усиливающего комбинационное рассеяние металла, а затем получение рамановского спектра активной комбинационным рассеянием репортерной молекулы, связанной с меткой. Подходящие металлы включают серебро или золото, но не ограничены ими. Альтернативно, часть образца может быть связана с SERS-активной подложкой. Хотя в WO2008/019161 описан полуколичественный пример такой процедуры, авторы изобретения обнаружили, что SERS-отклик меток склонен варьироваться настолько, что результаты имеют значительную неопределенность из-за невоспроизводимости. Улучшенный способ проведения количественного анализа материала посредством SERS для определения количества SERS-активной метки в образце материала описан в WO2012/052779. Этот способ включает стадии добавления изотопно измененной версии SERS-активного соединения-метки к образцу в качестве внутреннего стандарта, контактирования смеси образца/внутреннего стандарта с SERS-подложкой, а затем подвергания смеси и SERS-подложки спектроскопии комбинационного рассеяния. Затем вычисляли концентрацию SERS-активного соединения-метки в образце по отношению (i) отклика детектора комбинационного рассеяния на SERS-активное соединение-метку к (ii) отклику детектора комбинационного
рассеяния на внутренний стандарт. Хотя способ демонстрировал улучшение по сравнению с известными способами, авторы изобретения обнаружили, что вариации в источнике меченого материала могут повлиять на достигаемый результат, приводя к необходимости получения дополнительных калибровочных данных для каждого меченого материала. Топлива, такие как бензин и дизельное топливо, представляют собой дистиллятные фракции нефти, и, по сути, они содержат смесь соединений, идентичность которых зависит от источника нефти и какой-либо обработки, которой ее могут подвергать для коррекции состава. Такие обработки могут включать удаление нежелательных соединений, таких как серосодержащие соединения, и тяжелых металлов. В продаваемом топливе также могут присутствовать конкретные топливные присадки, такие как детергенты, ингибиторы коррозии, смазки, поглотители металлов, присадки для повышения октанового числа и другие. По всем этим причинам, составы топлива сильно варьируются между поставщиками и с течением времени. Изменение состава может приводить к тому, что разные образцы топлива дают настолько разные SERS-отклики, что калибровку необходимо предпринимать для каждого различного типа топлива, подлежащего анализу на концентрацию метки.
Задача изобретения состоит в том, чтобы предложить способ идентификации материала с использованием способа мечения, позволяющего преодолеть по меньшей мере некоторые из недостатков таких известных из уровня техники способов.
Согласно изобретению способ измерения количества конкретного SERS-активного соединения в образце органической жидкости включает стадии:
a) смешивание упомянутого образца с несмешивающейся жидкостью;
b) разделение смеси на по меньшей мере первую и вторую фазы, причем упомянутая первая фаза содержит несмешивающуюся жидкость, а упомянутая вторая фаза содержит образец органической жидкости;
c) обработку первой фазы для удаления следовых соединений, происходящих из органической жидкости, с получением обработанной первой фазы;
d) разбавление образца упомянутой первой фазы или обработанной первой фазы;
e) контактирование упомянутого разбавленного и обработанного образца первой фазы с SERS-подложкой;
f) подвергание упомянутого разбавленного и обработанного образца упомянутой первой фазы и SERS-подложки спектроскопии комбинационного рассеяния в присутствии соединения - внутреннего стандарта; и
g) вычисление отношения (i) отклика детектора комбинационного рассеяния на SERS-активное соединение-метку к (ii) отклику детектора комбинационного рассеяния.
a)
Согласно второму аспекту изобретения предложен способ сравнения образца органической жидкости с контрольной органической жидкостью, включающий стадии:
a) смешивание упомянутого образца с несмешивающейся жидкостью;
b) разделение смеси на по меньшей мере первую и вторую фазы, причем упомянутая первая фаза содержит несмешивающуюся жидкость, а упомянутая вторая фаза содержит образец органической жидкости;
c) обработку первой фазы для удаления следовых соединений, происходящих из органической жидкости, с получением обработанной первой фазы;
d) разбавление образца упомянутой первой фазы или обработанной первой фазы;
e) контактирование упомянутого разбавленного и обработанного образца первой фазы с SERS-подложкой;
f) подвергание упомянутого разбавленного и обработанного образца упомянутой первой фазы и SERS-подложки спектроскопии комбинационного рассеяния в присутствии соединения - внутреннего стандарта;
g) вычисление отношения (i) отклика детектора комбинационного рассеяния на SERS-активное соединение-метку к (ii) отклику детектора комбинационного рассеяния на внутренний стандарт;
h) сравнение отношения (i) отклика детектора комбинационного рассеяния на SERS-активное соединение-метку к (ii) отклику детектора комбинационного рассеяния на внутренний стандарт с контрольным значением, представляющим собой отношение (ш) отклика детектора комбинационного рассеяния на SERS-активное соединение-метку к (iv) отклику детектора комбинационного рассеяния на внутренний стандарт, измеренным в образце упомянутого контрольного материала, содержащего известную концентрацию SERS-активного соединения-метки.
Согласно третьему аспекту изобретения предложен способ определения того, является ли образец органической жидкости образцом известной органической жидкости, к которой добавлена известная концентрация SERS-активного соединения-метки в качестве маркера, включающий стадии:
a) смешивание упомянутого образца с несмешивающейся жидкостью;
b) разделение смеси на по меньшей мере первую и вторую фазы, причем упомянутая первая фаза содержит несмешивающуюся жидкость, а упомянутая вторая фаза содержит образец органической жидкости;
c) обработку первой фазы для удаления следовых соединений, происходящих из органической жидкости, с получением обработанной первой фазы;
d) разбавление образца упомянутой первой фазы или обработанной первой фазы;
e) контактирование упомянутого разбавленного и обработанного образца первой фазы с SERS-подложкой;
f) подвергание упомянутого разбавленного и обработанного образца упомянутой первой фазы и SERS-подложки спектроскопии комбинационного рассеяния в присутствии соединения - внутреннего стандарта;
g) вычисление отношения (i) отклика детектора комбинационного рассеяния на SERS-активное соединение-метку к (ii) отклику детектора комбинационного рассеяния на внутренний стандарт;
h) сравнение отношения (i) отклика детектора комбинационного рассеяния на SERS-активное соединение-метку к (ii) отклику детектора комбинационного рассеяния на внутренний стандарт с контрольным значением, представляющим собой отношение (ш) отклика детектора комбинационного рассеяния на SERS-активное соединение-метку к (iv) отклику детектора комбинационного рассеяния на внутренний стандарт, измеренным в образце контрольного материала, содержащего известную концентрацию SERS-активного соединения-метки.
Концентрация SERS-активного соединения-метки в контрольном материале предпочтительно является такой же, как и концентрация SERS-активного соединения-метки в известной органической жидкости, или имеет известное соотношение с концентрацией SERS-активного соединения-метки в известной органической жидкости. Контрольный материал может являться образцом известной органической жидкости. Контрольное значение может быть числовым значением, предусмотренным в справочном источнике, таком как руководство, память компьютера, операционный код прибора. Контрольное значение, альтернативно, может быть значением, измеряемым с использованием образца известной органической жидкости, содержащей известное количество SERS-активного соединения-метки.
Способ подходит для идентификации множества различных типов органических жидкостей. Примеры материалов, в отношении которых можно на практике осуществлять способ по изобретению, включают углеводороды, топлива, минеральные масла, растительные масла, жидкости, известные как используемые для фальсификации топлива и масел, такие как органические растворители, спирты и другие ценные или облагаемые высоким налогом продукты. Способ оказался особенно применимым для идентификации углеводородных видов топлива посредством их маркировки меткой, а затем измерения концентрации метки в образце топлива для определения того, является ли этот образец образцом маркированного топлива, а также того, было ли топливо разбавлено немаркированной или по-иному маркированной жидкостью. Упомянутая в данном
описании метка является присутствующим в материале соединением, посредством которого этот материал может быть идентифицирован. Таким образом, если известное количество соединения-метки добавлено к некому материалу до того, как материал распространяется в дистрибуции, с образованием маркированного или меченого материала, то образец такого распространяемого материала можно идентифицировать путем проведения анализа материала для определения наличия, отсутствия или концентрации соединения-метки и сравнения с концентрацией метки в материале до дистрибуции. Фальсификацию распространяемого материала, например, посредством разбавления немеченым или по-иному меченым материалом, также можно обнаружить сравнением концентрации метки в материале до и после дистрибуции.
Упоминание SERS в настоящем описании подразумевается включать другие виды усиленной поверхностью спектроскопии (SES), такие как SERRS (резонансная спектроскопия усиленного поверхностью комбинационного рассеяния). Для краткости изложения все эти методы будут обозначены как SERS.
SERS-активное соединение-метка является химическим соединением, которое можно идентифицировать по его сигналу комбинационного рассеяния при нахождении в контакте с или в непосредственной близости с SERS-подложкой. Таким образом, подходящие метки способны проявлять усиленное поверхностью комбинационное рассеяние (также называемое гигантским комбинационным рассеянием, ГКР). Если подлежащий маркировке материал является жидкостью, то метка предпочтительно является растворимой в жидкости, подлежащей маркировке этой меткой, вплоть до концентрации, которую следует использовать. В случае использования в углеводородных жидкостях, таких как топлива, метка предпочтительно растворима в топливе до концентрации, измеримой с использованием анализа методом SERS. Метка может быть менее растворимой в подлежащем маркировке материале, чем в растворителе, используемом для экстракции метки перед анализом методом SERS. Когда SERS-подложка является водным раствором коллоида металла, метка может быть способной адсорбироваться на поверхности металла, сохраняя способность коллоидных частиц к переходу в водную фазу после смешивания с образцом. Поэтому при выборе метки необходимо учитывать ее способность продуцировать сигнал усиленного комбинационного рассеяния при использовании методов SERS, ее аффинность к поверхности SERS-подложки и свойства растворимости и распределения между фазами. Когда внутренний стандарт является изотопно измененной версией SERS-активного соединения, метка также должна быть доступна в виде изотопно измененной версии для использования в качестве внутреннего стандарта в способе. Способы получения изотопно
измененных молекул хорошо известны и, как правило, включают замену по меньшей мере одного атома водорода в молекуле метки дейтерием или замену атома углерода на С13. Изотопно измененная версия SERS-активной метки должна сама по себе быть SERS-активной и должна продуцировать рамановский сигнал SERS, различимый с сигналом, продуцируемым меткой.
SERS-подложка является подложкой, обладающей поверхностью, способной усиливать спектроскопический отклик молекулы, находящейся вблизи к или контактирующей с этой поверхностью, т.е. она способна содействовать усиленной поверхностью спектроскопии (SES). SERS-подложкой может быть любой материал, демонстрирующий усиление поверхностного плазмона. SERS-подложки, как правило, содержат металлы, такие как серебро, золото и медь. Можно использовать другие SERS-подложки, в частности, металлы, включая Na и А1 и переходные металлы, такие как Pt, Ni, Ru, Rh, Pd, Co, Fe, Cr. По мере разработки новых методов усиленной поверхностью спектроскопии могут стать доступными различные SES-стимулирующие подложки, которые могут быть полезными для способа по изобретению. SERS-подложка может принимать форму небольших частиц, обычно - наночастиц, как правило, используемых в виде коллоидных растворов, в частности, водных коллоидных растворов. Альтернативно, SERS-подложка может принимать форму плоского материала, имеющего металлическую поверхность, содержащую микростуруктуру в виде иммобилизованного коллоида металла или структурированной поверхности, выполненной из или покрытой металлом, таким как золото, серебро или медь. Подходящие SERS-подложки широко доступны в продаже либо в виде коллоидных растворов золота или серебра, либо в виде специальных плоских материалов для SERS, имеющих плазмонные поверхности, таких как Klarite(tm).
SERS-активное соединение-метка и/или внутренний стандарт могут быть введены в "нанометку", включающую SERS-подложку. Подходящие нанометки включают SERS-активные композитные наночастицы, которые описаны, например, в WO01/25758 и содержат наночастицу металла для SES (усиленной поверхностью спектроскопии), слой SES-активного вещества в непосредственной близости к поверхности металла и инкапсулирующую оболочку, содержащую полимер, стекло или другой диэлектрический материал. Внутренний стандарт может содержать нанометку, включающую в себя изотопно измененную версию SERS-активного соединения-метки. Например, внутренний стандарт может содержать наночастицу металла для SES, слой SES-активного вещества в непосредственной близости с поверхностью металла и инкапсулирующую оболочку, содержащую полимер, стекло или другой диэлектрический материал, в которой SES-активное вещество используется в качестве внутреннего стандарта.
SERS-активную метку добавляют к подлежащему маркировке материалу стандартными средствами, например, когда материал хранится в больших объемах в месте производства или дистрибуции. Различные метки можно добавлять к различным объемам материала одного общего состава, предназначенным для различных целей или для использования на различных территориях или происходящим из разных партий материала. Альтернативно, различные метки можно добавлять к разным общим объемам материала, имеющим разные составы, например, для различения топлив разных марок. Концентрация метки в материале может составлять в диапазоне от 1 ppt (т.е. 0,001 ppb) до 100 ррт, более предпочтительно - от 0,1 ppb до 10 ррт. Метку, как правило, добавляют к материалу в количестве менее 10 ррт. Обозначение "ppt" означает триллионную долю (трлн-1). Обозначение "ppb" означает миллиардную долю (млрд"1). Обозначение "ррт" означает миллионную долю (млн"1). Можно добавлять более чем одну метку к одному материалу, и применение сочетаний различных меток в меняющихся относительных количествах может обеспечить большое число уникально меченых материалов с использованием относительно небольшого числа соединений-меток.
Метку можно добавлять к органической жидкости в объемном (нерасфасованном) виде, или ее можно добавлять к компоненту жидкости, подлежащей маркировке. Например, если материал является агрохимикатом, метку можно добавлять к одному ингредиенту композиции, такому как, например, диспергирующее средство. Если подлежащий маркировке материал является топливом, то метку можно добавлять к топливной присадке, которая затем вводится в общий объем топлива перед его дистрибуцией. В этих случаях материал становится маркированным меткой, когда включающий метку ингредиент вводят в состав материала во время приготовления или производства. Альтернативно, метку можно добавлять к или смешивать с растворителем до его смешивания с подлежащим маркировке материалом.
Если необходимо определить количество конкретной SERS-активной метки в образце органической жидкости, то используют способ по изобретению.
Количество образца, используемого для анализа способом по изобретению, обычно точно известно. Подходящие способы забора проб известны и могут включать использование шприца, мерной колбы или пробоотборного контура. Количество образца, используемого для анализа, может варьироваться. В типичном способе, для анализа на стадии (а) способа используют от 10 мкл до 10 мл. На стадии (а) способа можно использовать количество в диапазоне 10 мкл - 1 мл.
Образец органической жидкости, подлежащий анализу для определения наличия и/или количества SERS-активного соединения, сначала смешивают с несмешивающейся
жидкостью. Жидкости должны быть несмешивающимися до той степени, что при смешивании друг с другом они разделяются на по меньшей мере первую и вторую фазы, которые можно отличить друг от друга. Некоторые сочетания жидкостей могут образовывать больше двух фаз. Несмешивающаяся жидкость может содержать воду или водный раствор. В этом случае первая фаза является водной фазой, а вторая фаза является органической фазой. Подходящие несмешивающиеся жидкости, которые могут быть применимыми, включают соединения, влияющие на ионную концентрацию в смеси, контактирующей с SERS-подложкой. Такие соединения и растворы таких соединений могут быть известны для использования в качестве средств, вызывающих агрегацию при SERS. Они включают активные или пассивные соли, кислоты и основания; полимеры или длинноцепочечные ионы, которые могут влиять на поверхностный заряд коллоидной металлической SERS-подложки или иным образом менять коллоидные свойства, например, влияя на стерическое взаимодействие или стабильность коллоида посредством вытеснения коллоидных стабилизаторов или взаимодействия с ними. Особенно подходящие включают растворы хлорида натрия, сульфата натрия, нитрата натрия, нитрата калия, хлорида калия, хлорида кальция, азотной кислоты, серной кислоты, сернистой кислоты, соляной кислоты, спермина и поли-(Ь)-лизина. В предпочтительном варианте осуществления несмешивающаяся жидкость является водным раствором, который может содержать раствор соли. В этом случае раствор соли может содержать соль, известную как используемую в качестве вызывающего агрегацию средства при анализе методом SERS.
Широко практикуется использование внутренних стандартов в аналитических способах. Относительный отклик целевого соединения и внутреннего стандарта на аналитический метод склонен быть нечувствительным к несоответствиям в осуществлении способа или в природе образца, и используемый таким образом внутренний стандарт может снижать вызываемую такими факторами ошибку при анализе. Использование внутреннего стандарта может помочь преодолеть ошибку при анализе на SERS-активную метку в топливе, поскольку относительный отклик внутреннего стандарта и метки должен быть зависим только от относительной концентрации внутреннего стандарта и метки. Однако SERS очень сильно зависима от адсорбции SERS-активного соединения на SERS-подложке, агрегации частиц золота, к которым оно адсорбируется, и, в случае анализа органических жидкостей, от распределения SERS-активного соединения и наночастиц золота между органической и водными фазами. Изотопно измененная (или "изотопно модифицированная") версия соединения-метки как можно более химически похожа на SERS-активное соединение-метку, так что она ведет себя таким же образом.
Концентрация используемого внутреннего стандарта может быть больше или меньше концентрации SERS-активной метки, ожидаемо присутствующей в образце. Концентрация смешанного с образцом внутреннего стандарта предпочтительно находится в диапазоне от 1 ppt (т.е. 0,001 ppb) до 100 ррт, более предпочтительно - от 0,1 ppb до 10 ррт. Концентрация смешанного с образцом внутреннего стандарта может быть такой же, как и концентрация внутреннего стандарта в контрольном образце, если выполняют сравнение с контролем.
Соединение - внутренний стандарт присутствует в смеси, в которой оно находится в контакте с SERS-подложкой. Внутренний стандарт можно добавлять в смесь на любом этапе в способе вплоть до этого момента. Таким образом, его можно добавлять к образцу до стадии (а) или во время любой из стадий (а) - (f). Например, соединение - внутренний стандарт может быть добавлено к смеси, которую приводят в контакт с SERS-подложкой на стадии (е) способа. В определенных вариантах осуществления способа внутренний стандарт и несмешивающуюся жидкость можно смешивать вместе до смешивания с образцом органической жидкости. В качестве одной альтернативы, внутренний стандарт и несмешивающуюся жидкость можно смешивать с образцом раздельно. В варианте осуществления изобретения заранее заданное количество внутреннего стандарта и заранее заданное количество несмешивающейся жидкости смешивают вместе и поставляют в качестве предварительно смешанного реагента, предназначенного для использования в способе по изобретению. Предварительно смешанный реагент, содержащий заранее заданное количество внутреннего стандарта и заранее заданное количество несмешивающейся жидкости, можно поставлять в виде объемной жидкости, которую можно распределять по аликвотам для смешивания с образцом на стадии (а) способа по изобретению. В конкретном варианте осуществления изобретения заранее заданное количество внутреннего стандарта и заранее заданное количество водного раствора соли смешивают вместе и поставляют в виде предварительно смешанного реагента, предназначенного для использования в способе по изобретению. Альтернативно, предварительно смешанный реагент можно поставлять в виде отмеренного количества в герметичном контейнере, таком как ампула или бутылочка. В этом случае измеренное количество подлежащего анализу образца можно помещать в контейнер, содержащий предварительно смешанный реагент. Существует несколько преимуществ поставки несмешивающейся жидкости и внутреннего стандарта в виде отмеренного количества предварительно смешанного реагента. В этой форме способ становится более упрощенным для оператора, т.к. исключается необходимость в идентификации правильного раствора соли, внутреннего стандарта, учете количеств каждого
используемого реагента и измерении и дозированном распределении каждого реагента по отдельности. Использование предварительно смешанного реагента также уменьшает возможность влияния загрязнения на анализ. Внутренний стандарт может присутствовать в или добавляться к разбавителю, который используют на стадии (d) способа. Для использования на стадии (d) может быть предусмотрен предварительно смешанный разбавитель, содержащий внутренний стандарт. Такой предварительно смешанный разбавитель может поставляться в объемном (нерасфасованном) виде или в отмеренных количествах, как описано выше.
Когда соединения смешивают вместе, обычно достаточно смешать компоненты посредством встряхивания смеси, например, встряхивания контейнера, в который помещены компоненты смеси. Можно использовать альтернативные способы смешивания. Можно использовать микрофлюидные способы.
Образец можно разбавлять подходящим органическим растворителем или дополнительным объемом жидкости, содержащей объем образца. В случае анализа образцов углеводородных жидкостей, в частности, образцов топлива, авторы изобретения обнаружили, что полезным может быть смешивание образца с неполярным растворителем, таким как алкан, например изо-октан, н-октан, декан, толуол или додекан. Объемное отношение образца к используемому растворителю составляет, как правило, в диапазоне 1:1-50. Использование растворителя может повышать распределение метки в водную фазу. Подходящий растворитель может способствовать разделению смеси на первую и вторую фазы. Когда используют растворитель, его предпочтительно добавляют к образцу до приведения образца в контакт с SERS-подложкой. Также предпочтительно добавлять внутренний стандарт к образцу до добавления растворителя.
После смешивания на стадии (а) смесь разделяют на первую и вторую фазы, например, водную фазу и органическую фазу. Смесь можно разделять, позволяя ей отстаиваться после смешивания. Часть первой фазы предпочтительно удаляют из смеси для использования на стадиях (с) - (g) способа. Этого можно добиться с помощью любого практичного способа, включая, например, отбор водной фазы посредством шприца, вводимого в смесь, или микрофлюидными средствами.
Первую фазу (или ее часть), полученную в результате стадии (Ь), обрабатывают для удаления следовых соединений, происходящих из органической жидкости. Авторы изобретения обнаружили, что жидкости, такие как углеводородные топлива, такие как бензин или дизельное топливо, могут содержать мешающие соединения, которые мешают измерению рамановского спектра методом SERS. Идентичность этих соединений неизвестна и может варьироваться среди видов топлива в зависимости от их источника
или типа. Мешающие соединения могут влиять на связывание SERS-активного соединения-метки или внутреннего стандарта с SERS-подложкой, тем самым снижая или блокируя отклик SERS. Другие типы мешающего соединения могут давать отклик SERS или могут влиять на агрегацию коллоидной SERS-подложки. Обработка может содержать или состоять из способа, который позволяет удалять мешающие соединения, такие как, например, органические компоненты, которые удерживались в водной фазе, отделенной на стадии (Ь). Такие обработки включают пропускание первой фазы через фильтрационную среду. Конкретные фильтрационные среды обладают аффинностью (сродством) к органическим компонентам. Авторы изобретения обнаружили, что пластиковый шприцевой фильтр, например, содержащий ПТФЭ, эффективен для удаления следов мешающих органических соединений. В предпочтительных вариантах осуществления выбранная обработка не удаляет SERS-активное соединение-метку или внутренний стандарт из водной фазы.
Первую фазу разбавляют на стадии (d) способа. Стадия разбавления может происходить до, после или одновременно со стадией обработки (с). Разбавления можно добиться посредством помещения аликвоты первой фазы в объем разбавляющей жидкости. Разбавляющей жидкостью может быть вода или другая водная жидкость, например, ею может быть раствор соли. Разбавляющая жидкость может быть неводной. Если разбавляющей жидкостью является раствор соли, она может содержать соли, схожие с водным раствором соли, используемым на стадии (а). Разбавляющая жидкость может действовать как вызывающее агрегацию средство для коллоидных частиц металла. Разбавляющая жидкость может выбираться из вызывающих агрегацию средств, упомянутых выше. Разбавляющая жидкость может представлять собой некоторое количество несмешивающейся жидкости, используемой на стадии (а), или она может быть иной. Например, когда используемая на стадии (а) несмешивающаяся жидкость является водным раствором соли, первая фаза со стадии (Ь) может находиться в шприце, оборудованном пластиковым шприцевым фильтром, а затем каплю первой фазы можно выпускать из шприца через фильтр в объем водного раствора соли, который может быть таким же, как водный раствор соли, используемый на стадии (а), или отличающимся от него.
Стадия (е) включает контактирование разбавленной и обработанной водной фазы с SERS-подложкой. Когда SERS-подложка является коллоидом металла в растворе, контакт SERS-активного соединения-метки и внутреннего стандарта в образце с SERS-подложкой осуществляют посредством смешивания, например, встряхивания, коллоидного раствора с образцом в течение времени, достаточного для того, чтобы позволить молекулам в
образце адсорбироваться на поверхностях металла. Частицы металла, несущие адсорбированные SERS-активные молекулы, обычно образуют агрегаты. Затем образец и SERS-подложку подвергают спектроскопии комбинационного рассеяния для получения спектра комбинационного рассеяния с использованием известных методов.
Обычно полезно, чтобы коллоидные частицы металла образовывали агрегаты, содержащие несколько частиц, в присутствие SERS-активного соединения-метки. Агрегация может происходить спонтанно, в зависимости от природы коллоида и соединений, присутствующих в подлежащей анализу смеси. В качестве варианта, можно использовать одно или несколько вызывающих агрегацию средств для улучшения агрегации коллоидных частиц металлов в присутствии SERS-активного соединения-метки. Подходящие вызывающие агрегацию средства можно подобрать в соответствии с природой коллоидного металла и/или SERS-активного соединения-метки. В определенных вариантах осуществления способов по изобретению выгодно, чтобы несмешивающаяся жидкость, используемая на стадии (а) и, необязательно, используемая в качестве разбавителя на стадии (d), действовала в качестве вызывающего агрегацию средства. В этом случае может отсутствовать необходимость в добавлении дополнительного вызывающего агрегацию средства на стадии (е) или после нее.
Относительное количество SERS-активного соединения-метки и внутреннего стандарта может быть вычислено по отношению (i) отклика детектора комбинационного рассеяния на SERS-активное соединение-метку к (ii) отклику детектора комбинационного рассеяния на внутренний стандарт. Это отношение откликов детектора может быть отношением выбранных пиков (высоты пиков, площади пиков) спектра SERS. Альтернативно, в вычислении отношения откликов можно использовать весь спектр SERS целиком. Предпочтительно, концентрацию упомянутого SERS-активного соединения-метки в упомянутом образце вычисляют по отношению, вычисленному на стадии (g) способа. Вычисленное на стадии (g) отношение можно сравнивать с контрольным значением, представляющим собой отношение (i) отклика детектора комбинационного рассеяния на SERS-активное соединение-метку к (ii) отклику детектора комбинационного рассеяния на внутренний стандарт, от контрольного образца, содержащего известную концентрацию SERS-активного соединения-метки. Спектр SERS, полученный от контрольного образца, содержащего только целевую SERS-активную метку или внутренний стандарт, можно использовать для выявления подходящих пиков, характерных для метки или внутреннего стандарта, которые могут быть подобраны для сравнения относительного отклика этих соединений. Относительный отклик можно вычислить по относительной интенсивности или площади одного пика, приписываемого
каждому соединению, или по более чем одному пику. В качестве альтернативы, весь спектр или его часть, полученные при спектроскопии комбинационного рассеяния образца, контактирующего с SERS-подложкой, можно сравнивать, предпочтительно - в векторной форме, со спектром, полученным от контрольного образца, содержащего известную концентрацию SERS-активного соединения-метки в контакте с SERS-подложкой, и спектром, полученным от контрольного образца, содержащего известную концентрацию соединения - внутреннего стандарта в контакте с SERS-подложкой. Вычисленное свойство спектра, такое как относительный отклик по сравнению с контрольным спектром одного или каждого присутствующего соединения, можно использовать для представления отклика детектора на SERS-активную метку и/или внутренний стандарт. Не всегда необходимо снимать и отображать рамановский спектр. Поскольку идентичность метки и внутреннего стандарта известны, достаточным может оказаться измерение отклика детектора при одном или более заранее заданных волновых числах или диапазонах волновых чисел смещения за счет комбинационного рассеяния ("рамановских сдвигах") и вычисление концентрации метки по измеренному отклику. Результат вычисления можно отображать пользователю в виде значения концентрации, относительной концентрации, например, выраженной в виде процентной доли количества метки, известного как добавленное к аутентичной жидкости, результата "пройдено/не пройдено" или произвольного значения качества или сходства, основанного на значении для раствора, содержащего стандартное количество метки. Способы сравнения спектров и вычисления относительного отклика и отношений пиков хорошо известны, и, как правило, их осуществляют с использованием подходящего компьютера, запрограммированного с использованием программного обеспечения для обработки спектроскопических данных. Взаимосвязь между концентрацией SERS-активного соединения-метки и отношением откликов детектора комбинационного рассеяния можно определить калибровкой.
Примеры конкретных вариантов осуществления заявленных способов включают: Во-первых, способ измерения количества конкретного SERS-активного соединения в образце органической жидкости, включающий стадии:
a) смешивание упомянутого образца с внутренним стандартом, содержащим изотопно измененную версию упомянутого SERS-активного соединения, и водным раствором соли;
b) разделение смеси на водную фазу и органическую фазу;
c) обработку водной фазы для удаления следовых соединений, происходящих из органической жидкости, с получением обработанной водной фазы;
d) разбавление образца упомянутой водной фазы или обработанной водной фазы;
e) контактирование упомянутого разбавленного и обработанного образца водной
фазы с SERS-подложкой;
f) подвергание упомянутого образца и SERS-подложки спектроскопии
комбинационного рассеяния; и
g) вычисление отношения (i) отклика детектора комбинационного рассеяния на
SERS-активное соединение-метку к (ii) отклику детектора комбинационного рассеяния на
внутренний стандарт.
Во-вторых, способ сравнения образца органической жидкости с контрольной органической жидкостью включает стадии:
a) смешивание упомянутого образца с внутренним стандартом, содержащим изотопно измененную версию упомянутого SERS-активного соединения-метки, и водным раствором соли;
b) разделение смеси на водную фазу и органическую фазу;
c) обработку водной фазы для удаления следовых соединений, происходящих из органической жидкости, с получением обработанной водной фазы;
d) разбавление образца упомянутой обработанной водной фазы;
e) контактирование упомянутого разбавленного образца с SERS-подложкой;
f) подвергание упомянутого образца и SERS-подложки спектроскопии комбинационного рассеяния; и
g) вычисление отношения (i) отклика детектора комбинационного рассеяния на SERS-активное соединение-метку к (ii) отклику детектора комбинационного рассеяния на внутренний стандарт;
h) сравнение отношения (i) отклика детектора комбинационного рассеяния на SERS-активное соединение-метку к (ii) отклику детектора комбинационного рассеяния на внутренний стандарт с контрольным значением, представляющим собой отношение (ш) отклика детектора комбинационного рассеяния на SERS-активное соединение-метку к (iv) отклику детектора комбинационного рассеяния на внутренний стандарт, измеренным в образце упомянутого контрольного материала, содержащего известную концентрацию SERS-активного соединения-метки.
В-третьих, в конкретном варианте осуществления предлагается способ определения того, является ли образец органической жидкости образцом известной органической жидкости, в которую добавлена известная концентрация SERS-активного соединения-метки в качестве маркера, включающий стадии получения образца упомянутой органической жидкости, а затем:
а) смешивание упомянутого образца с внутренним стандартом, содержащим
изотопно измененную версию упомянутого SERS-активного соединения-метки, и водным раствором соли;
b) разделение смеси на водную фазу и органическую фазу;
c) обработку водной фазы для удаления следовых соединений, происходящих из органической жидкости, с получением обработанной водной фазы;
d) разбавление образца упомянутой обработанной водной фазы;
e) контактирование упомянутого разбавленного образца с SERS-подложкой;
f) подвергание упомянутого образца и SERS-подложки спектроскопии
комбинационного рассеяния; и
g) вычисление отношения (i) отклика детектора комбинационного рассеяния на SERS-активное соединение-метку к (ii) отклику детектора комбинационного рассеяния на внутренний стандарт;
h) сравнение отношения (i) отклика детектора комбинационного рассеяния на SERS-активное соединение-метку к (ii) отклику детектора комбинационного рассеяния на внутренний стандарт с контрольным значением, представляющим собой отношение (iii) отклика детектора комбинационного рассеяния на SERS-активное соединение-метку к (iv) отклику детектора комбинационного рассеяния на внутренний стандарт, измеренным в образце контрольного материала, содержащего известную концентрацию SERS-активного соединения-метки;
причем концентрация SERS-активного соединения-метки в контрольном материале предпочтительно является такой же, как и концентрация SERS-активного соединения-метки в известной органической жидкости, или имеет известное соотношение с концентрацией SERS-активного соединения-метки в известной органической жидкости.
Способ по изобретению будет продемонстрирован в следующих примерах со ссылкой на чертежи:
Фиг. 1: График отношения метки А/дейтерированной метки А в зависимости от концентрации метки А в дизельном топливе (пример 1).
Фиг. 2: График отношения метки А/дейтерированной метки А в зависимости от концентрации метки А в бензине (пример 2).
Фиг. 3: (сравнительный) График отношения метки А/дейтерированной метки А в зависимости от концентрации метки А в дизельном топливе (пример 3).
Фиг. 4: (сравнительный) График отношения метки А/дейтерированной метки А в зависимости от концентрации метки А в бензине (пример 4).
Фиг. 5: (сравнительный) Результаты для бензина из примера 4, график которых построен с калибровочной прямой дизельного топлива из примера 3.
Фиг. 6: Результаты для бензина из примера 2, график которых построен с калибровочной прямой дизельного топлива из примера 1.
Используемая в этих примерах метка представляет собой органическое соединение, которое является SERS-активным, т.е. дает легко идентифицируемый отклик SERS, и смешивающимся с углеводородными топливами в исследуемом диапазоне концентраций и способным распределяться (переходить) в водную жидкость. Это соединение обозначено как метка А. Используемый внутренний стандарт является дейтерированной версией метки А.
Пример 1
Приготовили дизельное топливо, содержащее 0,9 ррт метки А. Эту смесь использовали для приготовления других смесей путем разбавления дополнительным количеством дизельного топлива до разных концентраций в целях калибровки отклика SERS на концентрацию метки А. Образец каждой смеси анализировали следующим способом.
250 мкл образца добавляли в бутылочку, содержавшую 800 мкл 0,281 ррт дейтерированной метки А в 10%-ом по массе водном растворе NaCl, и встряхивали в течение 30 секунд. Когда водный и органический слои разделились, из водного слоя отбирали 0,2 мл с использованием тупой иглы и одноразового шприца. Образец в шприце пропускали через 0,45-микронный шприцевой фильтр из ПТФЭ и одну каплю (приблизительно 10 мкл) элюировали в газохроматограф ическую (ГХ) виалу, содержавшую 900 мкл 0,1 ИМ водного раствора NaCl. Добавляли 500 мкл коллоида Аи и встряхивали образец. Полученную смесь анализировали с использованием рамановского спектрометра с длиной волны возбуждения 785 нм и временем интегрирования приблизительно 1 секунда. На фиг. 1 построен график отношения отклика на метку А к отклику на дейтерированную метку А в зависимости от концентрации метки А. Параметры калибровочной прямой: у=0,00107х+0,00391 при значении R2 0,9978.
Пример 2
Способ калибровки, осуществленный в примере 1, повторяли с использованием коммерческого бензина. Полученный график представлен на фиг. 2. Параметры калибровочной прямой: у=0,00109х+0,00489 при значении R2 0,9985.
Эти результаты свидетельствуют о том, что калибровка в значительной степени схожа для бензина и дизельного топлива, что позволяет использовать одну и ту же калибровку при анализе обоих типов топлива. Таким образом, способ предоставляет возможность проведения анализа различных топлив с использованием такого способа, без необходимости в осуществлении калибровки с каждым подлежащим анализу топливом.
Это является особым преимуществом, если первоначальный источник или идентичность подлежащей анализу жидкости неизвестны, что может иметь место при анализе на метки в образцах, полученных из розничных источников. Пример 3 (сравнительный)
Калибровочные смеси дизельного топлива, приготовленные в примере 1, анализировали другим способом. 500 мкл образца добавляли в ГХ-виалу, содержавшую 400 мкл 1,125 ррт дейтерированной метки А в 0,25М водном растворе NaCl. Смесь встряхивали в течение 30 секунд. Смесь разделялась на водный и органический слои в виале при отстаивании. 500 мкл коллоида Аи добавляли в водный слой и смесь переворачивали для обеспечения смешивания. Полученную смесь анализировали с использованием рамановского спектрометра с длиной волны возбуждения 785 нм и временем интегрирования приблизительно 1 секунда. На фиг. 3 построен график отношения отклика на метку А к отклику на дейтерированную метку А в зависимости от концентрации метки А. Параметры калибровочной прямой: у=0,00108х+0,01146 при значении R2 0,9994.
Пример 4 (сравнительный)
Способ калибровки, осуществленный в примере 3, повторяли с использованием коммерческого бензина. Полученный график представлен на фиг. 4. Параметры калибровочной прямой: у=0,00106х+0,36919 при значении R2 0,9883.
На фиг. 5 представлены точки, полученные при калибровке бензина в примере 4, отложенные вместе с калибровочной прямой дизельного топлива из примера 3. Это свидетельствует о том, что применение калибровки дизельного топлива будет давать неточные результаты для бензина при использовании сравнительного способа анализа. На фигуре 6 показаны точки, полученные при калибровке бензина в примере 2, отложенные вместе с калибровочной прямой дизельного топлива из примера 1. Это свидетельствует о том, что применение калибровки дизельного топлива будет давать точные результаты для бензина при использовании способа анализа по изобретению.
ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ
1. Способ измерения количества конкретного SERS-активного соединения в образце органической жидкости, включающий стадии:
a) смешивание упомянутого образца с несмешивающейся жидкостью;
b) разделение смеси на по меньшей мере первую и вторую фазы, причем упомянутая первая фаза содержит несмешивающуюся жидкость, а упомянутая вторая фаза содержит образец органической жидкости;
c) обработку первой фазы для удаления следовых соединений, происходящих из органической жидкости, с получением обработанной первой фазы;
d) разбавление образца упомянутой первой фазы или обработанной первой фазы;
e) контактирование упомянутого разбавленного и обработанного образца первой фазы с SERS-подложкой;
f) подвергание упомянутого разбавленного и обработанного образца упомянутой первой фазы и SERS-подложки спектроскопии комбинационного рассеяния в присутствии соединения - внутреннего стандарта; и
g) вычисление отношения (i) отклика детектора комбинационного рассеяния на SERS-активное соединение-метку к (ii) отклику детектора комбинационного рассеяния.
2. Способ сравнения образца органической жидкости с контрольной органической жидкостью, включающий стадии:
a) смешивание упомянутого образца с несмешивающейся жидкостью;
b) разделение смеси на по меньшей мере первую и вторую фазы, причем упомянутая первая фаза содержит несмешивающуюся жидкость, а упомянутая вторая фаза содержит образец органической жидкости;
c) обработку первой фазы для удаления следовых соединений, происходящих из органической жидкости, с получением обработанной первой фазы;
d) разбавление образца упомянутой первой фазы или обработанной первой фазы;
e) контактирование упомянутого разбавленного и обработанного образца первой фазы с SERS-подложкой;
f) подвергание упомянутого разбавленного и обработанного образца упомянутой первой фазы и SERS-подложки спектроскопии комбинационного рассеяния в присутствии соединения - внутреннего стандарта;
g) вычисление отношения (i) отклика детектора комбинационного рассеяния на SERS-активное соединение-метку к (ii) отклику детектора комбинационного рассеяния на внутренний стандарт;
h) сравнение отношения (i) отклика детектора комбинационного рассеяния на
SERS-активное соединение-метку к (ii) отклику детектора комбинационного рассеяния на внутренний стандарт с контрольным значением, представляющим собой отношение (ш) отклика детектора комбинационного рассеяния на SERS-активное соединение-метку к (iv) отклику детектора комбинационного рассеяния на внутренний стандарт, измеренным в образце упомянутого контрольного материала, содержащего известную концентрацию SERS-активного соединения-метки.
3. Способ определения того, является ли образец органической жидкости образцом
известной органической жидкости, к которой добавлена известная концентрация SERS-
активного соединения-метки в качестве маркера, включающий стадии:
a) смешивание упомянутого образца с несмешивающейся жидкостью;
b) разделение смеси на по меньшей мере первую и вторую фазы, причем упомянутая первая фаза содержит несмешивающуюся жидкость, а упомянутая вторая фаза содержит образец органической жидкости;
c) обработку первой фазы для удаления следовых соединений, происходящих из органической жидкости, с получением обработанной первой фазы;
d) разбавление образца упомянутой первой фазы или обработанной первой фазы;
e) контактирование упомянутого разбавленного и обработанного образца первой фазы с SERS-подложкой;
f) подвергание упомянутого разбавленного и обработанного образца упомянутой первой фазы и SERS-подложки спектроскопии комбинационного рассеяния в присутствии соединения - внутреннего стандарта;
g) вычисление отношения (i) отклика детектора комбинационного рассеяния на SERS-активное соединение-метку к (ii) отклику детектора комбинационного рассеяния на внутренний стандарт;
h) сравнение отношения (i) отклика детектора комбинационного рассеяния на SERS-активное соединение-метку к (ii) отклику детектора комбинационного рассеяния на внутренний стандарт с контрольным значением, представляющим собой отношение (ш) отклика детектора комбинационного рассеяния на SERS-активное соединение-метку к (iv) отклику детектора комбинационного рассеяния на внутренний стандарт, измеренным в образце контрольного материала, содержащего известную концентрацию SERS-активного соединения-метки.
4. Способ по любому из предшествующих пунктов, причем упомянутая
органическая жидкость содержит углеводород, топливо, минеральное масло, растительное
масло, органический растворитель, спирт, фармацевтическое, агрохимическое,
косметическое или парфюмерное средство.
5. Способ по любому из предшествующих пунктов, причем упомянутая несмешивающаяся жидкость является водной жидкостью.
6. Способ по любому из предшествующих пунктов, причем соединение -внутренний стандарт является изотопно измененной версией SERS-активного соединения.
7. Способ по любому из предшествующих пунктов, причем SERS-активное соединение является соединением-меткой, присутствующим в жидкости в целях идентификации.
8. Способ по любому из предшествующих пунктов, причем обработка на стадии (с) включает контактирование образца, необязательно после разбавления, с фильтрационной средой.
9. Способ по любому из предшествующих пунктов, причем SERS-подложка содержит серебро, золото или медь.
10. Способ по любому из предшествующих пунктов, причем SERS-подложка находится в форме коллоидного раствора.
11. Способ по любому из предшествующих пунктов, причем SERS-подложка находится в форме плоского материала, имеющего металлическую поверхность, содержащую микроструктуру.
12. Способ по любому из предшествующих пунктов, причем к образцу до стадии (е) добавляют органический растворитель.
13. Способ по любому из предшествующих пунктов, причем концентрацию упомянутого SERS-активного соединения в упомянутом образце вычисляют по отношению, вычисленному на стадии (g).
14. Способ по любому из предшествующих пунктов, причем вычисленное на стадии (g) отношение сравнивают с контрольным значением, представляющим собой отношение (iii) отклика детектора комбинационного рассеяния на SERS-активное соединение к (iv) отклику детектора комбинационного рассеяния на внутренний стандарт, от контрольного образца, содержащего известную концентрацию SERS-активного соединения.
По доверенности
Концентрация маркера(ppb) ФИГ. 1
553254
Концентрация маркера (ppb) ФИГ. 2
Концентрация маркера (ppb) ФИГ.З
Концентрация маркера (ppb) ФИГ. 4
Концентрация маркера (ppb) ФИГ. 5
Концентрация маркера(ppb) ФИГ. 6
(19)
1/6
2/6
|
