Портативный датчик избирательно посчитал концентрацию метанола и этанола

Портативный датчик метанола, совместимый со смартфоном, позволяет быстро и точно определить его концентрацию в алкогольном напитке в домашних условиях. Как говорится в статье Nature Food, возможность последовательно и избирательно измерять концентрации метанола и этанола в газовой смеси, а также тестирование на настоящих алкогольных напитках выделяет это устройство на фоне его предшественников. Приложение на смартфоне скажет, опасна ли концентрация метанола в конкретном напитке в зависимости от концентрации этанола.

За период 2017-2019 годов около семи тысяч человек по всему миру (преимущественно в Азии) оказались в больницах из-за отравления метанолом. Еще более 1888 человек скончались из-за попадания метанола в организм при употреблении суррогатных алкогольных напитков, в которых концентрация метанола превышала допустимые нормы. В России, по данным Роспотребнадзора, фиксируется ежегодно порядка 1200 случаев острого отравления метанолом, из которых 80 процентов заканчиваются летальным исходом. Однако не всегда метанол оказывается в горячительных напитках из-за злого умысла: при ферментации пектина, происходящей при производстве фруктовых спиртов, выделяется до 1100 граммов метанола на 100 литров вина. При нарушении технологии дистилляции (перегонки) фруктовых спиртов, объемная доля метанола может составить до 2,4 объемных процентов, при этом недобросовестные производители могут для удешевления производства намеренно добавлять к алкогольным напиткам метанол.

Опасность метанола при его употреблении заключается в летальном синтезе — образовании высокотоксичных соединений из малотоксичного. Сам метанол напрямую действует на центральную нервную систему, вызывая быстрое алкогольное опьянение (буквально за несколько минут), а его опасные метаболиты — формальдегид и муравьиная кислота — нарушают процессы тканевого дыхания и смещают рН крови в кислую сторону. В таких условиях происходит отек мозговых структур, который сдавливает зрительный нерв, из-за чего развиваются нарушения зрения вплоть до слепоты. По разным данным смерть наступает при единовременном употреблении 30-100 миллилитров метанола. Антидотом при отравлении метанолом выступает этанол: сродство алкогольдегидрогеназы — фермента, ответственного за метаболизм спиртов в организме — к этиловому спирту в 7-9 раз выше, чем к метиловому, поэтому фермент начинает взаимодействовать с этанолом, а метанол выводится из организма в неизменном виде.

Сегодня для определения метанола в жидкостях используется хроматография, однако это исключительно лабораторный метод. Более компактные газовые датчики, такие как флуоресцентные силикагелевые пластины или легированные алюминием нановолокна оксида никеля, обнаруживают метанол в газовой смеси над напитками, но могут быть ненадежными из-за недостаточных пределов обнаружения и неспособности отличить метанол от фонового этанола. Более того, такие датчики официально не проверялись на настоящих алкогольных напитках. Эту проблему попыталась решить группа инженеров под руководством Себастьяна Абегга (Sebastian Abegg) из Федерального института технологий Цюриха, создав портативный датчик метанола и этанола с функцией количественного подсчета обоих спиртов с их предварительным разделением из газовой смеси.

Принцип действия устройства таков: с помощью насоса проба воздуха из верхнего пространства контейнера попадает в колонку с пористым полимером на основе 2,6-дифениленоксида, где временно удерживаются метанол и этанол. Метанол освобождается первым и достигает максимума на сенсоре через 1,5 минут, этанол начинает освобождаться позже (1,9 минут для рома Stroh и 3,8 минут для пива). Высокочувствительный сенсор на основе нанесенных пламенем наночастиц диоксида олова, легированных палладием, обнаруживает оба химических вещества последовательно и, следовательно, избирательно. Одновременное количественное определение метанола и этанола имеет решающее значение, поскольку установленные нормы разрешенной концентрации и степень токсичности метанола зависят от концентрации этанола. Устройство транслирует результаты измерений на смартфон через WI-FI или Bluetooth, в приложении отображается концентрация этанола и метанола в режиме реального времени. Приложение совместимо с системами Android и iOS

Исследователи протестировали созданный ими датчик метанола на 89 образцах пива, саке, вина (с пяти континентов), ликера Baileys, австрийского рома Stroh, самогона и напитков на основе вишневого и грушевого спиртов. Прибор определяет концентрацию метанола в диапазоне трех порядков — от 0,01 объемных процента до 10 объемных процентов с относительной погрешностью 19,5 процентов и корреляцией более 90 процентов. На протяжении 107 дней устройство показывало стабильный и повторяемый результат.

Однако у метанола есть применение во многих отраслях техники, например, в качестве топлива. Недавно ученые испытали дрон, работающий на метиловом спирте. Он смог продержаться в воздухе целых 12 часов.

Вячеслав Гоменюк