• Українська
  • English
ISSN 2415-3400 (Online)
ISSN 1028-821X (Print)

Застосування мікрохвильового діелектрометра для контролю концентрації антибіотиків у водному розчині

Рубрика: 
ПРИКЛАДНА РАДІОФІЗИКА
Єременко, ЗЄ, Пашинська, ВА, Кузнєцова, КС, Шубний, ОІ, Скляр, НІ, Мартинов, АВ
Organization: 

 Інститут радіофізики та електроніки ім. О.Я. Усикова НАН України
12, вул. Aкад. Проскури, Харків, 61085, Україна

Фізико-технічний інститут низьких температур імені ім. Б.І. Вєркіна НАН України
47, просп. Науки, Харків, 61103, Україна

Інститут мікробіології та імунології ім. І.І. Мечникова НАМН України
14–16, вул. Пушкінська, Харків, 61057, Україна

E-mail: zoya.eremenko@gmail.com
https://doi.org/10.15407/rej2021.03.030
Мова: англійська
Анотація: 

Предмет і мета роботи. Це дослідження зосереджене на оригінальному хвилевідно-диференціальному діелектрометрі, що призначений для вимірювання комплексної діелектричної проникності рідин із великими втратами у мікрохвильовому діапазоні при застосуванні для визначення концентрацій фармацевтичних інгредієнтів у водних розчинах за кімнатної температури. Для перевірки придатності пристрою та визначення ефективності методу діелектрометрії для контролю концентрації антибіотиків у водному розчині використовуються фармацевтичні інгредієнти, такі як лінкоміцин та левофлоксацин у широкому діапазоні концентрацій.

Методи та методологія роботи. Основна ідея методу досліджень заснована на визначенні складних коефіцієнтів поширення хвилі за рахунок визначення різниці фаз та амплітуд хвиль у двох вимірювальних порожнинах хвилевідно-диференціального діелектрометра.

Результати роботи. Показано, що запропонований метод діелектрометрії дозволяє у реальному часі визначати концентрацію фармацевтичних інгредієнтів у водному розчині шляхом вимірювання значень загасання хвилі та різниці коефіцієнтів фаз. Виявлено, що у разі низької концентрації антибіотиків у розчині мало вільних молекул води буде зв’язуватися з фармацевтичними інгредієнтами. Збільшення концентрації фармацевтичних інгредієнтів у водному розчині спричинює зменшення кількості вільних молекул води у розчині.

Висновок. Це дослідження підтверджує, що розроблений метод та пристрій ефективні для визначення концентрації фармацевтичних інгредієнтів у водних розчинах.
Ключові слова: комплексна діелектрична проникність, комплексний коефіцієнт поширення хвилі, метод діелектрометрії, рідини з високими втратами, хвилевідно-диференціальний діелектрометр

Стаття надійшла до редакції 12.05.2021
УДК 621.372.413
Radiofiz. elektron. 2021, 26(3): 30-37
Повний текст (PDF)

References: 
  1. Munteanu, F.D., Titoiu, A.M., Marty, J.L., Vasilescu, A., 2018. Detection of Antibiotics and Evaluation of Antibacterial Activity with Screen-Printed Electrodes. J. Sensors, 18(3), pp. 1–26. DOI: 10.3390/s18030901.
  2. Mason, A., Soprani, M., Korostynska, O., Amirthalingam, A., Cullen, J., Muradov, M., Carmona, E.N., Sberveglieri, G., Sberveglieri, V., Al-Shamma, A., 2018. Real-Time Microwave, Dielectric, and Optical Sensing of Lincomycin and Tylosin Antibiotics in Water: Sensor Fusion for Environmental Safety. J. Sensors, 2018(20), pp. 1–11. DOI: 10.1155/2018/7976105.
  3. Gallagher, J., MacDougall, C., 2018. Antibiotics Simplified. Chicago: Jones & Bartlett Publ.
  4. Stockwell, V.O., Duffy, B., 2012. Use of antibiotics in plant agriculture. Rev. Sci. Tech., 31(1), pp. 199–210. DOI: 10.20506/rst.31.1.2104.
  5. Gelband, H., Miller-Petrie, M., Pant, S., Gandra, S., Levinson, J., Barter, D., White, A., Laxminarayan, R., 2015. The State of the World's Antibiotics. Center for Disease Dynamics. Economics & Policy [online]. Available at: https://cddep.org/publications/state_worlds_antibiotics_2015/
  6. Brown, K.D., Kulis, J., Thomson, B., Chapman, T.H., Mawhinney, D.B., 2006. Occurrence of antibiotics in hospital, residential, and dairy effluent, municipal wastewater, and the Rio Grande in New Mexico. Sci. Total Environ., 366(2–3), pp. 772–783. DOI: 10.1016/j.scitotenv.2005.10.007.
  7. Qiu, P., Guo, X., Wang, N., Kong, X., He, H., 2015. Simultaneous determination of ten antibiotics in pharmaceutical wastewater using ultra-high performance liquid chromatography-tandem mass spectrometry. Chin. J. Chromatogr., 33(7), pp. 722–729. DOI: 10.3724/sp.j.1123.2015.03039.
  8. Wei, Y., Sridhar, S., 1992. Biological application of a technique for broad complex permittivity measurements. IEEE MTT-S Microwave Symposium Digest [pdf]. IEEE. Available at: https://citeseerx.ist.psu.edu/viewdoc/download?doi=10.1.1.718.8710&rep=r...
  9. Kouzai, M., Nishikata, A., Fukunaga, K., and Miyaoka, Sh., 2007. Complex permittivity measurement at millimeter-wave frequencies during fermentation process of Japanese sake. J. Phys. D: Appl. Phys., 40(1), pp. 54–60.
  10. Еremenko, Z.Е., Ganapolskii, Е.М., 2003. Hemispherical cavity resonator for measuring of permittivity of strongly absorbing liquid in small volume. Telecommunications and radio Engineering, 60(1–2), pp. 61–74. DOI: 10.1615/TelecomRadEng.v60.i12.70.
  11. Eremenko, Z.E., Ganapolskii, E.M., Vasilchenko, V.V., 2005. Exact-calculated resonator method for permittivity measurement of high loss liquids at millimeter wavelength. Meas. Sci. Technol., 16(8), pp. 1619–1627.
  12. Eremenko, Z.E., Ganapolskii, E.M., Vasilchenko, V.V., 2005. Layered ball resonator for permittivity measurement method of high loss liquids at millimeter wavelength. In: Proc. of 35th European Microwave Conference 2005. Paris, France, 4–6 Oct. 2005, Vol. 2, pp. 1007–1010.
  13. Gatash, S.V., 1999. Very high frequency dielectrometer for the study of dynamical properties in disperse water systems. In: V.M. Yakovenko, ed. 1999. Radiofizika i elektronika. Kharkov: IRE NAS of Ukraine Publ. 4(1), pp. 129–132 (in Russian).
  14. Lavrinovich A.A., Filippov Yu.F., Cherpak N.T. 2004. Spectral properties of a disk quasi-optical dielectric resonator with an inhomogeneity in the form of a capillary with water. In: V.M. Yakovenko, ed. 2004. Radiofizika i elektronika. Kharkov: IRE NAS of Ukraine Publ. 9(3), pp. 496–502 (in Russian).
  15. Eremenko, Z.E., Skresanov, V.N., Shubnyi, A.I., Anikina, N.S., Gerzhikova, V.G., Zhilyakova, T.A., 2011. Complex permittivity measurement of high loss liquids and its application to wine analysis. In: V. Zhurbenko, ed. 2011. Electromagnetic Waves. Technical University of Denmark, 2011. Ch. 19. DOI: 10.5772/17748.
  16. Eremenko, Z.E., Kuznetsova, K.S., Sklyar, N.I., Martynov, A.V., 2019. Measuring Complex Permittivity of High-Loss Liquids. In: P.K. Choudhury, ed. 2019. Dielectric Materials and Applications. Nova Science Publisher, 2019. Ch. 2.
  17. Skresanov, V.N., Eremenko, Z.E., Glamazdin, V.V., Shubnyi, A.I., 2011. Improved differential Ka band dielectrometer based on the wave propagation in a quartz cylinder surrounded by high loss liquid under test. Meas. Scie. Tech., 22(3), pp. 065403(10 p.). DOI: 10.1088/0957-0233/22/6/065403.
  18. Ellison, W.J., Lamkaourchi, K., Moreau, M.J., 1996. Water: A dielectric reference. J. Mol. Liq., 68(2–3), pp. 171–279. DOI: 10.1016/0167-7322(96)00926-9.