МАЛЕНЬКИЕ ПРИБОРЫ – БОЛЬШИЕ ВОЗМОЖНОСТИ

Мы все знаем о приборах-анализаторах – нитратомерах или детекторах угарного газа. А можно ли создать другие карманные анализаторы качества продуктов и лекарств? Пришел в магазин, приложил прибор и понял, надо это покупать или нет. Да, это возможно! О больших прикладных перспективах важной фундаментальной науки – аналитической химии рассказывает академик Юрий Александрович Золотов, главный научный сотрудник химического факультета Московского университета имени М.В. Ломоносова, главный научный сотрудник Института общей и неорганической химии РАН, советник президиума Российской академии наук. 

– Юрий Александрович, давайте поговорим о той научной работе, которую вы ведете в последнее время, несмотря на пандемию, на то, что приходится изолироваться от внешнего мира. Что это за работа? Чем вы занимаетесь сейчас?

– Последнее время я занимался общей методологией своей науки, аналитической химии. Что я понимаю под общей методологией? Это четкая дефиниция науки, стимулы развития дисциплины, соотношение в ней фундаментального и прикладного аспектов, положение ее в системе наук, инфраструктура науки. Это то, что мы называем «наукой о науке», самопознанием науки. В прошлом году я даже получил за эту работу награду – Золотую медаль имени Н.С. Курнакова, которая присуждается раз в пять лет Российской академией наук. 

 Если говорить о более «земной» работе, то она касается главным образом обнаружения и определения разных микрокомпонентов в пищевых продуктах, в лекарствах, в объектах окружающей среды и так далее. Под моим руководством в этом направлении работает коллектив молодых сотрудников, аспирантов.

– Расскажите подробнее об этой работе – каким образом вы обнаруживаете все эти вещества? Что это за вещества и для чего это нужно?

– Есть несколько направлений такого рода работ. Я упомянул лекарственные вещества; можно добавить ветеринарные препараты. Коровам, скажем, для предотвращения болезней, а иногда для стимулирования их привеса или увеличения надоев дают разного рода химические вещества, например, антибиотики. Увы, они попадают и в сельскохозяйственную продукцию, в молоко. Это нежелательно для потребителя. 

Поэтому нужны способы обнаружить наличие этих веществ и определить их концентрацию. Мы и создаем такие методы, которые позволяют решать эту задачу. Методы разные. Наши молодые коллеги, например, сейчас очень активно используют наночастицы для того, чтобы вещества типа антибиотиков концентрировать и потом в концентрате определять. Это позволяет обнаруживать очень низкие концентрации таких веществ и, кроме того, решать некоторые другие задачи, которые иными способами решать довольно сложно.

– А какие еще задачи вы решаете?

– Задач довольно много. Это, например, анализ нефти и нефтепродуктов. Помните прошлогоднюю историю, когда остановились нефтеперерабатывающие заводы в Польше, в Белоруссии и в Германии из-за того, что в нефть, которая шла по нефтепроводу из нашей страны, попали какие-то посторонние вещества? Нужно было срочно решать вопрос, что это за вещества, откуда они. Кафедра аналитической химии и некоторые другие кафедры Московского университета были срочно привлечены к решению этой задачи. Сотрудникам нашей кафедры удалось довольно быстро разобраться в том, чем именно загрязнена эта нефть. Выяснение не решало проблему очистки, но знание того, чем загрязнена нефть, помогало выяснить источник загрязнения.

Это задача частная, не стратегическая, но это пример того, как аналитикам приходится решать задачи настолько важные, что они имеют международное значение. 

Кроме того, мы довольно много занимаемся анализом объектов окружающей среды, прежде всего водой, и создаем методы для контроля её качества, разрабатываем методы определения примесей в ней. При этом постоянно возникают новые задачи, хотя, казалось бы, сфера давно отлаженная. 

Вот пример. Воду, как известно, в Москве хлорируют, но частично ее озонируют, и обсуждается вопрос о том, чтобы постепенно хлорирование заменять озонированием. Оказывается, однако, что при озонировании в воде возникают примеси, которых не бывает при хлорировании. В воде в очень небольших количествах содержится бром, и на его основе при озонировании образуются вещества, не очень полезные для нашего с вами организма. Эти вещества, соответственно, нужно обнаруживать и определять. И такие методы нужно было разработать. Они были созданы. 

Кроме того, разрабатывается общая методология аналитического контроля объектов окружающей среды

– Что это значит? 

– Дело в том, что проб нужно анализировать очень много. Если определять множество примесей в очень большом числе проб воды, то никаких лабораторий для этого не хватит. Значит, надо менять сам подход. Эту задачу можно решать, применив скрининг, многоступенчатый контроль. Первый этап – предварительный анализ,  просмотр проб относительно простыми средствами просто для оценки, есть загрязнители или нет. Если их нет, дальше с этими пробами можно вообще не работать. Если загрязнители есть – тогда, пожалуйста, делайте более серьезные и обстоятельные анализы, требующие хорошо оснащенных лабораторий. 

Вот один пример. В воду могут попасть фенолы. Имеется химическая реакция на все фенолы. Если сделать эту реакцию и увидеть, что фенолов в воде нет – дальше, соответственно, ничего можно не делать. Если же обнаруживается, что фенолы есть, тогда вступают в свои права серьезные дорогостоящие и сложные методы, требующие для своего выполнения еще и квалифицированных исполнителей. Вот это – подход скрининга, многоступенчатого анализа. Это очень облегчает решение проблемы. 

– Юрий Александрович, замечательно, что такие методы разработаны, что вы умеете определять то, что нам не нужно. Но что потом происходит с этой информацией? Каким-то образом научились избавляться от этих вредных примесей – в молоке ли, в воде ли – или это все остается научными разработками?

– Наша задача – создать методы, методики, приборы. Применяют методы и нужные устройства практики, которые работают в прикладных контрольно-аналитических лабораториях. В той же сфере сельского хозяйства есть такие лаборатории, есть они в природоохранной службе, во многих отраслях промышленности. Но они, как правило, не  разрабатывают методы, они берут готовые. А наша задача – эти методы создать. И не только методы – к методу часто надо еще приложить прибор, устройство, методику использования. Наша научная задача состоит именно в этом. Мы не решаем задач конкретного анализа конкретного объекта. 

– Как вы думаете, когда мы идем в магазин и покупаем то же молоко, мы можем быть уверены, что там нет вредных примесей? Что, пользуясь вашими разработками, те люди, о которых вы сейчас сказали, все это внедрили, избавив нас от того, что мы не должны употреблять, и мы можем спокойно пить и есть эту продукцию?

– Вы затронули тему, которая дает мне повод поговорить об очень интересном и перспективном направлении. Речь идет о том, что химический анализ и контроль можно осуществлять не только в специализированных лабораториях, оснащенных сложными и дорогими приборами. Нужно создавать приборы, которыми сможет пользоваться каждый, в том числе и человек, идущий на рынок и покупающий некий продукт. Он может взять такой прибор и на месте проверить, годится этот продукт к употреблению или нет. 

Это стратегическое направление развития нашей науки – сделать аналитические приборы столь же массовыми, как бытовые приборы. Такими же массовыми, как мобильные телефоны и компьютеры. 

Мало того – такие приборы уже есть. Это, в частности, глюкометры, позволяющие, как известно, определять содержание сахара в крови. Создал современный глюкометр американский инженер Адам Хеллер. С его подачи была создана целая отрасль промышленности для выпуска глюкометров, и сейчас весь мир снабжен этими приборами. 

Когда вы приходите в поликлинику, вам на пальчик надевают прибор, который называется пульсоксиметр. Это весьма популярный аналитический прибор, меряющий содержание кислорода в крови. 

Приведенные примеры показывают, что действительно аналитические приборы могут и должны стать массовыми бытовыми приборами, мы движемся в этом направлении. Помимо тех приборов, которые я уже назвал, есть нитратомеры, датчики утечки бытовых газов, тесты на беременность, устройства для анализа пота. Последние удобны для спортсменов, по содержанию лактата в поте можно оценивать степень физической нагрузки. Скажем, спортсмен тренируется достаточно долго, и, чтобы не переборщить в этом отношении, он может проконтролировать содержание лактата и в нужный момент остановить свои усилия. Таких приборов и устройств может быть создано очень много. 

– То есть наступит день, когда мы придем в магазин, поднесем этот приборчик к пакету с молоком и узнаем, не содержит ли это молоко вредных примесей. И, соответственно, сделаем вывод, надо нам его покупать или нет.

– Вполне возможно. Нитратомер в отношении овощей можно и сейчас использовать, хотя качество этих устройств еще не очень высокое. Создание простых и надежных устройств такого рода требует ума и таланта, это не так просто – двигаться в этом направлении. Создание каждого прибора подобного типа требует больших усилий, квалифицированных специалистов, игры ума, воображения. Тот же простой для потребителя глюкометр потребовал при своей разработке привлечения очень многих усилий, и не одного человека.

– Как у нас сейчас с умом и талантом?

– Я думаю, что наша земля не оскудела в этом отношении. Умы и таланты у нас есть. Вот вопрос об условиях проявления ума и таланта - более сложный. У нас прекрасная молодежь, активно работающая. Я имею в виду Московский университет, химический факультет и в частности кафедру аналитической химии. Масса замечательных ребят. И не только у нас. Вот мы сейчас готовим конференцию по методам разделения и концентрирования, которая пройдет в конце сентября. Буквально вчера я смотрел программу этой конференции. Прекрасные есть доклады из Петербургского университета. Там есть группа, активно работающая в области нашей науки, аналитической химии. На эту конференцию они заявили пять докладов, замечательных, очень хорошего, высокого качества. Так что есть чем гордиться, на что надеяться и к чему стремиться.