«Арктика» — территория науки

Активно действующие региональные центры коллективного пользования начинают играть все более важную роль в научно-исследовательской жизни России. Эффективной работе способствует множество факторов. В числе самых важных — новейшее научное оборудование и энтузиазм самих сотрудников, считает Александр Кожевников, заместитель директора ЦКП «Арктика».

Центр коллективного пользования «Арктика» является научным подразделением Северного (Арктического) федерального университета имени М. В. Ломоносова. Основной областью деятельности ЦКП является анализ веществ и материалов. Центр составляют несколько мощных аналитических лабораторий. Оснащение ЦКП не уступает лабораториям западным университетов. Центр также занимается сверхкритическими флюидными технологиями (это способ извлечения (экстракции) ценных веществ из растений с помощью сверхкритического флюида. Сверхкритический флюид — состояние вещества, когда оно является одновременно и газом и жидкостью, т. е. обладает хорошей проникающей способностью (как газ) и растворяющей способностью (как жидкость)).

Методический арсенал «Арктики» — электронная микроскопия, атомно-силовая микроскопия, различные спектральные методы (рентгеновская спектроскопия и молекулярная спектроскопия в различных областях спектра). Широко представлены жидкостная и газовая хроматографии, доминирующая в наше время при анализе сложных смесей. В Центре наиболее активно используется масс-спектрометрия: определяемые вещества ионизируются — превращаются в ионы, а затем определяются непосредственно массы этих ионов (отношение массы к заряду). Исследователи получают возможность селективно определять интересующие их компоненты. У каждого вещества есть свой масс-спектр — при разрушении молекулы получается набор фрагментов (ионов) со своими массами. Масс-спектр молекулы — как «отпечаток пальца» вещества. Существуют огромные базы данных, библиотеки масс-спектров, которые позволяют надежно идентифицировать определенное вещество. Масс-спектрометрия позволяет в отличие от других методов надежно определять крайне низкие концентрации субстанций. Очень часто достаточно пикомолярных и даже аттомолярных количеств веществ. Это крайне низкие уровни. Пикомоль — это одна триллионная моля — десять в минус 12 степени, далее фемтамоль — еще в 1000 раз меньше, аттомоль — еще в тысячу. Оцените, насколько ничтожные величины могут быть детектированы и определены.

Другой целью использования масс-спектрометрии является анализ сложных смесей. Иные методы не будут эффективны из-за присутствия в исходном материале огромного количества мешающих компонентов. Исследуемой смесью могут выступать биологические жидкости, такие как кровь человека, где присутствуют десятки тысяч соединений, или, например, экстракты почвы.

Сотрудники ЦКП «Арктика» исследуют торфяно-болотные почвы Севера России на широкий круг загрязняющих веществ. Определение уровня загрязнителей таких почв — сложнейшая аналитическая задача, которую может решить очень ограниченный круг лабораторий не только в России, но и в мире.

Сейчас в центре работает девять масс-спектрометрических систем. И метод этот весьма недешев: стоимость приборов измеряется сотнями тысяч, а то и миллионами евро.

Однако именно масс-спектрометрия эффективна для контроля различных супертоксикантов в объектах окружающей среды, например ракетного топлива — гептила и продуктов его трансформации. Еще один вектор работы — определение биологически-активных и токсических веществ в растениях.

Европейский Север России богат растениями, ценными с точки зрения фармацевтики и медицины. Например, уникальные морские водоросли, содержащие массу соединений, полезных для человеческого организма. Одна из важных задач ЦКП — изучение химического состава растений, их биомассы, в том числе поиск ценных компонентов и определение возможности их выделения как отдельных веществ. И здесь методы анализа смыкаются с методами извлечения и концентрирования со сверхкритическими флюидными технологиями экстракции соединений.

Одновременно с этим в ЦКП велись работы с каротиноидами, которые имеют свойства антиоксидантов. В том числе, содержащийся в моркови бета-каротин. Сотрудниками были разработаны и опубликованы методики определения различных каротиноидов в растениях.

Существует и такая группа соединений, как тритерпеноиды. К ним относится бетулин, содержащийся в коре березы. Он имеет противораковую, ранозаживляющую активности и бактерицидные свойства. Бетулин является очень интересным соединением, из которого производятся полусинтетические производные. В «Арктике» научились определять целый комплекс таких родственных соединений — циклических тритерпеноидов.

ЦКП «Арктика» приступил к исследованию таких антиоксидантов, как фенолы и полифенолы, которые содержатся во многих растениях. Большой интерес представляют малоизученные и эндемичные арктические водоросли. Есть только начальные представления о природе их химического состава. В водорослях содержатся ценные компоненты. Но полный спектр веществ, которые в малых концентрациях присутствуют в водорослях, в России изучен слабо. Это огромное поле для исследований.

Тем не менее, у северных соседей России — норвежцев — существует центр, создающий архивы химического состава морских организмов. Такие данные могут быть использованы фармацевтической промышленностью, если возникает потребность в создании групп лекарств.

Процесс трансформации ракетных топлив в окружающей среде, особенно в торфяных почвах, также является слабо изученной проблемой на настоящий момент. Для Архангельской области тематика данных исследований является весьма актуальной. На территории региона находится районы падения первых ступеней ракет, стартующих с космодрома космодром «Плесецк». С одной стороны широкого распространения токсичных компонентов ракетного топлива в окружающей среде нет — оно хорошо связывается торфяными почвами. С другой стороны, в болотистых почвах очень интенсивно идут процессы химических реакций, в ходе которых гептил может образовывать ряд других, очень опасных соединений. Это очень сложная область для изучения. Сам гептил крайне реакционноспособное вещество и он вступает в огромное количество различных реакций, образуя широкий круг продуктов. Они могут быть как безвредными, так и крайне токсичными. Это важное направление для исследований, проводимых методами масс-спектрометрии. Сейчас разработаны методики масс-спектрометрического определения порядка 30 основных продуктов реакций гептила с разными веществами в почве. Самое опасное канцерогенное вещество, которое может синтезироваться — нитрозодиметиламин.

«К сожалению, сейчас эта область привлекает слишком мало внимания со стороны власти и Министерства обороны РФ. Нельзя сказать, что все так страшно, но все эти процессы надо контролировать. Необходимо изучать целый комплекс метаморфоз, которые происходят после попадания гептила в почву. Это направление долго себя не изживет, мы находимся вдали от завершающей стадии, здесь можно многое исследовать. Продолжается работа по постоянному обследованию мест падения ступеней ракет. В этом году мы добрались до полуострова Ямал, где находятся районы падения вторых ступеней ракет», — прокомментировал директор центра, кандидат химических наук Дмитрий Косяков.

Ссылка на оригинал статьи