Целый мир в спектрометре, или Что может аналитическая химия на производстве и в быту?

Есть расхожий стереотип: мало кто из женщин обладает аналитическим мышлением. Чтобы навсегда от него отказаться, достаточно побывать в Институте химии и технологии редких элементов и минерального сырья (ИХТРЭМС) Кольского научного центра РАН, а именно в лаборатории химических и оптических методов анализа. Подавляющая часть сотрудников в ней – женщины, и они могут проанализировать практически все на свете!

Старший научный сотрудник лаборатории, кандидат химических наук Светлана Дрогобужская в детстве мечтала стать астрономом, пока однажды не заняла первое место на районной олимпиаде по химии. А потом и на областной. Тогда поняла, что химия – наука не менее интересная, и начала учебу на подготовительных курсах в МГУ. Однако поступать отправилась в Ленинград, красивый и романтичный город… Вступительные экзамены на химфак ЛГУ были чудовищно сложными – она до сих пор помнит, что по математике на 400 абитуриентов была одна пятерка и девять четверок. Однако Светлана поступила - одна из 56 иногородних в том наборе. Учиться было непросто, особенно на третьем курсе – студентам даже с тройками давали стипендию. Именно на третьем курсе она впервые выступала на студенческой конференции со своей первой работой по сорбентам – занималась извлечением микроэлементов из природных вод.

После окончания вуза Светлана Дрогобужская полтора года по направлению трудилась в авиационной промышленности, а затем приехала в Апатиты по приглашению знакомых. С тех пор, вот уже 31 год, Институт химии – ее главное место работы, которую она успешно сочетает с преподавательской деятельностью. Всего Аналитический отдел ИХТРЭМС разделен надвое: на лабораторию физико-химических методов и на лабораторию химических и оптических методов анализа.

– Наша лаборатория занимается разноплановыми задачами, - рассказывает Светлана Витальевна. – В последние годы сотрудничаем со многими институтами КНЦ, у нас совместные работы с экологами, геологами, медиками, а также с ПАБСИ.

Оборудование, на котором мы работаем, позволяет анализировать практически все. Для экологов – воду, почву, отходы. Для геологов проводить анализ руд, пород и отдельных минералов, где в маленьком минеральном зернышке можем определить порядка 20 элементов. Для медиков готовы исследовать, например, слюну, волосы или ногти. Анализ волос можно сделать разными способами – растворить в кислоте и посмотреть элементный состав, а можно лазером испарить по всей длине и посмотреть распределение элементов. А поскольку человеческие волосы растут со скоростью примерно 1-2 сантиметра в месяц, мы можем узнать, как элементный состав организма менялся в течение года. Волос дает понимание о том, что поступало в организм за это время – не только пища, но и вода, из которой поступает много элементов.

Относительно питья из родников, установлено, что все поверхностные воды в Мурманской области имеют довольно низкую концентрацию кальция и магния. А это значит, что нам нужно курсами пить минеральную воду, поддерживать себя витаминами. Мы с экологами моделировали, что происходит в желудке человека, когда он принимает воду обычную и минеральную. Позже нам удалось проанализировать образцы желудочного сока и понять, что происходит в желудке человека. Кстати, наши выводы после анализа совпали с теми, что мы предполагали при предварительном моделировании. Думаю, было бы любопытно провести анализ костных останков: насколько различаются те, что принадлежат животному и человеку.

Светлана Витальевна рассказывает о приборах, которые помогают в анализе. Главный прибор – масс-спектрометр, который работает с неорганическими веществами. Позже появился и хромато-масс-спектрометр, который позволяет анализировать органические вещества. Именно с его помощью химики однажды проверили купленную на развес икру, и пришли к выводу, что, пожалуй, от ее употребления в пищу лучше воздержаться. Также анализу подвергли обычный чай из магазина – оказалось, что в нем так много танина, отдающего напитку цвет, что даже остальной состав продукта сложно посмотреть… И все же, основная задача лаборатории – аналитическое сопровождение технологических работ, проводимых в институте.

– Оборудование помогает, например, кроме минерального сырья анализировать концентраты для определения в них самых разнообразных элементов – платиновых, редкоземельных, и ряд редких, таких как иттрий, скандий, рений…, – рассказывает она. – И даже такой интересный элемент, о котором вы вряд ли слышали – протактиний. Геологов интересует соотношение этих элементов и последнее, что мы смотрели – как раз соотношение протактиния с ураном. Его мало кто измеряет, а это интересная вещь!

Не менее интересна работа с органическими веществами, в том числе и ради помощи городским службам:

– Для следователей, полиции и МЧС сотрудники лаборатории проводили разные исследования. Один из интересных – анализ крепкого алкоголя на предмет его фальсификации. Здесь интересно знать, что любой оригинальный коньяк всегда содержит метиловый спирт, потому что при естественном брожении в деревянных бочках его небольшая концентрация, десятки миллиграммов в литре, сохраняется. А вот в фальсификате его нет. Нам принесли несколько образцов, из одного из которых неудачно выпил потребитель, и моя коллега установила истину. Вообще, напитки на анализ нам приносила еще милиция – тогда хромато-масс-спектрометра не было, изучали на хроматографе: моя коллега Галина Короткова проводила подобные анализы.

В 90-х бывали и совсем странные случаи. Однажды мы изучали воду из-под крана на наличие в ней ртути – об этом в полицию заявил владелец квартиры. Ничего не нашли, а вот в тушке курицы ртуть мы однажды обнаружили… А когда запускали хромато-масс-спектрометр, одним из тестов был анализ духов, хотя напрямую ввести даже микролитр, в прибор нельзя – слишком высока концентрация. Так что делается парофазный анализ – берется для него газовая фаза.

Лаборатория химических и оптических методов анализа сотрудничает также с самыми разными промышленными предприятиями, которые присылают пробы на анализ. Среди постоянных – «Руссредмет», «Кольская ГМК». Не так давно обращались к химикам в Апатиты из Верхней Пышмы, из «Уральской ГМК». Обычно присылают образцы чистых веществ, оксиды редкоземельных элементов, а для «Кольской ГМК» наши химики исследовали практически всё – исходные и конечные продукты, а также пыли, которые поступают как в оборот, так и в окружающую среду.

Возвращаясь к человеку, как к предмету исследования, невозможно не спросить: а как химик ведет себя в быту? Ведь его знания о том, что окружает нас, выходят далеко за рамки среднестатических. Например, бытовая химия – какой выбор сделает человек, глубоко знакомый с любыми ее свойствами? – Не могу сказать, что я бесконечно читаю составы на каждом флаконе, но как быстро и эффективно убрать ржавчину я знаю, и для этого мне не обязательно покупать специальные средства в магазине, – отвечает Светлана Дрогобужская. – А вот для удаления жирного налета, я отправляюсь за бытовой химией на основе щелочи. Также я понимаю, что сантехнику эффективнее всего отчистят средства с хлорсодержащими соединениями, только хлор должен быть активный.

Если говорить о стирке, то я много лет пользовалась обычным 72-процентным хозяйственным или детским мылом, особенно для стирки детского белья. Тем более, что некоторые пятна с тканей можно удалить только им. Потом появились специальные стиральные порошки для детской одежды, а вот качественное хозяйственное мыло найти стало трудновато…

Убеждена, что разница между бытовой химией, продаваемой в наших магазинах и заграничной, есть. Поэтому привожу из поездок и стиральный порошок и «Фэйри».

Если говорить о шампунях, то стоит помнить – они в основном содержат калиевые соли, а мыло – натриевые. Конечно, когда я читаю про цератины в шампунях, мне смешно – подобных соединений наука не изобрела, а кератин или фтор в зубной пасте вряд ли быстро смогут восстановить волосы или зубы, все зависит только от элементного статуса организма. При этом, люди постоянно «пугаются» каких-то бытовых опасностей. Например, обсуждали вред соединений титана, но ведь их в бытовой косметике его использовали всегда как отбеливающий и абразивный компонент. Или, например, поверхностно-активные вещества и новая мода: якобы, надо покупать только те средства, которые дают мало пены. Но ведь эта пена достаточно хорошо смывается, а когда пены нет, вы не замечаете, не осталась ли она на ваших волосах или теле. И если вы возьмете любую зубную пасту, то практически в каждой из них есть и титан, и ПАВы. Поэтому, я считаю, ничего не нужно опасаться – химия вокруг нас, мы живем с нею рядом, и она помогает нам в быту.

А о чем мечтает женщина-химик, спросите вы. Все очень просто – об обновлении приборной базы в лаборатории и, конечно, о появлении в ней молодых специалистов:

– За последние 30 лет в химическом приборостроении произошел мощный рывок, связанный с компьютерной эрой, – говорит Светлана Дрогобужская. – Современные приборы – это комплекс, который сможет работать даже без человека, если задать ему необходимые параметры. Он сам покажет любой компонентный состав, поскольку обеспечен базой данных для помощи в расшифровке, выявлении вероятности совпадений и так далее. Современный химический анализ позволяет делать многие вещи, но все же он требует от человека особой подготовки. Без знания химии соединений работать с ним нельзя – прибор за тебя, без твоего опыта, все-таки не справится. Причем знания нужны не просто в аналитической химии, но и те, что связаны с устройством техники – нужно понимать, как ты получаешь аналитический сигнал, и что на него влияет. К сожалению, аналитиков сегодня нам очень не хватает…

А еще сложность работы в том, что мы исследуем очень разные образцы. Например, вчера я делала анализ пентаоксида ниобия, сегодня исследовала почву, затем – платиновые металлы в растворах, а завтра займусь пентаоксидом тантала. Сделать все это на одном приборе кажется невозможным, но мы делаем. И с 2007 года, когда лаборатория получила новое оборудование, мы разработали огромное количество собственных методик исследования воды, почвы, отходов, пылей, технологических продуктов и руд, концентратов, растений, а сейчас еще и желудочного сока, волос, при необходимости – и крови. Трудно найти объект, который мы бы не смогли проанализировать, с нашим оборудованием можно многое, но главное, чтобы это было интересно не только лично тебе, как ученому, но и приносило пользу другим.

8 Марта 2021