«СГУщёнка» продолжает знакомиться с лабораториями Саратовского университета. В этот раз мы побывали в Институте химии, где учёные показали нам своих главных помощников – мощное оборудование, благодаря которому выполняются проекты международного уровня.
Спектральная лаборатория имени В.Г. Харченко Института химии
Здесь проводится комплексное изучение состава и структуры веществ. Сотрудники разных подразделений СГУ обращаются к коллегам, чтобы провести спектральное исследование молекул и сделать расшифровку полученных данных. В проводимых экспериментах учёные отвечают на вопрос: какое строение имеет образец? Органические вещества сложны по строению, некоторые их свойства проявляются только в растворе, а их тонкие отличия можно увидеть с помощью специальных приборов, которые сами расскажут о себе:
«Меня зовут спектрометр ядерного магнитного резонанса (ЯМР). Я единственный такой прибор в Саратовской области, ядро лаборатории, поскольку основные эксперименты не обходятся без меня. Ко мне обращаются коллеги моих учёных: полимерщики, аналитики, неорганики, органики и много кто ещё.
Для института меня купили в 2007 году в рамках программы развития Национального исследовательского университета, и стоил я дорого – около 15 миллионов рублей. Я очень большой, тяжёлый и привередливый, поэтому меня всё время обновляют. В мою родную лабораторию на втором этаже меня поднимали строго вертикально на кране. Корпус исторический, поэтому мои хозяева очень переживали, не окажусь ли я чересчур тяжёлым? Выдержит ли пол? К счастью, я уверенно стою на своих трёх ногах!
Я работаю по принципу магнитно-резонансной томографии (то же магнитное поле, те же радиоволны), только не с людьми, а с растворами, например фармацевтическими субстанциями. Хотя коллеги наших учёных даже крысу в моём брате изучали, живую, правда спящую! Мой большой корпус – мощный магнит.
Для каждого раствора настраивается своё магнитное поле, поэтому сеансы занимают разное время. Эксперимент на протонах длится всего 30 секунд, двумерный спектр требует от 5 до 30 минут. Растворы удобнее для анализа: достаточно перевести любое твёрдое вещество в эту форму с помощью специального растворителя с ядрами дейтерия.
В моём “сердце“ – платформа для ампул. Они помещаются строго вертикально, поэтому я стою на пневматической подушке – чтобы проезжающий по улице транспорт и человеческие шаги не трясли подо мной пол. Одномоментно во мне находится только одна ампула, длиною около 15 сантиметров, образец – не более 10–20 миллиграммов исследуемого вещества в 400–500 микролитрах растворителя.
Я прибор холодолюбивый! Для создания магнитного поля, которое и помогает снимать спектры, нужен соленоид – сверхпроводящий магнит. Он погружается в жидкий гелий. А чтобы тот быстро не испарялся, его окружает “рубашка“ из жидкого азота. Гелий стоит очень дорого и заправляется раз в 8–10 месяцев. А вот дьюары с азотом мне привозят каждую неделю – один, а то и два!
Рядом со мной стоит блок радиочастотных датчиков и электронных компонентов. Тут всегда “дискотека“ – мелькают различные индикаторы. Датчики принимают отклик от вещества, формируя исследуемые спектры. Чтобы я хорошо себя чувствовал, компоненты этого блока всё время обновляют на самые современные.
Практическое применение результатов исследований – контроль свойств в получаемых высоко- и низкомолекулярных соединениях. Без моих данных не понятно, удалось ли получить целевое вещество, насколько оно чистое. Я помогаю установить строение неизвестных веществ и оценить степень превращения. Совместно с Институтом биохимии и физиологии растений и микроорганизмов РАН и Вавиловским университетом при участии учёных лаборатории разрабатывали состав, который бы стимулировал рост растений и удлинял их корневую систему»
Заведующий Спектральной лабораторией, доцент кафедры органической и биоорганической химии В.С. Гринёв считает: «Синтез ради синтеза – никому не интересно».
«Я называюсь ИК-фурье спектрометр (ИК) и тоже работаю с электромагнитным излучением, как и мой двоюродный брат Спектрометр ЯМР. Правда, в другом диапазоне длин волн. Чувствуете приятное тепло от нагревательных приборов? Они излучают в инфракрасном диапазоне.
Я могу работать как с жидкими, так и с твёрдыми образцами, причём последние предпочитаю больше! Если нужно, могу и с газами. Я, конечно, не даю такой подробной информации о структуре молекул, как мой собрат, зато могу быстро отличать одно вещество от другого: мои спектры настолько сложны и индивидуальны, что становятся “отпечатками пальцев“ каждого конкретного соединения, как органического, так и неорганического. Полимеры для меня – тоже обычное дело. И вещества для анализа мне нужно немного – пары миллиграммов более чем достаточно. Так что я полезен всем!»
«А я высокоэффективный жидкостной хроматограф (ВЭЖХ), менее известный, но тоже важный прибор: я нужен для разделения смесей. Выгляжу я громоздко, но, по сути, вся работа проходит на небольшой “колонке“, а остальное наполнение корпуса – “обслуживающий персонал“.
Я работаю только с жидкостями, поскольку разделение проходит в подвижной фазе. А высокоэффективный я потому, что создаю высокое давление жидкости – 10–100 атмосфер! А если нужно, могу и больше! Один эксперимент занимает от 10 до 30 минут. Чаще всего ко мне обращаются органики, аналитики и неорганики, и я с радостью им помогаю.
Для работы нужна очищенная вода. Для этого у меня есть специальный прибор-помощник. Он деионизирует воду, и она перестаёт быть электрическим проводником, поэтому в неё можно смело опускать руки и не бояться удара током!».
В настоящее время в лаборатории выполняется грант Российского научного фонда по созданию библиотек конденсированных имидазогетероциклов. В его рамках учёные синтезировали органические молекулы, которые обладают антимикробным действием и лечат бактериальные инфекции у людей и животных. Эти разработки получат практическое применение в создании новых антибиотиков.
Другое исследование лаборатории направлено на создание антисептиков более широкого круга действия. Это четвертичные аммонийные соединения – активные компоненты различных спреев и гелей, которыми люди обрабатывают руки, медицинские инструменты и приборы.
Команда лаборатории небольшая, всего 3 сотрудника: руководитель В.С. Гринёв, инженеры И.А. Демешко и А.С. Кочуков. Студенты Института химии занимаются тут исследовательской работой, приносят вещества для их детального изучения. Фактически, оценку того, насколько хорошо они научились проводить синтезы, они получают именно здесь.
Текст: Екатерина Селиверова
Фото: Полина Десятникова, София Сарыгина
По материалам печатного журнала «СГУщёнка», выпуск №42, 2024 г.