С.В. Темерев рассказывает о выиграном гранте и экстракционно-инструментальных методах

8 июня 2020
Продолжаем поздравлять победителей университетских грантов. Сегодня о своем проекте «Экстракционно-инструментальные методы анализа микроэлементов в природных и технических объектах» нам расскажет доктор химических наук, профессор кафедры техносферной безопасности и аналитической химии Института ХиХФТ Сергей Васильевич Темерев:

– В новых непростых экономических условиях руководство университета продолжает развивать естественные науки и проектное обучение студентов Института химии и химико-фармацевтических технологий. Поддержку получили три проекта по химическим наукам из двенадцати проектов других подразделений.

Химический анализ – важнейшая процедура с междисциплинарным содержанием. Процедура анализа предполагает непременное исполнение последовательности действий. В первую очередь выполняется представительный пробоотбор, во вторую – подготовка аналитического образца. Третья стадия основана на получении аналитического сигнала, следующей стадией процедуры является обработка аналитического сигнала. На заключительной стадии химик-аналитик обязательно оформляет результат с расчетом суммарной погрешности.

Отбор образца сложного химического состава сочетают с методами разделения и концентрирования веществ, например микроэлементов. Микроэлементы выбраны не случайно в качестве аналитов – индикаторов экологического состояния, безопасности и соответствия современным требованиям национальных стандартов, эпидемиологичеких и гигиенических требований. Современные инструментальные методы позволяют анализировать микроэлементы на уровне следов, эффективно отделять мешающие вещества и концентрировать целевые компоненты. Концентрирование микроэлементов с применением ионных жидкостей и легкоплавких расплавов позволяет повысить аналитические возможности инструментальных методов. Современные инструментальные методы активно развиваются и применяются в химико-аналитическом контроле технических и природных систем. Методы аналитической химии образуют основу количественных измерений в контроле качества и безопасности жизни людей. Мы имеем право на чистую воду, воздух, продукты питания и безопасную фармацевтическую и медицинской помощь.

Именно на улучшение качества жизни граждан Алтая направлен настоящий проект. Разработка новых эффективных экстракционно-инструментальных методов анализа микроэлементов в природных и технических объектах направлена на решение химико-аналитических проблем биологии, фармации, здоровья людей.

Реализация настоящего проекта позволит усилить научную компоненту химического анализа продукции АПК, растениеводства, биологических ресурсов, наполняющих биофармацевтический кластер Алтая как экологически благополучной территории внутренней России.

Особую научную актуальность представляют легкоплавкие расплавы с температурой плавления ниже температуры кипения воды. Их применение упрощает процесс извлечения целевых веществ из водных компонентов природных систем, исключает применение горючих органических растворителей и приводит в соответствие химические методики с принципами «зеленой аналитической химии», позволяет извлекать целевые компоненты из твердых природных и технических, в том числе фармацевтических образцов.

Сочетание экстракции как подготовки образцов с оптическими методами молекулярной и атомной спектрометрии, а также с вольтамперометрией и ренгеновской флуоресценцией при реализации проекта повысит возможности аналитического контроля. Инструментальные методы аналитической химии служат средством химико-аналитического контроля экологической безопасности и биологической ценности природных и технических, в том числе фармацевтических объектов. Современные методы позволяют определять как химические индикаторы безопасности экосистем (ртуть, мышьяк, свинец, кадмий и др.), а также микроэлементы биологической ценности (I, Se, Zn, Cu, Fe, Mn, Co, Cr, F), особенно для континентальной территории Алтайского края, испытывающей дефицит йода, селена, фтора и др.

Перспективные разработки коллектива кафедры техносферной безопасности и аналитической химии представляют многообразие эффективных экстракционных систем концентрирования и разделения веществ, особенно легкоплавких расплавов, которые могут рассматриваться как заместители импорта ионных жидкостей (ИЖ) – нового класса растворителей. Ряд уникальных свойств: электропроводность, температурная устойчивость, нетоксичность, способность к активному ионному обмену расширили области применения ИЖ в практическом анализе объектов, созданию сенсоров и тест-систем молекулярной цитометрии биологических жидкостей. Пока нет ясности в механизмах обмена фазы ИЖ с водным раствором. Но ассортимент как гидрофильных, любящих воду, так и гидрофобных, нелюбящих воду расплавов с низкими температурами плавления расширяется.

В практику аналитической химии вступают экстракционно-электрохимические методы не только ионов, но и ферментов, биологически активных веществ. В России ИЖ не производят в коммерческих объемах, а производимые за рубежом весьма дороги и недоступны широкому кругу химиков-аналитиков. Проект решает проблему замещения импорта ИЖ и эффективного аналитического применения легкоплавких расплавов органических солей – эффективных аналогов ИЖ – путем синтеза из органических оснований пиразолонов (пира – жар), жаропонижающих лекарственных веществ, примененных в России в 70-х годах прошлого века в качестве аналитических фотометрических реагентов и твердых органических кислот. Таким образом, твердые лекарственные основания (антипирин, амидопирин – известные лекарства) взаимодействуют с твердыми органическими кислотами, например сульфосалициловой, ацетилсалициловой кислотой. Натриевая соль сульфасалициловой кислоты известна как глазные капли «альбуцид», ацетилсалициловая кислота – распространена как лекарство «аспирин».

Именно из лекарственных средств, прошедших фармакопейную сертификацию на безопасность можно приготовить эффективные аналитические реагенты, концентрировать и анализировать микроэлементы в различных объектах.

Температура плавления и температура кипения представляют собой фундаметальные войства вещества. В случае фазового перехода из твердого состояния в жидкое происходит структурная перестройка. Кристаллы плавятся при постоянной температуре плавления температуре фазового перехода. Если мы будем расплавлять или кипятить чистое вещество, то температуры его плавления и кипения можно найти в справочниках по физике и химии. Из школьных учебников по химии нам известно, что кислота взаимодействует с основанием.

Если сильная неорганическая кислота взаимодействует со щелочью, то образуется соль и вода. Например кислота соляная, взаимодействуя со щелочью, едким натром, образует неорганическую соль – хлорид натрия и воду – растворитель. Соль может быть органической по химическому составу, а разнообразие оснований и кислот весьма интенсивно расширяет ассортимент весьма значимых аналитов в биологии, медицине и фармации. В качестве иллюстрации следует представить фото легкоплавкого расплава салицилата тиопириния.

Органические по химическому составу и ионные по структуре соли можно выбрать легкоплавкими, а температуру плавления выбрать ниже температуры кипения воды, так как наиболее значимые для анализа объекты находятся в биологических жидкостях, природных, технических аэрозолях, в том числе выдыхаемом пациентом воздухе. Аналоги ионных жидкостей, новый тип растворителей, которые в современных системах используются в качестве биологических сенсоров.

Аналитическое применение расплавов обеспечит правильность и достоверность химического мониторинга микроэлементов в природных и технических объектах, так как позволит регистрировать аналитический сигнал независимыми методами:

  • оптическим,
  • электрохимическим,
  • рентгено-флуоресцентным,
  • реализует микроэкстракцию ионных форм элементов и анализ целевых компонентов на уровне следов.

В проекте будут получены результаты аналитического применения разработанных и приобретенных за рубежом ИЖ на модельных растворах ионов тяжелых металлов и нормируемых веществ водных экосистем. Разработанные в результате проекта экстракционные системы российского происхождения представляются эффективными и оригинальными.

От всей души поздравляем Сергея Васильевича. Желаем дальнейших научных побед, неиссякаемых идей и здоровья!

Институт химии и химико-фармацевтических технологий
поделиться

Кафедра техносферной безопасности и аналитической химии

Июль 2020
Пн Вт Ср Чт Пт Сб Вс
    1 2 3 4 5
6 7 8 9 10 11 12
13 14 15 16 17 18 19
20 21 22 23 24 25 26
27 28 29 30 31