Доценты Санкт-Петербургского государственного университета (СПбГУ) стали лауреатами ежегодной премии президента Российской Федерации в области науки и инноваций для молодых ученых за 2022 год. Андрей Шишов и Ирина Тимофеева разработали метод быстрого и точного химического анализа промышленных, природных и биомедицинских объектов. Не менее важной заслугой ученых является экологичность способов определения разнообразных веществ (консервантов, антибиотиков, пестицидов) в различных объектах анализа: воде, почве, пищевых продуктах, биологических жидкостях, техногенных объектах.

Безопасный и точный

Как известно, органические и неорганические вещества могут наносить существенный вред окружающей среде и здоровью человека. К примеру, антибиотики при попадании в организм человека вызывают устойчивость к этим веществам. Для контроля загрязнителей существует арсенал различных методов и инструментов, но процесс химического анализа отнимает много времени и требует большого количества токсичных реагентов. Петербургские ученые поставили задачу сделать химический анализ более экспрессным, то есть простым и быстрым, безопасным, по возможности автоматизированным.

«Что такое химический анализ? Приходите домой, открываете воду из-под крана и думаете, а можно ли ее пить? Для ответа на этот вопрос нужно отнести пробу химику-аналитику, который проводит анализ и говорит, безопасна она или нет, – рассказывает Андрей Шишов. – То же самое можно сделать с пищевыми продуктами, строительными материалами, нефтехимией».

По словам ученого, сейчас ни одно производство не может обойтись без аналитической химии – везде присутствует контроль качества сырья. Но ученым не всегда удается использовать безопасные реактивы. Главным образом потому, что на все это нужно время. Люди не всегда понимали особенности растворителей, с которыми приходится работать. К примеру, Мария Склодовская-Кюри и многие ее коллеги, которые использовали радиоактивные вещества и не понимали их влияния на организм, умирали от рака. Некоторые методы анализа тоже не всегда используют экологические вещества и растворители, потому что так удобнее и хорошо работает.

В своих работах химики из СПбГУ пытаются заменить токсичные и дорогостоящие реагенты на более безопасные и доступные при сохранении точности и качества анализа. Метод, получивший признание, относится как раз к таким прогрессивным разработкам. Объектами анализа ученых становились пищевые продукты, биологические жидкости, ткани, строительные объекты, нефтехимия, а также природная вода, почвы, атмосферный воздух и так далее. Они определяли содержание в них не только токсинов, пестицидов, антибиотиков, но и полезных компонентов, таких как витамины, минералы, полифенольные соединения.

«Сейчас такой подход модно называть «зелёной» аналитической химией, ей мы и занимаемся. Для этих целей постоянно ведутся поиски и синтез новых веществ, выполняющих роль экстрагентов – растворителей, которые способны извлекать определяемые вещества из пробы, а также новых способов и подходов для осуществления этого процесса. Мы и дальше планируем работать в этом направлении, развивая как фундаментальную составляющую наших исследований, так и их прикладной аспект», – рассказала нашему изданию Ирина Тимофеева.

Путь в науку

Химия – один из самых загадочных школьных предметов, который немногие любят, а понимают вообще единицы. Петербургские ученые тоже полюбили химию не сразу. Андрей Шишов учился в физико-математической школе, мечтал конструировать роботов. Но однажды произошла забавная история – товарищ нашел в Интернете рецепт «веселящего газа» и предложил повторить, обратившись к учительнице по химии. К сожалению или к счастью, ничего из этого эксперимента не получилось, но мальчик увидел живой процесс превращения одного вещества в другое. А также понял, как человек может влиять на природу и сколько всего интересного природа может рассказать человеку. После занятий с репетиторами и посещения курсов молодой человек успешно поступил за химфак и ни разу не пожалел о выборе. В СПбГУ Андрей успешно защитил кандидатскую диссертацию и остался там работать.

Как говорит Ирина Тимофеева, ещё в школе химия показалась интересной и увлекательной дисциплиной, во многом благодаря учителю химии – Ларисе Дмитриевне Лобановой. Девочка с удовольствием выполняла лабораторные работы, наблюдала, как меняется окраска раствора, возгорается пламя, вырастают на глазах кристаллы, и чувствовала себя «настоящим волшебником». На курсе аналитической химии в университете ее преподавателем оказался профессор, доктор химических наук Андрей Васильевич Булатов. Он учил студентов во время титрования (метод определения концентрации вещества в растворе. – Ред.) описывать оттенки получаемого раствора необычными эпитетами. К примеру, ему не нравились при описании реакции скучные слова «коричневый» или «оранжевый», и девушка придумала цвет «перезревшего банана» и «спелого апельсина». Во многом благодаря возникшему интересу и единственной «тройке» в аттестате по аналитической химии Ирина приняла решение продолжить работать в этом направлении науки.

Перспективное направление

Как отметила директор Института химии СПбГУ Ирина Балова, за десять лет совместной научной работы молодые ученые создали более 60 способов химического анализа проб, которые уже сегодня применяются на практике. Так, Андрей Шишов – обладатель патента на создание реагента для количественного спектрофотометрического определения ферроцена в бензине. Препарат позволяет снизить вредные выбросы и увеличить срок действия двигателя автомобиля. По словам Ирины Тимофеевой, получение премии президента для молодых ученых – это не только награда, но и мотивация для дальнейших исследований.

«Прогресс, как известно, не стоит на месте. Появляются новые лекарства, новые консерванты и пестициды, новые виды вирусов и бактерий. Поэтому задач для учёных не становится меньше, – отметила она. – В распоряжении наших научных сотрудников и студентов находится Научный парк с современным оборудованием, где можно проводить исследования на самом высоком уровне. Более того, для студентов предусмотрена различная финансовая поддержка в виде грантов и стипендий, возможность прохождения стажировок, участия в конференциях международного уровня. Ну а мы, как руководители проектов, заинтересованы в студентах с горящими глазами и готовыми к работе – иногда рутинной и далеко не всегда получающейся с первого раза».

Среди работ молодых ученых также многочисленные гранты президента, Российского научного фонда, Российского фонда фундаментальных исследований, правительства Санкт-Петербурга и Санкт-Петербургского государственного университета, а также австралийского правительства.
По словам директора Института химии СПбГУ, несмотря на западные санкции, сотрудничество между странами в области науки продолжается. И наука – это та «мягкая сила», которая объединяет людей и помогает даже в непростые времена.

«Некоторые научные организации запрещают напрямую и официально контактировать с российскими учеными. Но в науке началась определенная диверсификация, мы начали плотнее сотрудничать с китайскими и иранскими коллегами. Более того, работы наших ученых принимаются в научных редакциях западных стран – в науке ограничений гораздо меньше», – заметила Ирина Балова.