Химия на страже экологии

В Югорском государственном университете разрабатывают химические сенсоры, которые помогают оперативно и качественно проводить экологические мониторинги. Это особенно актуально для Югры, так как в нашем округе самый мощный в России нефтегазодобывающий комплекс. Сейчас такие проверки очень дорогостоящие, трудозатратные и, что самое главное, занимают очень много времени. Наша разработка в корне изменит ситуацию в этой сфере.

Разработкой специальных хемосенсоров занимается младший научный сотрудник Высшей нефтяной школы Александра Кудреватых. Её проект признали победителем конкурса «УМНИК». Исследование молодого учёного ЮГУ поддержал Фонд содействия инновациям.

Мы побеседовали с Александрой, расспросили её о пути в науку, преподавании, наших лабораториях и дальнейшей научно-исследовательской работе по проекту.

- Александра, когда и почему у вас появился интерес к химии?
- Когда начали преподавать химию в школе, больше не стоял вопрос о том, кем стать. Появилось осознанное решение, что я буду химиком. Также не было вопросов касательно вуза. Сразу был выбран наш университет. Я родом из Нягани, поэтому другие университеты даже не рассматривала. В 11 классе я целенаправленно поступала на специальность «Химия» в Югорский государственный университет. Позже узнала, что моя бабушка была лаборантом на приисках в Таджикистане. В её обязанности входило исследование руды на наличие золота. Мой муж тоже химик, хотя изначально учился на другую специальность. Он работает в нашей химической лаборатории. У меня и мама химик. Отучилась на курсах, теперь она тоже лаборант.


- Вы рады выбору вуза?
- Да, конечно! Выбор ЮГУ полностью себя оправдал. Я проучилась в нашем университете в общем итоге девять лет: пять лет на специалитете по направлению «Фундаментальная и прикладная химия», четыре года – в аспирантуре – по направлению «Химические науки». И затем осталась в университете – уже в качестве старшего преподавателя.

- Нравится ли вам преподавать?
- Да, выбор профессии пришёл осознанно. Быть лаборантом в химической лаборатории никогда меня не привлекало. А когда начала заниматься научной работой, пришло понимание, что я буду исследователем-преподавателем.

- Как выглядит ваш обычный рабочий день?
- Так как я старший преподаватель, львиную долю времени занимает подготовка к парам – лекциям, лабораторным, практическим занятиям – и их проведение. Оставшееся время уходит на исследовательскую работу со студентами, на проведение своей научно-исследовательской работы. Действительно, много времени уходит на подготовку к преподаванию. Потому что хочется заинтересовать студентов, чтобы им было интересно, донести материал так, чтобы он их увлёк. Главное, хочется дать полезную информацию. Не так, чтобы они пришли на производство и забыли всё, чему их учили в университете. Я преподаю им то, что пригодится. Стараемся обучать студентов глубокому пониманию химических процессов и, конечно, навыку работы на современном оборудовании, что очень ценится работодателями. Сейчас ни один химик-профессионал не может работать в лаборатории, не умея работать на аналитическом оборудовании.

- Когда вы поняли, что хотите заниматься наукой?
- Возможно, это случай, а может, удача или воля судьбы. На втором курсе я попала в научную группу к Любови Степановне Клименко. И здесь не осталась ни единого варианта не заниматься наукой, не влюбиться в эту отрасль. Начиная со второго курса, я ежегодно участвовала в различных конференциях – всероссийского и международного уровня. Выступая с докладами, побывала в различных городах нашей страны. Самое интересное, что в разных университетах – и в МГУ, и в университете им. Менделеева в Санкт-Петербурге – посмотрела, как учатся коллеги-химики, увидела лаборатории, как ведутся исследования. Во время обучения в аспирантуре я дважды была на стажировке в академгородке в Черноголовке в Московской области в Институте проблем химической физики РАН. Конечно, это бесценный опыт для молодого исследователя, аспиранта, который задал высокий уровень работы. Потому что работать бок о бок с учёными, имеющими мировое признание, конечно, задаёт высокую планку для личного роста, для уровня твоей работы.

- Как вы оцениваете наши лаборатории?
- У наших лабораторий есть большое преимущество – они современные. В ЮГУ шесть учебных химических лабораторий: неорганической, органической, физической, общей химии, химии нефти и газа, а также аналитической химии. Здесь проходят лабораторные по аналитической химии, спектральным методам анализа, по химии окружающей среды и по другим дисциплинам. У наших студентов есть возможность работать на хорошем дорогостоящем оборудовании. Также здесь занимаются ребята, которые обучаются на дополнительном образовании – проходят курсы лаборантов химанализа 3-4 разрядов, повышают свою квалификацию и получают удостоверения. К нам в лабораторию приходят школьники, которые интересуются химией, готовятся к ЕГЭ, то есть наши будущие абитуриенты и студенты. Лаборатория оснащена необходимым аналитическим оборудованием: у нас есть точные аналитические и технохимические весы, ионный хроматограф, на котором можно проводить анализ водных объектов на содержание различных ионов, спектрофотометры, которые необходимы в каждой лаборатории, очень много анализов на них проводится. Также есть сушильные шкафы, в которых мы сушим и вещества, и посуду. Есть муфельная печь, в которой проводится один из самых точных аналитических анализов – гравиметрический.

- Что такое хемосенсоры, как они работают и для чего применяются?
- Моей научной темой является разработка химических сенсоров для обнаружения токсичных веществ в объектах окружающей среды. Хемосенсоры - соединения, возможно также приборы и устройства, которые реагируют на различные компоненты. Обычно хемосенсор состоит из двух частей – рецепторной и сигнальной. Рецепторная отвечает за связывание с аналитом, то есть определяет его. А сигнальная часть дает нам визуальный отклик – изменение окраски – либо обесцвечивание раствора, контрастное изменение окраски. Для получения сенсоров используем фотохимические, фотоактивные соединения, проводим фотохимические реакции в ампуле на окне при солнечном свете. Происходит химическая реакция. Затем мы выделяем чистые соединения и проводим исследование их сенсорных свойств. Нами разработано соединение, которое определяет токсичные ционид ионы. Я вам хочу показать, как работает сенсор. Берём наше соединение красного цвета и добавляем в него ционид ион. Буквально за секунду цвет сенсора изменяется, становясь очень контрастным, что и свидетельствует о наличии ционида в пробе. В зависимости от интенсивности окраски можно определить количественно, сколько ционида содержится в пробе. По такому принципу работают наши сенсоры. Они могут изменять цвет, становясь фиолетовыми, розовыми или же обесцвечивать раствор. Это зависит от самого соединения, его структуры и свойств, а также от аналита, который определяется. Здесь достаточно высокая концентрация. Сенсор очень чувствительный. Предел обнаружения 10-6 - это буквально следовое количество.

- Почему ваша разработка особенно важна для нашего региона?
- Наш округ подвергается серьёзной антропогенной нагрузке из-за самого большого в России нефтегазодобывающего комплекса. В связи с этим очень важно проводить экологические мониторинги объектов окружающей среды оперативно, чтобы мгновенно получать достоверные результаты. В данный момент экологический мониторинг занимает очень много времени. К тому же это очень дорогостоящие анализы. Необходимо приехать на место, взять пробу, привести её в лабораторию, исследовать, это очень трудозатратно – задействовано много высококвалифицированных кадров. Мы же предлагаем методику, которая позволяет очень быстро, буквально в полевых условиях, провести анализ и оперативно передать информацию о состоянии окружающей среды в соответствующие органы. Это позволит оперативно среагировать - предотвратить катастрофу или устранить последствия загрязнения очень быстро.

- Какие загрязнения определяют ваши хемосенсоры?
- Сенсоры, которые уже разработаны нами, определяют тяжёлые металлы, токсичные ионы. У нас разработаны сенсоры на токсичные катионы бария, токсичный ционид и фторид ионы.

- Как они появляются в окружающей среде?
- Из-за антропогенной нагрузки, роста городов и промышленности.

- Сколько времени занимает определение вредных веществ с помощью ваших сенсоров?
- Анализы занимают буквально минуты. Главное доехать до места, отобрать воду, например, из озера, воспользоваться сенсором, он за минуты показывает высокоточный результат.

- На какой стадии сейчас ваш проект?
- У нас большой научный задел по этой тематике, разработаны некоторые сенсоры на некоторые катионы и анионы. В прошлом году я подала заявку на конкурс «УМНИК» в Югре. Проект получил высокую оценку. Результатом стал грант в размере полумиллиона на два года. Планируется провести научно-исследовательскую работу, синтезировать новые соединения, которые будут служить сенсорами на различные вещества. По итогу проекта планируется создать экспериментальный образец, который можно будет опробовать в реальных условиях. Затем внедрение в производство.

- Кто максимально заинтересован в вашем проекте?
- Потенциальными клиентами, покупателями и потребителями могут быть химические лаборатории, которые упростят себе анализ, и даже мы с вами – конечные потребители той же воды. Если у вас есть частный дом, вы пробурили себе скважину или у вас есть колодец, вы можете зачерпнуть воды и с помощью сенсоров у себя дома определить её состав на различные загрязнители.

- Где вы будете проводить научно-исследовательскую работу?
- Исследование проводится у нас в университете, в лаборатории аналитической химии. Мы привлекаем к работе и студентов. Им интересно. У них получится продукт, который они могут продемонстрировать, который имеет практическую значимость.

- Когда Нобелевская премия будет наша?
- Нобелевская премия впереди, я надеюсь. Но самое главное для молодого исследователя – это защита кандидатской диссертации. У меня за плечами большой путь в девять лет обучения, проведения исследовательской работы. В этом году я уже с нетерпением жду июня. На этот месяц назначена защита моей кандидатской диссертации. Это большой шаг, моя работа будет оценена ведущими учёными в моей области исследования. Надеюсь, всё пройдёт успешно, и мне присвоят учёную степень кандидата химических наук.

- Удачи!
- Спасибо!


С героиней материала беседовала редактор пресс-службы Светлана Копенкина