Мы создали быстрый определитель загрязнений окружающей среды

Загрязнённость воздуха, водных ресурсов и почвы промышленными выбросами наносит большой урон здоровью населения. Так, ежегодно, по данным Красноярскстата, количество только больных раком в Красноярском крае увеличивается на 1,3%.

Молодые учёные Сибирского федерального университета (СФУ) придумали доступный способ быстрого определения вредных веществ в объектах окружающей среды с помощью послойно модифицированных сорбентов. Разработанная методика позволит усовершенствовать системы мониторинга и анализа экологической обстановки в Красноярском крае и, соответственно, повысить эффективность борьбы с причинами экологических бедствий.

О подробностях исследования нам рассказала руководитель проекта — кандидат химических наук, научный сотрудник научно-исследовательской части СФУ Ольга Буйко.

Проект поддержан Красноярским краевым фондом науки и Российским фондом фундаментальных исследований в рамках совместного конкурса проектов фундаментальных научных исследований, выполняемых молодыми учёными 2018 года.

– Ольга Васильевна, каким научным направлением вы занимаетесь?

– Я работаю в научно-исследовательской части Сибирского федерального университета. Мы с коллегами-химиками занимаемся исследованием свойств сорбентов по отношению к ионам металлов и органическим веществам, созданием новых сорбционных материалов на органической и неорганической основах, а также разработкой новых простых методов их получения.

Сорбенты интересны ученым с точки зрения их поглощающих свойств. В повседневной жизни яркими примерами сорбентов являются активированный уголь, способствующий при приеме внутрь выведению токсинов из организма человека, и силикагелевые шарики, которые помещают в сумки или обувь для впитывания влаги.

Сорбенты без какой-либо обработки – не селективны, то есть поглощают вещества в группе, но за счёт обработки реагентами их можно сделать чувствительными только к определенному компоненту. Оксид кремния без обработки будет поглощать большинство ионов металлов из растворов при высоких значениях pH. Но если закрепить на его поверхности азотсодержащий полимер и водорастворимый реагент, селективный только к одному типу иона металла, то он будет извлекать из состава исследуемого объекта, например, только алюминий. Так нам пришла идея использовать модифицированные сорбенты для выявления загрязнителей в объектах окружающей среды и пищевых продуктах.

– В чём уникальность вашего исследования? На решение каких задач оно направлено?

– Наш проект направлен на разработку универсальных доступных методик определения вредных веществ и загрязнителей, представляющих большую угрозу для экологии и здравоохранения Красноярского края.

Сорбенты давно используются в российской аналитической практике, но подходы других регионов к получению ранее известных сорбентов сложнее и в большинстве случаев требуют использования токсичных растворителей.

Мы отработали простой способ получения сорбционных материалов, с помощью которых можно проводить исследование состава объектов окружающей среды. Для этого достаточно на поверхности неорганического оксида, такого как оксид кремния, алюминия или циркония, закрепить водорастворимый реагент и создать нужную кислотность среды.

Главным нашим ноу-хау является разработка экспрессных и высокочувствительных тест-систем, которые позволят быстро и вне лабораторных условий провести анализ воды и атмосферных осадков на наличие вредных веществ. Сорбенты, полученные нами, никто ранее не применял для этих целей.

В Красноярском крае тест-системы наиболее актуальны для определения тяжёлых металлов и таких опасных загрязнителей как полиароматические углеводороды. Также мы разрабатываем тест-системы для определения синтетических красителей в продуктах питания. В последнее время пристальное внимание уделяется красителям, которые, обладая разной степенью токсичности, негативно влияют на организм человека. Их содержание в пищевых продуктах строго нормировано и требует постоянного контроля.

– Расскажите, как проходит тестирование? Сколько требуется времени, чтобы определить в составе загрязнитель и его концентрацию?

– Степень загрязнения оценивается по предварительно разработанной цветовой шкале. Для этого мы заранее определяем при каком pH извлекается загрязнитель и время, необходимое для его полного концентрирования, а затем в установленных условиях обрабатываем сорбент растворами с разной концентрацией загрязнителя. При взаимодействии с некоторыми сорбентами помимо окрашивания происходит люминесценция — свечение веществ при облучении ультрафиолетом.

Чтобы определить с помощью нашей готовой тест-системы наличие того или иного загрязнителя, достаточно 5-10 минут.

Например, для определения наличия железа и его концентрации в природной воде, к образцу добавляют оксид циркония, модифицированный реагентом ferene S (ферен С), перемешивают и по изменению окраски сорбента определяют концентрацию железа. Чем ярче цвет, тем выше концентрация. Такой метод имеет погрешность около 10%-20%.

Бывает, что такого исследования вполне достаточно. Если же необходимы более точные измерения, то не обойтись без специальных приборов. Практически во всех природных, в особенности, геологических, объектах окружающей среды присутствует кальций, магний, натрий или так называемые компоненты-матрицы. Наличие данных компонентов в образце может искажать правильность полученных результатов, но за счет предварительной стадии сорбции, можно устранить это влияние и снизить погрешность, связанную с матричным эффектом.

– Где могут быть использованы результаты вашего исследования?

– Пользоваться нашими тестами смогут как обычные жители Красноярского края, так и сотрудники аналитических лабораторий и центров стандартизации, а также любые учреждения, занимающиеся промышленной безопасностью и экологическим аудитом.

– Расскажите на своём примере, какую роль играет Красноярский краевой фонд науки в реализации потенциала молодых учёных?

– Конкурсы Красноярского краевого фонда науки — это большой шанс для молодых учёных реализовать в жизнь свою научную идею.

Проведение фундаментальных научных исследований — очень дорогостоящий процесс и не всегда у университетов есть возможность приобрести необходимые реактивы, приборы и оборудование для конкретных проектов. Ученым Красноярского края очень повезло, поскольку вопрос в обеспечении необходимыми ресурсами для проведения того или иного исследования решается с помощью поддержки Красноярского краевого фонда науки.

Беседу вела Элина Файзуллина, главный специалист по связям с общественностью Красноярского краевого фонда науки.

Фото: Красноярский краевой фонд науки