eng
Выпуск #6/2014
В.Селеменев
Воронежский государственный университет: от Михаила Цвета до супрамолекулярной химии
Воронежский государственный университет: от Михаила Цвета до супрамолекулярной химии
Просмотры: 2480
Владимир Федорович, какова история конференции "Иониты", проводимой в Воронежском государственном университете (ВГУ)?
Конференции, подобные сегодняшней, проводятся регулярно начиная с 1961 года. В то время кафедрой аналитической химии Химического факультета ВГУ руководил Валентин Пименович Мелешко, мой учитель, занимавший должность ректора университета. В те годы ВГУ интенсивно развивался, в том числе и в научном плане, учебная работа велась на очень высоком уровне. За успехи в подготовке молодых специалистов университет получил почетное звание "Имени Ленинского комсомола", был награжден орденом Ленина, а за активную международную деятельность, в частности, за работу с иностранными студентами – орденом "Знамя труда" Германской демократической республики.
Мы проводили всероссийские конференции с международным участием, иногда и международные. В этом году очередная XIV конференция "Иониты-2014" прошла совместно с III Симпозиумом по кинетике и динамике обменных процессов. Объединить эти мероприятия предложили наши коллеги из Института физической химии и электрохимии РАН, где работает научный коллектив под руководством Алексея Константиновича Буряка, а также секретарь издаваемого на нашей кафедре журнала "Сорбционные и хроматографические процессы" Людмила Николаевна Коломиец. Мы согласились на такой вариант проведения конференции, и я думаю, идея оправдала себя. Совместное проведение конференции и симпозиума очень символично, потому что мы вернулись от раскола разных направлений хроматографии в ионном обмене и мембранах к идее объединения научных поисков разных школ. Все хроматографисты должны объединять свои усилия в проведении таких конференций. В частности, этому будет способствовать предстоящая конференция "Теория и практика хроматографии", посвященная памяти профессора М.С.Вигдергауза, которая пройдет в мае 2015 года в Самаре.
То, что конференция "Иониты" проводится в Воронеже – не случайность. История хроматографии в Воронеже достаточно давняя. Сразу после основания Воронежского университета в 1918 году сюда переехал первооткрыватель хроматографии Михаил Семенович Цвет, который до этого работал в университете в Тарту. К сожалению, Михаил Семенович скончался уже в 1919 году. Его могила предположительно находится на территории Акатова монастыря, где установлена знаменитая памятная стела с надписью: "Ему дано открыть хроматографию, разъединяющую молекулы и объединяющую людей". Возможно, Цвет похоронен на бывшем Чугуновском кладбище. Точное место его захоронения было трудно найти, поскольку Воронеж был на 98% разрушен немецкими захватчиками – по приказу генерала Фон Блюма взорваны были не только все здания, но даже кладбища и монастыри. Зато мы знаем, где Цвет жил. Его памятная доска все время была на улице Батуринова, 17. Мы постараемся, чтобы все памятные знаки первооткрывателя хроматографии были возобновлены. Очень приятно, что нынешний ректор ВГУ Дмитрий Александрович Ендовицкий предложил открыть на нашей территории аллею виднейших ученых, и первой на этой аллее будет скульптура Михаила Семеновича Цвета. Скульптура появится к 2018 году, это будет год 100-летия Воронежского университета и 115-летия открытия хроматографии.
Хроматографисты Воронежа и ВГУ известны по всей России и за рубежом. Об этом свидетельствует то, что известный журнал "Сорбционные и хроматографические процессы" издается на базе нашей кафедры. В прошлом году мы создали научно-образовательный центр "Иониты и мембраны". Наша кафедра уже много лет работает именно над проблемами хроматографии ионного обмена и мембранных процессов. У нас трудятся семь профессоров и более 25 кандидатов наук, мы активно готовим молодых специалистов, защищаются кандидатские и докторские диссертации. Работа идет, связь поколений сохраняется.
К 100-летию ВГУ и 115-летию открытия М.С.Цветом хроматографического метода будет издана коллективная монография "Наследие М.С.Цвета в трудах воронежских хроматографистов".
Какие достижения воронежской научной школы можно отметить как наиболее выдающиеся, имеющие, возможно, мировое значение?
Мы являемся ведущими в регионе специалистами по методам получения питьевой воды, очистке сточных вод, переработке отходов микробиологической, сахарной и винодельческой промышленности. Из отходов мы можем извлекать аминокислоты, нуклеиновые кислоты, сапонины, фосфолипиды, антиоксиданты, флавоноиды. Это компоненты, ценные для медицины, фармацевтики, народного хозяйства. Мы разработали методики выделения и анализа данных соединений. Сейчас создаем различные технологические решения, которые в дальнейшем должны найти применение в промышленном или в полупромышленном масштабе.
В течение последних 50 лет, начиная с работ Валентина Пименовича Мелешко и Геннадия Афанасьевича Чикина, мы разрабатывали методы очистки и выделения веществ, ориентированные именно на промышленное внедрение. На территории бывшего Советского Союза нами были запущены и выведены на проектные мощности более 50 промышленных ионообменных установок по очистке сточных вод гальванических цехов, выделению солей хрома, никеля, кобальта. Мы внедряли проекты по созданию замкнутых систем очистки сточных вод, когда очищенные воды возвращаются в производственный цикл. Эти проекты подтвердили свою жизнеспособность.
Из того, что было сделано раньше, прежде всего отмечу внедрение ионообменных технологий на предприятиях сахарной промышленности. Ионообменная очистка сахарных сиропов повысила выход сахаров и улучшила санитарно-экологическое состояние производственных помещений. До этого основным адсорбентом в сахарорафинадном производстве была костеугольная крупка, которую приходилось регенерировать в электропечах, при очень высокой температуре. Условия труда были ужасными. Крупку разгребали лопатами и скребками, работали в деревянных башмаках, чтобы не обжечься. Все это было ликвидировано после внедрения наших ионообменных установок. Мы их внедрили и на Московском сахарном заводе имени Мантулина, который позднее был переведен в Тулу, а также на заводах в Уссурийске и Слуцке. Как мне известно, на Тульском сахарном заводе их используют и сегодня. Я лично принимал участие в этих работах в качестве научного сотрудника, присутствовал при запуске установок. Моя кандидатская диссертация была сделана именно в этой области. Вместо поликонденсационных ионитов нашей группой были предложены макропористые полимеризационные на основе АВ-17-2П, которые отличаются большей стабильностью, меньше отравляются и разрушаются. Теперь все заводы пользуются подобными ионитами. Следует отметить, что и за рубежом используются иониты того же класса – высокоосновные аниониты макропористой структуры.
Еще одна проблема – сахарное производство дает сточные воды, которые содержат поверхностно активные вещества. При сбрасывании сточных вод в реки они вызывают экологическую катастрофу. Реки становятся полумертвыми. Такая участь постигла реку Оскол в Белгородской области, на которой построили Чернянский и Волоконовский сахарные заводы. Самыми вредными для природы веществами являются сапонины, которые, как ни удивительно, обладают полезными эффектами для фармацевтики – помогают при сердечной недостаточности, оказывают адаптогенное действие. Мы разработали технологии по выделению сапонинов из сточных вод. Можно их получать и использовать в фармацевтике или как биологически активные добавки.
Значительным этапом для нашей научной школы было внедрение на Чаренцаванском заводе в Чаренцаване (Армянская ССР) промышленной установки по получению кристаллического лизина. Тогда она была единственной подобной установкой в стране. Это было очень важно, потому что аминокислоты должны храниться в кристаллическом виде, а до этого были доступны только жидкие продукты, которые быстро прокисали. Еще у нас есть интересные разработки по выделению и очистке раствора лимонной кислоты. На Белгородском заводе лимонной кислоты сейчас работает, как мне кажется, единственная установка в Европе, которая производит в промышленном масштабе кислоту нужной чистоты. У нас ее покупают и англичане, и французы, и немцы, не говоря уже о Китае. Если вы видите на наших прилавках лимонную кислоту в пакетиках – скорее всего, это наша кислота.
У нас есть значимые разработки по выделению фосфолипидов из отходов подсолнечного масла, которые остаются при его рафинировании. В натуральном, нерафинированном масле присутствует осадок, который называется фуза. Он, по сути, представляет собой очень ценный концентрат фосфолипидов. Наши хозяйки предпочитают готовить пищу на рафинированном масле, поскольку осадок очень быстро вскипает. Но в салаты я бы советовал добавлять натуральное масло первого отжима. Я думаю, мы сейчас стоим на пороге того, чтобы сделать пилотную установку по выделению фосфолипидов из растительного масла, и не просто в смеси, но и каждого по отдельности, а там семь главных фосфолипидов. Мы можем их выделять с помощью специальных сорбентов, которые предложил использовать Вадим Александрович Даванков, выступивший на нашей конференции. Теперь, к сожалению, они не производятся в России, есть только зарубежные. Раньше они назывались Стиросорб, а теперь производятся фирмой Purolite. На этих сорбентах мы могли бы выделять фосфолипиды в промышленных масштабах.
Еще один интересный проект был разработан по инициативе департамента сельского хозяйства Администрации Воронежской области и поддержан нашим ректором Д.А.Ендовицким. Это так называемая "твердая" вода или "твердый" дождь. Это специальные полимерные сорбенты с повышенной сорбционной емкостью по воде – один килограмм может впитывать до 500 и более литров воды. Такая разработка принципиально важна для земледелия в засушливых районах. У нас в области таких районов много. Кроме того, сейчас Воронежская область шефствует над Джанкойским районом Крыма, а там засухи – обычное явление. Подобные полимерные сорбенты были впервые применены в Мексике, но мы их усовершенствовали настолько, что достаточно одного прошедшего дождя, чтобы полностью насытить сорбент, и влаги хватило бы на весь вегетационный период. Внесенный в почву сорбент может эффективно работать в течение 10 лет. Сейчас оформлен патент на эту разработку.
Почему промышленные установки, о которых вы рассказали, не внедряются в российскую и мировую промышленность более масштабно?
Вопрос традиционный и привычный. Это связано с тем, что сейчас у нас не плановое хозяйство, а рыночная, либеральная экономика. На промышленных предприятиях часто меняется руководство. Мы собирались внедрить готовую технологию по выделению транспортной РНК из дрожжей на заводе по их производству. Стоимость транспортной РНК дрожжей – от двух тысяч долларов за грамм. Технология была уже разработана, руководство согласилось ее внедрить, но потом завод обанкротился, руководство сменилось, и пришлось заново возобновлять переговоры, что требовало лишнего времени и сил. И неизвестно, чем бы эти переговоры закончились. Возможно, руководство сменилось бы еще и еще раз. Но я думаю, у нас все-таки появился свет в конце тоннеля, когда в Воронежской области появился новый губернатор, прогрессивный человек, заинтересованный именно в том, чтобы поддерживать научные исследования и внедрять их в промышленность в нашей области. Надеюсь, мы в конце концов решим эту проблему.
Вы говорили про промышленные установки. А как возникла идея применять ионообменные процессы именно в хроматографии с целью анализа веществ?
По сути, мы начали с крупных, промышленных масштабов, а потом перешли к масштабам меньшим. Хочу заметить, что ионная и ионообменная хроматография – это на самом деле не синонимы. Ионная хроматография используется для анализов, она предполагает низкую ионообменную способность сорбентов, малые функциональные количества. В ионообменной хроматографии, наоборот, емкость ионитов должна быть максимально возможной. Она ориентирована на промышленное применение.
Вообще направление нашей научной школы – чисто хроматография, в основном мы исследуем ионообменные сорбенты и мембраны. С аналитической точки зрения, мы знаем, что 70% всех анализов – это хроматография. Мы создали лабораторию аналитической хроматографии, которой руководит доцент Сергей Иванович Карпов.
Какое место ионная хроматография занимает среди других хроматографических методов?
Конечно, ионной и ионообменной хроматографии не всегда принадлежат ведущие позиции. Но обращу внимание – нет в чистом виде ионообменной, сорбционной, лигандной или аффинной хроматографии. Механизм взаимодействия вещества с сорбентом всегда смешанный. Допустим, мы можем считать, что взаимодействие каких-то молекул основано чисто на ионном обмене, а на самом деле там идут еще и дисперсионные взаимодействия, образование водородных связей, взаимодействия через молекулы растворителя. Поэтому неверно считать, что ионный обмен – это только ионный обмен, а адсорбция – только адсорбция.
Из этого следует, что, например, результаты ВЭЖХ могут быть непредсказуемыми из-за наличия слабых ионных или каких-то других взаимодействий?
Да, раньше считалось, что при ВЭЖХ сорбция идет только за счет гидрофобных взаимодействий, и там нет никаких других. На самом деле, гидрофобные взаимодействия предполагают небольшой вклад ориентационных связей и индукционного взаимодействия. Сейчас само понятие "гидрофобное взаимодействие" – это просто констатация факта, что что-то отталкивает воду. Каковы причины возникновения взаимодействий между гидрофильными и гидрофобными веществами – это сейчас очень интересный вопрос, и я думаю, мы в дальнейшем получим на него ответ. Это даст много интересного и для хроматографии.
Роль слабых взаимодействий сейчас становится все более очевидной. Процессы самоорганизации, переход от неживой материи к живой основываются на разных взаимодействиях, в том числе и на слабых. В этом плане следует отметить оригинальные исследования, проводимые под руководством академиков Коновалова и Мясоедова. Решающую роль играет влияние внешних полей на слабые взаимодействия между физиологически активными молекулами, в том числе когда они попадают в фазу сорбента. Под действием внешних факторов могут происходить структурные перестройки даже самых простых молекул. То, что аминокислоты изменяют свою структуру, уже можно наблюдать. Даже вода обладает памятью. Не секрет, что сейчас активно исследуется вопрос поведения воды в ионообменных системах: какую структуру она там имеет, и какие параметры может менять. Этому вопросу мы хотим специально посвятить выпуск нашего журнала "Вода в ионитах". У нас в этом плане ведутся обширные исследования методом компьютерного моделирования ионообменных и мембранных процессов. Вода в фазе ионита – это, по сути, вода, подобная кристаллическому льду. Там нет свободной воды, фактически она вся находится в виде аквакомплексов. Справедливо говорить о воде как о больших макромолекулярных структурах.
Говоря о слабых взаимодействиях, отмечу безреагентные способы регенерации ионитов. У нас есть очень интересные разработки по применению механических полей для химических превращений (механохимия). Мы можем проводить разделения, воздействуя механическим давлением на сам ионит, на его полимерную структуру. Химическую реакцию мы проводим путем сжатия или растягивания ионообменных волокон. У нас есть патенты на проведение разделения под действием температурных полей. Австралийцы когда-то таким способом очищали воду, а мы применили температурный фактор для разделения аминокислот. Разные продукты питания имеют различное соотношение триптофана и тирозина, так называемое "тирозиновое число". Есть задача приготовить для пациента питательную смесь с определенным значением этого числа. Сущность нашего метода в том, что адсорбция проводится при одной температуре, а десорбция уже при другой. Так мы разделяли с помощью ионообменных сорбентов тирозин, триптофан и фенилаланин. Без реагентов, только под влиянием температуры. Я считаю, это очень большое достижение нашей школы.
Вообще самое перспективное сейчас направление – это медицина и фармацевтика. И здесь, как уже прозвучало на конференции, приоритет теперь принадлежит изучению слабых взаимодействий между молекулами. Вопросами супрамолекулярной химии мы занимаемся уже многие годы, и планируем издавать учебные пособия, монографии, посвященные данной проблеме.
Насколько широко используется ионообменная хроматография для аналитических целей в медицине?
Очень ограниченно – и это печально. Во-первых, чтобы у нас что-то внедрить в медицину, нужны долгие исследования многих медицинских параметров. Да, сейчас разрабатывают разные сыворотки против вируса Эболы и применяют их даже без предварительных опытов на людях, чтобы быстро погасить вспышку вируса. Но это экстраординарный метод для нашей медицины, скорее исключение. Во-вторых, применение хроматографии в медицине требует тончайших и точнейших технологий, почти космического уровня. В-третьих, должны применяться абсолютно безвредные, нетоксичные компоненты. Например, люди, страдающие фенилкетонурией, не переносят одну из аминокислот – фенилаланин. Его можно отделить от остальных аминокислот хроматографическими методами, но для этого должна быть система, не содержащая токсичных компонентов ни в одном из узлов. Регенерация сорбента должна проводиться полностью безвредными и неаллергенными средствами. Но, несмотря на все эти проблемы, я считаю медицину наиболее перспективным полем для применения ионообменных процессов хроматографии. Хотя пока это область со многими неизвестными.
Насколько технические и финансовые возможности вашей школы соответствуют задачам, стоящим перед ней?
Наша наука и фундаментальные исследования в целом должны постоянно, стабильно финансироваться государством. Однако сейчас мы имеем лишь краткосрочное финансирование в виде грантов, которые все время нужно выигрывать. Для отраслевой науки ситуация еще хуже, потому что внедрение тех же ионообменных установок в производство очень сильно зависит от государственной поддержки. У нас ведутся проекты, которые важны не только для хроматографии, но и вообще для отечественной науки. Необходимо их адекватное финансирование – примерно такое же, как раньше получали проекты для космической, атомной промышленности, авиастроения. Мы сейчас имеем по грантам около 100 миллионов рублей на весь наш научный коллектив. То есть мы относительно обеспечены, но требуется много бумажной волокиты с документами, отчетами. С самого начала в проектах много неясностей и нерешенных вопросов. И слишком мало написать нельзя, и слишком много тоже. Как ни странно, здесь нас спасает то, что наши разработки и знания носят фундаментальный характер. Мы знаем свое основное направление, имеем веские достижения и их используем, даже доводим до внедрения в промышленность.
А финансирование из-за рубежа вы не привлекаете?
Нет. Одно время мы пытались это сделать, но там требуется очень большой подготовительный период, а что еще более важно – тесное сотрудничество с зарубежными коллегами. Некоторые программы требуют участия в одном проекте не менее семи организаций из разных стран. Даже с помощью профессора Ресснера из университета Ольденбурга в Германии, который многие годы тесно сотрудничает с нашей кафедрой и представил доклад на этой конференции, мы не можем вступить ни в какую программу, потому что его возможности ограничены. Нужно искать партнеров, которые заинтересованы в этих исследованиях, или сами их проводят. Я знаю, один коллектив из лесотехнической академии Воронежа получил финансирование по такой программе, и в их научную группу входят ученые из Германии и Нидерландов. Но эта программа имеет целевое назначение – именно обучение друг друга, никаких научных исследований там не планируется. В течение трех лет они только ездят друг к другу и читают лекции. Я считаю, это неоправданные временные и моральные затраты. Нам достаточно широкой сети контактов среди своих, российских, ученых.
Как вы оцениваете перспективы молодых специалистов, работающих в Воронеже?
Если бы у нас не было молодой смены, преемственности поколений, или мы не планировали бы такую преемственность, это была бы смерть наших дальнейших исследований. Но, чтобы привлечь молодежь, нужны не только научные достижения, но и финансовые возможности. Без этого не обойтись. Мы можем наиболее успешным из наших молодых исследователей и аспирантов приплачивать деньги в рамках тех грантов, которые мы имеем. Мы ввели дифференцированную стипендию для студентов. Если студент занимается научными исследованиями и имеет публикации, то он может получать стипендию до 7 тысяч рублей, и мы еще приплатим ему сколько-то. То же самое и в аспирантуре. Мы часто посылаем нашу молодежь на конкурсы. Наши ребята и девушки довольно часто выигрывают молодежные гранты, и они видят, что это, в общем, дело интересное. Важен и личный пример, когда молодые понимают, что коллектив работает сообща, все друг к другу притерты, никто никуда не разбегается, все находят в коллективе моральную поддержку.
А самое главное, наша молодежь, хотя ее и ругают, на самом деле не всегда смотрит прагматично только на то, кто сколько получает. Наши студенты, наши аспиранты руководствуются в своем выборе будущей профессии такими высокими моральными факторами, как добропорядочность, заинтересованность в своем деле, желание принести пользу нашему обществу. Я считаю, что мы вырастили достойную смену.
Спасибо за интересный рассказ.
С В.Ф.Селеменевым беседовал С.С.Жохов
Конференции, подобные сегодняшней, проводятся регулярно начиная с 1961 года. В то время кафедрой аналитической химии Химического факультета ВГУ руководил Валентин Пименович Мелешко, мой учитель, занимавший должность ректора университета. В те годы ВГУ интенсивно развивался, в том числе и в научном плане, учебная работа велась на очень высоком уровне. За успехи в подготовке молодых специалистов университет получил почетное звание "Имени Ленинского комсомола", был награжден орденом Ленина, а за активную международную деятельность, в частности, за работу с иностранными студентами – орденом "Знамя труда" Германской демократической республики.
Мы проводили всероссийские конференции с международным участием, иногда и международные. В этом году очередная XIV конференция "Иониты-2014" прошла совместно с III Симпозиумом по кинетике и динамике обменных процессов. Объединить эти мероприятия предложили наши коллеги из Института физической химии и электрохимии РАН, где работает научный коллектив под руководством Алексея Константиновича Буряка, а также секретарь издаваемого на нашей кафедре журнала "Сорбционные и хроматографические процессы" Людмила Николаевна Коломиец. Мы согласились на такой вариант проведения конференции, и я думаю, идея оправдала себя. Совместное проведение конференции и симпозиума очень символично, потому что мы вернулись от раскола разных направлений хроматографии в ионном обмене и мембранах к идее объединения научных поисков разных школ. Все хроматографисты должны объединять свои усилия в проведении таких конференций. В частности, этому будет способствовать предстоящая конференция "Теория и практика хроматографии", посвященная памяти профессора М.С.Вигдергауза, которая пройдет в мае 2015 года в Самаре.
То, что конференция "Иониты" проводится в Воронеже – не случайность. История хроматографии в Воронеже достаточно давняя. Сразу после основания Воронежского университета в 1918 году сюда переехал первооткрыватель хроматографии Михаил Семенович Цвет, который до этого работал в университете в Тарту. К сожалению, Михаил Семенович скончался уже в 1919 году. Его могила предположительно находится на территории Акатова монастыря, где установлена знаменитая памятная стела с надписью: "Ему дано открыть хроматографию, разъединяющую молекулы и объединяющую людей". Возможно, Цвет похоронен на бывшем Чугуновском кладбище. Точное место его захоронения было трудно найти, поскольку Воронеж был на 98% разрушен немецкими захватчиками – по приказу генерала Фон Блюма взорваны были не только все здания, но даже кладбища и монастыри. Зато мы знаем, где Цвет жил. Его памятная доска все время была на улице Батуринова, 17. Мы постараемся, чтобы все памятные знаки первооткрывателя хроматографии были возобновлены. Очень приятно, что нынешний ректор ВГУ Дмитрий Александрович Ендовицкий предложил открыть на нашей территории аллею виднейших ученых, и первой на этой аллее будет скульптура Михаила Семеновича Цвета. Скульптура появится к 2018 году, это будет год 100-летия Воронежского университета и 115-летия открытия хроматографии.
Хроматографисты Воронежа и ВГУ известны по всей России и за рубежом. Об этом свидетельствует то, что известный журнал "Сорбционные и хроматографические процессы" издается на базе нашей кафедры. В прошлом году мы создали научно-образовательный центр "Иониты и мембраны". Наша кафедра уже много лет работает именно над проблемами хроматографии ионного обмена и мембранных процессов. У нас трудятся семь профессоров и более 25 кандидатов наук, мы активно готовим молодых специалистов, защищаются кандидатские и докторские диссертации. Работа идет, связь поколений сохраняется.
К 100-летию ВГУ и 115-летию открытия М.С.Цветом хроматографического метода будет издана коллективная монография "Наследие М.С.Цвета в трудах воронежских хроматографистов".
Какие достижения воронежской научной школы можно отметить как наиболее выдающиеся, имеющие, возможно, мировое значение?
Мы являемся ведущими в регионе специалистами по методам получения питьевой воды, очистке сточных вод, переработке отходов микробиологической, сахарной и винодельческой промышленности. Из отходов мы можем извлекать аминокислоты, нуклеиновые кислоты, сапонины, фосфолипиды, антиоксиданты, флавоноиды. Это компоненты, ценные для медицины, фармацевтики, народного хозяйства. Мы разработали методики выделения и анализа данных соединений. Сейчас создаем различные технологические решения, которые в дальнейшем должны найти применение в промышленном или в полупромышленном масштабе.
В течение последних 50 лет, начиная с работ Валентина Пименовича Мелешко и Геннадия Афанасьевича Чикина, мы разрабатывали методы очистки и выделения веществ, ориентированные именно на промышленное внедрение. На территории бывшего Советского Союза нами были запущены и выведены на проектные мощности более 50 промышленных ионообменных установок по очистке сточных вод гальванических цехов, выделению солей хрома, никеля, кобальта. Мы внедряли проекты по созданию замкнутых систем очистки сточных вод, когда очищенные воды возвращаются в производственный цикл. Эти проекты подтвердили свою жизнеспособность.
Из того, что было сделано раньше, прежде всего отмечу внедрение ионообменных технологий на предприятиях сахарной промышленности. Ионообменная очистка сахарных сиропов повысила выход сахаров и улучшила санитарно-экологическое состояние производственных помещений. До этого основным адсорбентом в сахарорафинадном производстве была костеугольная крупка, которую приходилось регенерировать в электропечах, при очень высокой температуре. Условия труда были ужасными. Крупку разгребали лопатами и скребками, работали в деревянных башмаках, чтобы не обжечься. Все это было ликвидировано после внедрения наших ионообменных установок. Мы их внедрили и на Московском сахарном заводе имени Мантулина, который позднее был переведен в Тулу, а также на заводах в Уссурийске и Слуцке. Как мне известно, на Тульском сахарном заводе их используют и сегодня. Я лично принимал участие в этих работах в качестве научного сотрудника, присутствовал при запуске установок. Моя кандидатская диссертация была сделана именно в этой области. Вместо поликонденсационных ионитов нашей группой были предложены макропористые полимеризационные на основе АВ-17-2П, которые отличаются большей стабильностью, меньше отравляются и разрушаются. Теперь все заводы пользуются подобными ионитами. Следует отметить, что и за рубежом используются иониты того же класса – высокоосновные аниониты макропористой структуры.
Еще одна проблема – сахарное производство дает сточные воды, которые содержат поверхностно активные вещества. При сбрасывании сточных вод в реки они вызывают экологическую катастрофу. Реки становятся полумертвыми. Такая участь постигла реку Оскол в Белгородской области, на которой построили Чернянский и Волоконовский сахарные заводы. Самыми вредными для природы веществами являются сапонины, которые, как ни удивительно, обладают полезными эффектами для фармацевтики – помогают при сердечной недостаточности, оказывают адаптогенное действие. Мы разработали технологии по выделению сапонинов из сточных вод. Можно их получать и использовать в фармацевтике или как биологически активные добавки.
Значительным этапом для нашей научной школы было внедрение на Чаренцаванском заводе в Чаренцаване (Армянская ССР) промышленной установки по получению кристаллического лизина. Тогда она была единственной подобной установкой в стране. Это было очень важно, потому что аминокислоты должны храниться в кристаллическом виде, а до этого были доступны только жидкие продукты, которые быстро прокисали. Еще у нас есть интересные разработки по выделению и очистке раствора лимонной кислоты. На Белгородском заводе лимонной кислоты сейчас работает, как мне кажется, единственная установка в Европе, которая производит в промышленном масштабе кислоту нужной чистоты. У нас ее покупают и англичане, и французы, и немцы, не говоря уже о Китае. Если вы видите на наших прилавках лимонную кислоту в пакетиках – скорее всего, это наша кислота.
У нас есть значимые разработки по выделению фосфолипидов из отходов подсолнечного масла, которые остаются при его рафинировании. В натуральном, нерафинированном масле присутствует осадок, который называется фуза. Он, по сути, представляет собой очень ценный концентрат фосфолипидов. Наши хозяйки предпочитают готовить пищу на рафинированном масле, поскольку осадок очень быстро вскипает. Но в салаты я бы советовал добавлять натуральное масло первого отжима. Я думаю, мы сейчас стоим на пороге того, чтобы сделать пилотную установку по выделению фосфолипидов из растительного масла, и не просто в смеси, но и каждого по отдельности, а там семь главных фосфолипидов. Мы можем их выделять с помощью специальных сорбентов, которые предложил использовать Вадим Александрович Даванков, выступивший на нашей конференции. Теперь, к сожалению, они не производятся в России, есть только зарубежные. Раньше они назывались Стиросорб, а теперь производятся фирмой Purolite. На этих сорбентах мы могли бы выделять фосфолипиды в промышленных масштабах.
Еще один интересный проект был разработан по инициативе департамента сельского хозяйства Администрации Воронежской области и поддержан нашим ректором Д.А.Ендовицким. Это так называемая "твердая" вода или "твердый" дождь. Это специальные полимерные сорбенты с повышенной сорбционной емкостью по воде – один килограмм может впитывать до 500 и более литров воды. Такая разработка принципиально важна для земледелия в засушливых районах. У нас в области таких районов много. Кроме того, сейчас Воронежская область шефствует над Джанкойским районом Крыма, а там засухи – обычное явление. Подобные полимерные сорбенты были впервые применены в Мексике, но мы их усовершенствовали настолько, что достаточно одного прошедшего дождя, чтобы полностью насытить сорбент, и влаги хватило бы на весь вегетационный период. Внесенный в почву сорбент может эффективно работать в течение 10 лет. Сейчас оформлен патент на эту разработку.
Почему промышленные установки, о которых вы рассказали, не внедряются в российскую и мировую промышленность более масштабно?
Вопрос традиционный и привычный. Это связано с тем, что сейчас у нас не плановое хозяйство, а рыночная, либеральная экономика. На промышленных предприятиях часто меняется руководство. Мы собирались внедрить готовую технологию по выделению транспортной РНК из дрожжей на заводе по их производству. Стоимость транспортной РНК дрожжей – от двух тысяч долларов за грамм. Технология была уже разработана, руководство согласилось ее внедрить, но потом завод обанкротился, руководство сменилось, и пришлось заново возобновлять переговоры, что требовало лишнего времени и сил. И неизвестно, чем бы эти переговоры закончились. Возможно, руководство сменилось бы еще и еще раз. Но я думаю, у нас все-таки появился свет в конце тоннеля, когда в Воронежской области появился новый губернатор, прогрессивный человек, заинтересованный именно в том, чтобы поддерживать научные исследования и внедрять их в промышленность в нашей области. Надеюсь, мы в конце концов решим эту проблему.
Вы говорили про промышленные установки. А как возникла идея применять ионообменные процессы именно в хроматографии с целью анализа веществ?
По сути, мы начали с крупных, промышленных масштабов, а потом перешли к масштабам меньшим. Хочу заметить, что ионная и ионообменная хроматография – это на самом деле не синонимы. Ионная хроматография используется для анализов, она предполагает низкую ионообменную способность сорбентов, малые функциональные количества. В ионообменной хроматографии, наоборот, емкость ионитов должна быть максимально возможной. Она ориентирована на промышленное применение.
Вообще направление нашей научной школы – чисто хроматография, в основном мы исследуем ионообменные сорбенты и мембраны. С аналитической точки зрения, мы знаем, что 70% всех анализов – это хроматография. Мы создали лабораторию аналитической хроматографии, которой руководит доцент Сергей Иванович Карпов.
Какое место ионная хроматография занимает среди других хроматографических методов?
Конечно, ионной и ионообменной хроматографии не всегда принадлежат ведущие позиции. Но обращу внимание – нет в чистом виде ионообменной, сорбционной, лигандной или аффинной хроматографии. Механизм взаимодействия вещества с сорбентом всегда смешанный. Допустим, мы можем считать, что взаимодействие каких-то молекул основано чисто на ионном обмене, а на самом деле там идут еще и дисперсионные взаимодействия, образование водородных связей, взаимодействия через молекулы растворителя. Поэтому неверно считать, что ионный обмен – это только ионный обмен, а адсорбция – только адсорбция.
Из этого следует, что, например, результаты ВЭЖХ могут быть непредсказуемыми из-за наличия слабых ионных или каких-то других взаимодействий?
Да, раньше считалось, что при ВЭЖХ сорбция идет только за счет гидрофобных взаимодействий, и там нет никаких других. На самом деле, гидрофобные взаимодействия предполагают небольшой вклад ориентационных связей и индукционного взаимодействия. Сейчас само понятие "гидрофобное взаимодействие" – это просто констатация факта, что что-то отталкивает воду. Каковы причины возникновения взаимодействий между гидрофильными и гидрофобными веществами – это сейчас очень интересный вопрос, и я думаю, мы в дальнейшем получим на него ответ. Это даст много интересного и для хроматографии.
Роль слабых взаимодействий сейчас становится все более очевидной. Процессы самоорганизации, переход от неживой материи к живой основываются на разных взаимодействиях, в том числе и на слабых. В этом плане следует отметить оригинальные исследования, проводимые под руководством академиков Коновалова и Мясоедова. Решающую роль играет влияние внешних полей на слабые взаимодействия между физиологически активными молекулами, в том числе когда они попадают в фазу сорбента. Под действием внешних факторов могут происходить структурные перестройки даже самых простых молекул. То, что аминокислоты изменяют свою структуру, уже можно наблюдать. Даже вода обладает памятью. Не секрет, что сейчас активно исследуется вопрос поведения воды в ионообменных системах: какую структуру она там имеет, и какие параметры может менять. Этому вопросу мы хотим специально посвятить выпуск нашего журнала "Вода в ионитах". У нас в этом плане ведутся обширные исследования методом компьютерного моделирования ионообменных и мембранных процессов. Вода в фазе ионита – это, по сути, вода, подобная кристаллическому льду. Там нет свободной воды, фактически она вся находится в виде аквакомплексов. Справедливо говорить о воде как о больших макромолекулярных структурах.
Говоря о слабых взаимодействиях, отмечу безреагентные способы регенерации ионитов. У нас есть очень интересные разработки по применению механических полей для химических превращений (механохимия). Мы можем проводить разделения, воздействуя механическим давлением на сам ионит, на его полимерную структуру. Химическую реакцию мы проводим путем сжатия или растягивания ионообменных волокон. У нас есть патенты на проведение разделения под действием температурных полей. Австралийцы когда-то таким способом очищали воду, а мы применили температурный фактор для разделения аминокислот. Разные продукты питания имеют различное соотношение триптофана и тирозина, так называемое "тирозиновое число". Есть задача приготовить для пациента питательную смесь с определенным значением этого числа. Сущность нашего метода в том, что адсорбция проводится при одной температуре, а десорбция уже при другой. Так мы разделяли с помощью ионообменных сорбентов тирозин, триптофан и фенилаланин. Без реагентов, только под влиянием температуры. Я считаю, это очень большое достижение нашей школы.
Вообще самое перспективное сейчас направление – это медицина и фармацевтика. И здесь, как уже прозвучало на конференции, приоритет теперь принадлежит изучению слабых взаимодействий между молекулами. Вопросами супрамолекулярной химии мы занимаемся уже многие годы, и планируем издавать учебные пособия, монографии, посвященные данной проблеме.
Насколько широко используется ионообменная хроматография для аналитических целей в медицине?
Очень ограниченно – и это печально. Во-первых, чтобы у нас что-то внедрить в медицину, нужны долгие исследования многих медицинских параметров. Да, сейчас разрабатывают разные сыворотки против вируса Эболы и применяют их даже без предварительных опытов на людях, чтобы быстро погасить вспышку вируса. Но это экстраординарный метод для нашей медицины, скорее исключение. Во-вторых, применение хроматографии в медицине требует тончайших и точнейших технологий, почти космического уровня. В-третьих, должны применяться абсолютно безвредные, нетоксичные компоненты. Например, люди, страдающие фенилкетонурией, не переносят одну из аминокислот – фенилаланин. Его можно отделить от остальных аминокислот хроматографическими методами, но для этого должна быть система, не содержащая токсичных компонентов ни в одном из узлов. Регенерация сорбента должна проводиться полностью безвредными и неаллергенными средствами. Но, несмотря на все эти проблемы, я считаю медицину наиболее перспективным полем для применения ионообменных процессов хроматографии. Хотя пока это область со многими неизвестными.
Насколько технические и финансовые возможности вашей школы соответствуют задачам, стоящим перед ней?
Наша наука и фундаментальные исследования в целом должны постоянно, стабильно финансироваться государством. Однако сейчас мы имеем лишь краткосрочное финансирование в виде грантов, которые все время нужно выигрывать. Для отраслевой науки ситуация еще хуже, потому что внедрение тех же ионообменных установок в производство очень сильно зависит от государственной поддержки. У нас ведутся проекты, которые важны не только для хроматографии, но и вообще для отечественной науки. Необходимо их адекватное финансирование – примерно такое же, как раньше получали проекты для космической, атомной промышленности, авиастроения. Мы сейчас имеем по грантам около 100 миллионов рублей на весь наш научный коллектив. То есть мы относительно обеспечены, но требуется много бумажной волокиты с документами, отчетами. С самого начала в проектах много неясностей и нерешенных вопросов. И слишком мало написать нельзя, и слишком много тоже. Как ни странно, здесь нас спасает то, что наши разработки и знания носят фундаментальный характер. Мы знаем свое основное направление, имеем веские достижения и их используем, даже доводим до внедрения в промышленность.
А финансирование из-за рубежа вы не привлекаете?
Нет. Одно время мы пытались это сделать, но там требуется очень большой подготовительный период, а что еще более важно – тесное сотрудничество с зарубежными коллегами. Некоторые программы требуют участия в одном проекте не менее семи организаций из разных стран. Даже с помощью профессора Ресснера из университета Ольденбурга в Германии, который многие годы тесно сотрудничает с нашей кафедрой и представил доклад на этой конференции, мы не можем вступить ни в какую программу, потому что его возможности ограничены. Нужно искать партнеров, которые заинтересованы в этих исследованиях, или сами их проводят. Я знаю, один коллектив из лесотехнической академии Воронежа получил финансирование по такой программе, и в их научную группу входят ученые из Германии и Нидерландов. Но эта программа имеет целевое назначение – именно обучение друг друга, никаких научных исследований там не планируется. В течение трех лет они только ездят друг к другу и читают лекции. Я считаю, это неоправданные временные и моральные затраты. Нам достаточно широкой сети контактов среди своих, российских, ученых.
Как вы оцениваете перспективы молодых специалистов, работающих в Воронеже?
Если бы у нас не было молодой смены, преемственности поколений, или мы не планировали бы такую преемственность, это была бы смерть наших дальнейших исследований. Но, чтобы привлечь молодежь, нужны не только научные достижения, но и финансовые возможности. Без этого не обойтись. Мы можем наиболее успешным из наших молодых исследователей и аспирантов приплачивать деньги в рамках тех грантов, которые мы имеем. Мы ввели дифференцированную стипендию для студентов. Если студент занимается научными исследованиями и имеет публикации, то он может получать стипендию до 7 тысяч рублей, и мы еще приплатим ему сколько-то. То же самое и в аспирантуре. Мы часто посылаем нашу молодежь на конкурсы. Наши ребята и девушки довольно часто выигрывают молодежные гранты, и они видят, что это, в общем, дело интересное. Важен и личный пример, когда молодые понимают, что коллектив работает сообща, все друг к другу притерты, никто никуда не разбегается, все находят в коллективе моральную поддержку.
А самое главное, наша молодежь, хотя ее и ругают, на самом деле не всегда смотрит прагматично только на то, кто сколько получает. Наши студенты, наши аспиранты руководствуются в своем выборе будущей профессии такими высокими моральными факторами, как добропорядочность, заинтересованность в своем деле, желание принести пользу нашему обществу. Я считаю, что мы вырастили достойную смену.
Спасибо за интересный рассказ.
С В.Ф.Селеменевым беседовал С.С.Жохов
Отзывы читателей
