#ВзрывМозга.
Растворить, высушить, сжечь: как в лаборатории анализируют состав веществ
![](/data/images/news_2016/12/kazak/katja.jpg)
Химики синтезируют новые вещества буквально каждый день. Уже сейчас органических соединений известно около 80 млн. Предполагается, что их вообще бесконечное количество.
Только в одном ТГУ в прошлом году синтезировали 6 неизвестных ранее соединений! Не считая тех, для которых томичи отработали новую технологию получения — более простую и дешевую, или вообще недоступную прежде для российской промышленности.
Чтобы выяснить, действительно ли это вещество является новым, каков его состав и свойства, необходимо провести точный химический анализ. Только сначала — разработать новую методику, которая подходит именно для данного вещества. Эту и многие другие задачи решает лаборатория физико-химических методов анализа ТГУ.
![](/data/images/news_2017/10/laba/2000px_0004.jpg)
Новое вещество обычно поступает на анализ в виде вот такого белого или желтоватого порошка. Конкретно этот белый порошок — DL-лактид, вещество, из которого делают биоразлагаемые полимеры для хирургических шовных материалов, имплантов и прочего. В зависимости от молекулярной массы, полимер может разлагаться в организме от двух недель до года — ровно столько, сколько нужно для заживления тканей. Задача аналитической лаборатории — определить чистоту и точные характеристики вещества, так как от этого зависят его полезные свойства.
В лаборатории применяется более 15 методов анализа — универсального не существует. Для каждого вещества — свой метод.
Например, летучие вещества, у которых температура кипения меньше 200 градусов (летучие органические соединения, спирты, органические растворители в лекарствах и так далее), анализируются методом газовой хроматографии.
![](/data/images/news_2017/10/laba/2000px_0026.jpg)
В газовом хроматографе в качестве газа-носителя используется чистый гелий или азот. Вещество вместе с потоком газа продувается сквозь длинную тонкую «трубочку» — хроматографическую колонку. В колонке эти вещества движутся с разными скоростями и, соответственно, разделяются. В итоге каждое вещество дает свой уникальный пик на хроматограмме, по положению которого можно идентифицировать вещество. А по площадям пиков можно судить о содержании этих веществ в пробе.
Ключевым методом анализа лекарственных препаратов является жидкостная хроматография. Этим способом можно определить подлинность препарата, количественное содержание действующего вещества и примесей.
В жидкостном хроматографе, как и в газовом, вещество разделяется при прохождении через хроматографическую колонку. Она заполнена специальным сорбентом, который омывается не газом, а жидкостью.
Если новое вещество пойдет в массовое производство, значит, понадобятся методики его анализа. Их тоже разрабатывают здесь. Одновременно с технологией производства химического соединения заказчикам передают и методику контроля качества, которую с легкостью могут использовать в заводской лаборатории.
![](/data/images/news_2017/10/laba/2000px_0009.jpg)
— Мы разработали методики анализа более 10 химических продуктов и нескольких фармацевтических препаратов, — рассказывает Дмитрий Новиков, заведующий лабораторией. — С большинством партнеров мы связаны договорами NDA — о неразглашении коммерческой тайны — поэтому открыто говорить о них не можем. Некоторые партнеры входят в ТОП-500 российских компаний. Также через Инжиниринговый химико-технологический центр ТГУ мы участвуем в нескольких крупных проектах, связанных с созданием опытных производств и модернизацией технологических процессов. В таких проектах всегда много аналитических задач.
В лаборатории — 37 приборов для анализа химических веществ. Некоторые из них относительно простые и дешевые, и есть почти в любой лаборатории. Другие — крайне сложные и даже уникальные для Томска. Их стоимость составляет десятки миллионов рублей, и такое оборудование мало кому доступно. Поэтому лаборатория физико-химических методов анализа работает и как центр коллективного пользования научным оборудованием. Для решения своих задач сюда могут обратиться как научные, так и промышленные предприятия. Важно, что кроме самого оборудования, здесь есть специалисты, умеющие на нем работать. Поэтому оно не стоит без дела, как в некоторых других регионах, а активно используется.
Этот ЯМР-спектрометр стоит около 60 млн рублей. Его работа основана на явлении ядерно-магнитного резонанса, как и медицинский диагностический аппарат МРТ. Только химикам этот прибор помогает с высокой точностью установить структуру вещества: где и как расположены атомы водорода и углерода. Как правило, для органических соединений этого достаточно.
В лаборатории сейчас выполняют много заказов для фармацевтической промышленности. Именно на ЯМР-спектрометре подтверждают структуру стандартных образцов лекарственных препаратов, которые затем используются для контроля качества готовой продукции.
Проводя химическую реакцию, «синтетики» обычно понимают, какое вещество должно получиться в результате их действий. Несмотря на это, неожиданности подстерегают их на каждом шагу. Иногда реакции идут в обратную сторону, иногда вообще протекают каким-то непонятным образом. Не так уж редки случаи, когда во время синтеза вещества с заданными свойствами на выходе получается другой продукт, который может представлять большую ценность.
![](/data/images/news_2017/10/laba/2000px_0042.jpg)
Задачи перед лабораторией ставятся самые разные. Например, в этом году ученые из СибГМУ разработали технологию производства обезболивающего препарата в форме таблеток. Сложность в том, что у действующего вещества есть зеркальный двойник (оптический изомер), который не обладает лекарственной активностью и даже токсичен. Кстати, это не редкость в химическом мире. Всем известная глюкоза, входящая в состав нашего организма, — правовращающая молекула. А ее зеркальный двойник — левовращающая L-глюкоза — организмом не усваивается и вообще не встречается в природе. Вот почему так важно знать не только химическую формулу вещества, но и его оптическую чистоту.
Это довольно сложная задача — не только определить нужный изомер, но и выделить его в чистом виде. Российская наука только работает над ней.
![](/data/images/news_2017/10/laba/2000px_0074.jpg)
Это — термоанализатор. В нем образец, который нужно исследовать, нагревается в течение определенного времени с определенной скоростью — например, 10 градусов в минуту. А исследователь в это время следит, как изменяются его свойства. То есть, когда и при какой температуре он начинает переходить в жидкую фазу, а когда — в газообразную.
Термоанализатор совмещен с масс-спектрометром, который определяет, какие именно газы выделяются из образца. Информация, полученная от этих приборов, позволяет расшифровать, что происходит с образцом.
Метод позволяет не только определить состав вещества, но и установить температуру, при которой происходит изменение его свойств. При промышленном производстве это знание часто пригождается.
Кроме научной работы и выполнения заказов предприятий, лаборатория ведет образовательную деятельность. Здесь студенты выполняют курсовые и дипломные работы, а специалисты профильных предприятий проходят стажировки.
![](/data/images/news_2017/10/laba/2000px_0052.jpg)
Студентка лаборатории демонстрирует результаты исследования методом тонкослойной хроматографии
Для предприятия выгодно отправлять сотрудников на стажировку, так как вместо «зеленого» выпускника оно получает специалиста, умеющего работать со сложным оборудованием. И для самой лаборатории, получающей дополнительное финансирование.
Периодически проводятся научные семинары по физико-химическим методам анализа. Среди докладчиков семинара — профессора, признанные специалисты в своей области.
А участников обычно собирается по 30–40 человек.
Последнюю по времени школу по жидкокостной хроматографии провели в сентябре. На ней прошли обучение 14 участников из Новосибирска, Хабаровска, Ростова, Новокузнецка и Томска.
Внешне помещение не слишком похоже на лабораторию, где творят безумные ученые. Здесь чисто и уютно. На стенах — картины, в коридорах — цветы. В аквариуме живет небольшой питончик — за ним ухаживает заведующий лабораторией органического синтеза. А порядок на своем рабочем месте каждый поддерживает сам. Теперь и не поверишь, что 10 лет назад здесь были обшарпанные стены.
Лаборатория в цифрах
7 сотрудников
37 приборов
10 000 анализов в год
150 методик анализа за 5 лет
11 методик прошли процедуру метрологической аттестации и внесены в федеральный реестр
![](/data/images/news_2017/10/laba/2000px_0060.jpg)
![](/data/images/news_2017/10/laba/2000px_0005.jpg)
![](/data/images/news_2017/10/laba/2000px_0008.jpg)
![](/data/images/news_2017/10/laba/2000px_0014.jpg)
![](/data/images/news_2017/10/laba/2000px_0012.jpg)
![](/data/images/news_2017/10/laba/2000px_0035.jpg)
![](/data/images/news_2017/10/laba/2000px_0036.jpg)
![](/data/images/news_2017/10/laba/2000px_0041.jpg)
![](/data/images/news_2017/10/laba/2000px_0016.jpg)
![](/data/images/news_2017/10/laba/2000px_0065.jpg)
![](/data/images/news_2017/10/laba/2000px_0066.jpg)
![](/data/images/news_2017/10/laba/2000px_0063.jpg)
![](/data/images/news_2017/10/laba/2000px_0061.jpg)
![](/data/images/news_2017/10/laba/2000px_0062.jpg)
Фото: Вероника Белецкая