Химики из СПбГУ создали «зеленую» технологию выявления канцерогенов в воде с помощью натуральных компонентов

В Санкт-Петербургском государственном университете совместно с международными партнерами разработан инновационный подход к определению опасных микропримесей в жидкостях, который кардинально отличается от устаревших методик своей экологичностью и безопасностью. Предложенная учеными система базируется на использовании эвтектических растворителей природного происхождения, которые полностью заменяют традиционные токсичные реагенты, применявшиеся на этапе подготовки проб. Информация об этой разработке, имеющей прямое отношение к контролю качества питьевой воды и пищевых продуктов, была опубликована на ресурсах, посвященных Десятилетию науки и технологий в России.

Главная цель исследования — обнаружение полициклических ароматических углеводородов, которые представляют собой опасные канцерогенные соединения, образующиеся при неполном сгорании любого органического топлива или биомассы. Эти вещества способны накапливаться в окружающей среде, проникать в источники водоснабжения и готовые напитки, например чай, однако их концентрации настолько малы, что прямое инструментальное определение без предварительной подготовки невозможно. Именно пробоподготовка — этап извлечения, обогащения и очистки пробы — была камнем преткновения в аналитической химии, поскольку старые подходы, такие как вращающаяся дисковая сорбционная экстракция (RDSE), неизбежно требовали применения агрессивных летучих органических соединений, при этом демонстрируя недостаточную эффективность для ультра-низких содержаний.

Новое решение российских специалистов заключается в отказе от опасной «химии» в пользу глубоких эвтектических растворителей. Эти вещества представляют собой композиции из полностью биоразлагаемых натуральных молекул, лишенных какой-либо токсичности. Инженерная реализация метода выглядит так: в качестве носителя применяется пористый вращающийся диск из политетрафторэтилена, на поверхности которого удерживается тончайшая пленка природного растворителя на основе тимола и карвона. Через эту вращающуюся систему пропускается анализируемая вода, и благодаря высокой аффинности ПАУ к эвтектической фазе вредные примеси количественно переходят из водного потока в пленку, накапливаясь там. Завершающий этап — автоматическое смывание сконцентрированных загрязнителей крошечным объемом безопасного растворителя непосредственно в хроматографическую или спектрометрическую систему для финального определения.

Ключевая хитрость, обеспечивающая небывалую селективность, скрывается в структуре молекул тимола, входящего в состав экстрагента. Как поясняют авторы, эти молекулы обладают уникальной конформацией, которая создает идеальные геометрические и энергетические условия для прочного связывания плоских молекул полициклических ароматических углеводородов. За счет сильных межмолекулярных стэкинг-взаимодействий тимол действует как высокоэффективная ловушка, извлекающая даже следовые количества канцерогенов из сложных водных матриц и удерживающая их на поверхности диска до момента десорбции.

Проделав сложную калибровочную работу, исследователи добились впечатляющих показателей: разработанная платформа уверенно фиксирует наличие токсинов в концентрациях порядка нескольких миллионных долей грамма на литр. Такой уровень чувствительности делает методику полностью пригодной для рутинного контроля питьевой воды, а также для проверки безопасности различных пищевых жидкостей и напитков. Профессор кафедры аналитической химии СПбГУ Андрей Шишов, являющийся лауреатом премии Президента РФ, комментируя разработку, подчеркнул, что истинная ценность работы заключается не в каком-то одном элементе, а в гармоничном объединении трех ключевых компонентов: инновационного пористого носителя, экологически безопасного растворителя из возобновляемого сырья и полностью автоматизированной проточной конструкции. Такая интеграция позволяет, наконец, отказаться от использования вредных органических растворителей на всех этапах аналитического процесса, делая контроль безопасности продуктов не только более точным, но и по-настоящему «зеленым».