Химический факультет МГУ и его кафедры (история и современное состояние)

Академик Ю.А.Золотов

Кафедра была создана вместе с химическим факультетом в 1929 г. на базе лаборатории органической и аналитической химии физико-математического факультета, которая существовала в Московском университете с 1884 г. Кафедрой заведовали: в 1929 - 1931 гг. -  профессор А.Е. Успенский, в 1931- 1953 гг. -  профессор Е.С. Пржевальский, в 1953- 1989 гг. - академик И.П. Алимарин. С 1989 г. кафедрой заведует академик Ю.А. Золотов.
В настоящее время в коллективе кафедры свыше 80 сотрудников (6 докторов, 42 кандидата наук).

В учебные курсы вопросы химического анализа вводили по крайней мере на протяжении всего 19-го века. В 1827 г. сотрудник университета А.А. Иовский выпустил книгу "Химические уравнения с описанием различных способов определять количественное содержание химических веществ". Аналитическую химию до революции преподавали в университете выдающиеся химики: В.В. Марковников, М.М. Коновалов, И.А. Каблуков, Н.М. Кижнер, Н.А. Шилов, Н.Д. Зелинский. Однако подготовка профессиональных химиков-аналитиков начата была позднее, первая дипломная работа по аналитической химии была защищена в 1928 г. В.В. Ипатьевым.

Научное обслуживание в области химического анализа осуществлялось с первых лет существования Московского университета; первая химическая лаборатория открылась в 1760 г. В конце 18-го века много внимания уделялось обнаружению и определению драгоценных металлов ("пробирной химии"), затем - анализу минеральных вод (Ф. Шмидт, 1807-1882). Во второй половине 19-го столетия в университете стали часто делать анализы для промышленности, главным образом по заказам московских фабрикантов.

Из работ более позднего периода, которые уже можно считать научными, следует отметить анализ мочи (книга В.С. Гулевича, 1901 г.). После революции немало усилий было затрачено на анализ химических реактивов, производство которых налаживалось в стране. Эти работы проводились длительное время в сотрудничестве с Институтом реактивов (ИРЕА). На исследованиях по аналитической химии чистых реактивов, в которых нужно было определять примеси, выросли будущие ведущие сотрудники кафедры - Е.С. Пржевальский, В.М. Пешкова и другие. Профессор К.Л. Маляров проводил работы по микрохимии и аналити-ческой гидрохимии.

В конце 20-х годов, когда создавалась кафедра, аналитическая химия использовала преимущественно химические ("мокрые") методы - гравиметрические (тогда они назывались весовыми), титриметрические (объемные), классические методы газового анализа. В весьма небольшом масштабе применялись некоторые физико-химические и физические методы - кондуктометрия, потенциометрия, колориметрия, спектральный анализ. Правда, уже были известны масс-спектроскопия, полярография, микрометоды органического элементного анализа (Нобелевская премия 1923 г. австрийскому ученому Ф. Преглю), даже хроматография, но они не имели широкого применения.

Очень существенно, что в конце прошлого - начале нынешнего столетия сформировался теоретический базис "растворной", "мокрой" аналитической химии. Начало было положено В. Оствальдом в его книге (1894 г.) "Научные основы аналитической химии". Этот теоретический фундамент базировался главным образом на учении о химическом равновесии в растворах (закон действия масс, электролитическая диссоциация, произведение растворимости и т.д.).

После образования кафедры химический факультет, весь универ-ситет, да и вся система высшей школы в СССР подвергались некоторое время разным перестройкам и реорганизациям. Однако в предвоенные годы положение стабилизировалось.

Важное место на кафедре в предвоенные, военные и первые послевоенные годы занимал ее заведующий Евгений Степанович Пржевальский, который некоторое время был также деканом химического факультета и директором существовавшего до 1953 г. Научно-исследова-тельского института химии Московского университета. Другие ведущие сотрудники и преподаватели тех времен - В.М. Пешкова, Н.В. Костин (тоже был деканом), П.К. Агасян. Преподавательская работа была поставлена хорошо, в научном же отношении кафедра, возможно, не занимала тогда передового места.

В 1953 г. заведовать кафедрой был приглашен профессор Иван Павлович Алимарин, ставший впоследствии академиком. Под его руко-водством, а Иван Павлович был в должности заведующего 36 лет, кафедра стала одним из ведущих центров исследований в области аналитической химии.

Академик Алимарин (1903- 1989) был наиболее известным в нашей стране ученым-аналитиком. Он внес вклад в анализ минерального сырья, радиохимические аналитические методы, новые методы разделения веществ; много внимания уделял органическим аналитическим реаген-там. И.П.Алимарин длительное время руководил Научным советом АН СССР по аналитической химии, был главным редактором "Журнала аналитической химии", работал в Международном союзе теоретической и прикладной химии. Академика избрали своим почетным доктором три зарубежных университета, он был иностранным членом академии наук Финляндии (см. книгу: Иван Павлович Алимарин. Статьи. Воспоминания. Материалы. М.: Наука, 1992).

Основные направления научных работ кафедры в 50- 80 гг. - определение примесей в неорганических веществах, в том числе высокочистых; органические аналитические реагенты; экстракция ионов металлов; ионообменная, затем экстракционная хроматография; полярография, потенциометрия; атомно-эмиссионный анализ, позднее лазерная спектрометрия, кинетические методы, отчасти газовый анализ.

Известность имели работы профессоров А.И. Бусева, В.М. Пешковой, В.М. Иванова и др. по органическим аналитическим реагентам, профессора П.К. Агасяна, доцентов Е.Н. Виноградовой, З.А. Галлай по электрохимическим методам, доцента Н.И. Тарасевича по спектральному анализу. Профессора Ю.Я. Кузяков, Н.Е. Кузьменко и Ф.А. Гимельфарб, возглавлявшие после Н.И. Тарасевича лабораторию спектроскопических методов, привнесли - каждый - что-то новое в эту область.

Было издано немало учебных пособий и руководств.

Выпускники кафедры занимали и занимают ведущие позиции в исследовательских институтах, вузах, отчасти на предприятиях страны; кое-кто из выпускников работает и за рубежом.

В настоящее время аналитическая химия как область науки перестает быть только частью химии, она превращается в крупную самостоятельную мегадисциплину. Связано это в основном с мощным расширением арсенала методов анализа, среди которых химические, физические, биологические. Развивается новая общая теория, включающая, например, метрологию анализа.

Резко возросли возможности химического анализа в части чувствительности и быстроты. Многие методы позволяют одновременно определять несколько десятков компонентов. Обычными становятся анализы без разрушения анализируемого образца, на большом расстоянии, в потоке, в отдельной микроскопической точке или на поверхности. Математизация и компьютеризация значительно расширили возможности известных методов и позволили создать принципиально новые.

Аналитическая химия, аналитическая служба решают, или должны решать, множество жизненно важных задач в государстве и обществе. Это контроль производственных процессов, диагностика в медицине (анализ крови, мочи и т.д.), мониторинг объектов окружающей среды, обеспечение нужд военных, криминалистов, археологов.

Если говорить об объектах анализа, о сфере приложения методов и средств химического анализа, то сейчас на первом месте объекты окружающей среды, прежде всего воды. Многие исследования кафедры нацелены на создание новых и эффективных способов оценки качества воды, методов определения примесей в природных или сточных водах. Уделяется внимание и другим объектам - биологическим, технологическим и прочим; например, разрабатываются способы анализа полупро-водниковых веществ.

На кафедре представлены практически все современные методы анализа. Основные развиваемые методы - сорбционное и экстракционное концентрирование неорганических и органических микро- и ультрамикро-компонентов, включая методы, осуществляемые автоматически в потоке; хроматографические методы разделения веществ и их определения с различными детекторами, включая масс-спектрометрические (жидкостная, в том числе ионная, газовая хроматография); спектроскопические методы анализа - спектрофотометрические в видимой и ультрафиолетовой областях спектра, включая отражательный вариант; люминесцентные; термолинзовая спектрометрия и др.; электрохимические методы, особенно вольтамперометрия и прямая потенциометрия (ионоселективные электроды); кинетические и ферментативные методы.

Кафедра неплохо оснащена оборудованием. В общем практикуме более двухсот приборов, в спецпрактикумах - около ста. Парк приборов научных лабораторий очень разнообразен и богат. Так, среди спектральных приборов - лазерные установки для термолинзовых измерений фирмы Когерент (США), электронный спектрометр фирмы Лейболд (Германия), рентгенофлуоресцентные анализаторы Спарк и Спектроскан (Россия), лазерный микрозондовый анализатор ЛАММА (Германия) и др. Кафедра имеет прекрасное хроматографическое оборудование, например капиллярные газовые хроматографы, хроматомассоспектрометр, сверх-критический флюидный хроматограф, ионные хроматографы двух фирм, различные жидкостные хроматографы. На современном уровне и электро-химические приборы - вольтамперометрический анализатор, полярографы и другие, например установки для электрохимических исследований производства США и Швейцарии. В числе других инструментов для химического анализа - сверхкритический флюидный экстрактор (Италия), прибор для капиллярного электрофореза (США) и изотахофореза (Словакия-Россия).

Рассмотрим в качестве примера несколько выполняемых на кафедре работ более детально.

Тест-методы. На протяжении столетий, со времен алхимиков, химический анализ осуществлялся в лабораториях. И сейчас сотни тысяч, миллионы анализов проводятся в условиях аналитических лабораторий, причем теперь не только химических. Однако в последнее время положение меняется: химический анализ постепенно перемещается к тем местам, где находится анализируемый объект - в поле, в цех, аэропорт, к постели больного, даже в обычные квартиры. Дело в том, что существуют огромные потребности во внелабораторном анализе, и в том, что теперь появляются возможности создавать эффективные средства такого анализа "на месте". К числу таких средств принадлежат и средства для тест-методов химического анализа.

Тест-методы анализа - это экспрессные, простые и относительно дешевые приемы обнаружения и определения веществ, обычно не требующие существенной подготовки пробы, использования сложных стационарных приборов, лабораторного оборудования и вообще условий лаборатории, а главное - не требующие квалифицированного персонала.

На кафедре разрабатываются чисто химические и ферментатив-ные тест-методы. Специально подобранные реакции и реагенты используются в "готовых" формах - на индикаторных бумажках, в виде таблеток, порошков, индикаторных трубок и т.д. По интенсивности или тону появляющейся при анализе окраски или по длине окрашенного слоя в трубке можно обнаружить и количественно определить нужный компо-нент. Возможна не только визуальная регистрация, но и с использованием простейших приборчиков карманного типа.

Например, создан исключительно чувствительный ферментатив-ный метод определения ртути, особенно в объектах окружающей среды. Или можно назвать серию работ, в которых предложены индикаторные трубки для определения в природных и питьевых водах других тяжелых токсичных металлов. Еще одно простое средство - таблетки из пенополиуретана (поролона), на которые заранее наносятся аналитические реагенты или которые могут сорбировать образовавшиеся окрашенные продукты реакции из раствора. Появление или изменение окраски на таблетках сравнивается со шкалой. Можно определять фенолы, поверхностно-активные вещества, ряд ионов металлов.

Способы осуществления тест-методов, как уже говорилось, очень просты. Однако эта простота недешево дается: ее достижение требует хорошей науки для создания соответствующих средств. Тут, как всегда, действует правило обратной пропорциональности: для разработки наибо-лее простого и эффективного тест-средства нужно вложить максимум творческой энергии, изобретательности, знаний, да и немало средств.

Новые подходы к определению органических токсикантов в объектах окружающей среды. В природных водах нормируется содержание более тысячи веществ, среди которых немало токсичных и канцерогенных. Если концентрация вещества нормируется, ее нужно контролировать. Это означает, что должны быть надежные методы такого контроля на все эти вещества и соответствующие средства - приборы, реактивы, стандартные образцы и т.д. Это почти нереальная задача - уж очень велик перечень "контролируемых" компонентов. И действительно, в реальной практике анализ проводят максимум на 100- 150 веществ, а обычно на меньшее число компонентов.

Как же быть?

На кафедре развивается идея изменения самой методологии анализа. Речь идет об отказе от попыток следовать подходу "каждому веществу - своя методика" в пользу систематического анализа с широким использованием обобщенных показателей. Например, такими обобщен-ными показателями могут быть содержание органических хлора, фосфора или серы в анализируемом объекте. Бессмысленно испытывать воду порознь на десятки возможных токсичных хлорорганических соединений, если первичный эксперимент показал, что органического хлора в пробе вообще нет. Создаются новые методы такого "валового" анализа, причем весьма чувствительные.

Лучший метод определения анионов. Таким методом является ионная хроматография. Кафедра была первым центром в бывшем СССР, где начали развивать этот эффективный способ анализа. Сейчас соответствующая лаборатория имеет большой парк самых современных ионных хроматографов. Разрабатываются ускоренные методы одновре-менного определения 10- 12 анионов, одновременного определения катионов и анионов в объектах окружающей среды, в пищевых продуктах и других образцах. Сложилась школа специалистов по ионной хроматографии, проведен первый отечественный симпозиум по этому методу, написаны книги.

Ионоселективные электроды (ИСЭ). Особенностью работ кафедры в этом направлении является создание ИСЭ на органические вещества с использованием комплексообразования по схеме "гость-хозяин", или "ключ-замок".

Рентгенофлуоресцентный анализ с концентрированием. РФА - замечательный метод. Он позволяет определять одновременно большое число элементов, за исключением элементов начала периодической системы, причем без разрушения анализируемого образца. Но метод не очень чувствителен, трудно определять концентрации ниже 0,01 процента. На помощь приходит сорбционное концентрирование на целлюлозных фильтрах, причем к целлюлозе привиты комплексообразующие атомные группировки. Пределы обнаружения при этом очень значительно снижаются, метод рентгенофлуоресцентной спектрометрии приобретает новое звучание.

Использование ферментов. Иммобилизованные ферменты - особые и весьма эффективные аналитические реагенты: они обеспечивают высокую селективность взаимодействия с определяемыми компонентами. С использованием фермента пероксидазы создан очень чувствительный и избирательный метод определения ртути.

Термолинзовая спектроскопия. Установка, используемая в этом методе, занимает много места и отнюдь не проста в использовании. Однако хлопоты по созданию установки и поддержанию ее в рабочем состоянии вполне оправданы: по сравнению с обычной спектрофото-метрией пределы обнаружения веществ можно снизить на 2- 3 порядка!

Микроволновая пробоподготовка и другие применения микро-волнового излучения. Очень интересно, что такое излучение позволяет существенно ускорить многие медленно протекающие химико-аналитические реакции. Примером могут служить реакции комплексо-образования платиновых металлов: известно, что эти металлы часто образуют кинетически инертные комплексы, замещение лигандов в них проходит очень замедленно. В микроволновой печи картина резко меняется; это имеет большое значение для практики анализа.

Сотрудники кафедры преподают аналитическую химию студен-там химического, геологического, географического, биологического, почвенного факультетов, факультета фундаментальной медицины, Высшего химического колледжа РАН, Высшего колледжа наук о материалах, а также учащимся школ с химическим уклоном. Это огромная и очень ответственная работа, на ней выросли прекрасные, знающие свое дело преподаватели, среди которых немало молодых. Практикум по аналитической химии - один из лучших на химическом факультете, студенты с интересом выполняют многочисленные учебные задачи, курсовые работы, участвуют в ежегодно проводимых олимпиадах по аналитической химии. В течение года через общий практикум проходит около тысячи студентов химического и смежных факультетов, через спецпрактикумы - свыше пятидесяти студентов 4-го и 5-го курсов химического факультета.

Общий курс аналитической химии, читаемый студентам 2-го курса химического факультета, сопровождается семинарами и обшир-ными, насыщенными и весьма интересными лабораторными работами. В 1999 г. вторым изданием вышел двухтомный учебник, написанный сотрудниками кафедры, - "Основы аналитической химии". Постоянно издаются разнообразные пособия, руководства, задачники.

Многие студенты химического факультета выбирают аналити-ческую химию в качестве области специализации; по числу принимаемых студентов кафедра занимает одно из первых мест на факультете (от 20 до 40 третьекурсников ежегодно). Подготовка специалистов-аналитиков включает прослушивание большого числа спецкурсов, выполнение практических работ, выступления на семинарах и конференциях. Студенты получают хорошую подготовку по методам концентрирования веществ, по спектроскопическим, электрохимическим, хроматографическим и другим методам анализа, в деталях знакомятся с метрологией химического анализа, слушают лекции по общим вопросам аналитической химии.

В аспирантуру кафедры ежегодно поступает 10- 15 выпускников МГУ и других вузов. Для аспирантов читаются специальные курсы, в том числе курсы по выбору.

Кафедра ежегодно присуждает аспирантам и студентам премию или стипендию имени И.П. Алимарина.

Кафедра тесно сотрудничает с институтами Российской академии наук, особенно с Институтом общей и неорганической химии им. Н.С. Курнакова и Институтом геохимии и аналитической химии им. В.И. Вернадского. В 1996 г. создан Научно-учебный центр по анали-тической химии Московского государственного университета им. М.В. Ломоносова и Российской академии наук; центр базируется на кафедре.

Кафедра является также базой Всероссийской экологоаналити-ческой ассоциации "Экоаналитика"; через ассоциацию осуществляются многочисленные контакты в области анализа объектов окружающей среды. Кафедра, например, активно участвовала в выполнении проектов по программе "Экологическая безопасность России" и других экологических программах, выступает одним из организаторов всероссийских конференций по анализу объектов окружающей среды.

Проводятся многочисленные совместные научные работы с рядом отраслевых исследовательских институтов и вузов России. Так, например, на протяжении длительного времени кафедра плотно сотрудничает с НПО "Буревестник" (Санкт-Петербург) в области рентгеноспектрального и электрохимического оборудования.

Международные связи осуществляются по нескольким направле-ниям. Есть совместные исследовательские проекты, выполняемые в рамках программы ИНТАС, а также на базе двусторонних соглашений. Реализуются договоры с приборостроительными фирмами, в результате чего кафедра получает возможность иметь современные приборы, не покупая их. Можно назвать контакты с фирмами "Карло Эрба" (Италия) и "Биотроник" (Германия) в области хроматографии и хромато- масс-спектрометрии, с фирмой "Майлстоун" (Италия) в области микроволновой техники, с фирмой "Интертех" (США) по спектроскопическим приборам.

В 1995 г. кафедра провела V Международный симпозиум по кинетическим методам анализа, в 1997 г. – Международный конгресс по аналитической химии.

[ Химический факультет МГУ и его кафедры (история и современное состояние) ]