Наука Казахстана

Казахстанские учёные разрабатывают «зеленые» методики экологического мониторинга

25.05.2023

1405


Казахстанские исследователи под руководством профессора КазНУ Болата Кенесова разрабатывают эффективные методы  экологического анализа на основе твердофазной микроэкстракции с использованием компьютерного моделирования.

Борьба с изменением климата и защита окружающей среды являются одними из основных задач, поставленных ООН перед всеми странами для достижения целей устойчивого развития. Активные действия в этом направлении должны предприниматься всеми странами, включая бедные, богатые, среднеразвитые, поддерживающими актуальную повестку ООН.

В Казахстане экологические проблемы  уже негативно влияют не только на здоровье и самочувствие граждан, но и на эффективность экономики в целом. Особенно остро это чувствуется в крупных городах, промышленных центрах, где фиксируются наиболее высокие показатели загрязнения воздуха. На многих территориях страны загрязнение атмосферы в определенное время достигает критического уровня. Для того чтобы решить эту проблему, в первую очередь, необходимо выяснить все источники загрязнения.

 Известно, что атмосфера наиболее чувствительна к загрязнениям газообразными, жидкими и даже твердыми веществами. При этом казахстанские учёные отмечают, что действующая в Казахстане система экологического мониторинга генерирует крайне ограниченный объем данных о загрязнении окружающей среды в стране. Одной из основных причин неэффективного мониторинга окружающей среды в Казахстане, по мнению исследователей, является высокая стоимость анализа, что ограничивает количество контролируемых загрязняющих веществ, количество точек отбора проб и частоту анализа.

Исследовательский коллектив КазНУ предлагает научно обоснованное решение этой задачи. Использование методов твердофазной микроэкстракции (ТФМЭ) считается наиболее простым, экономически выгодным, поскольку не требует многостадийного анализа и реагентов, и подразумевается, как «зеленый» метод пробоподготовки. ТФМЭ основан на извлечении доли аналитов из матрицы образца с помощью микрополимерного покрытия с последующей десорбцией аналита подходящим способом, например, в инжекторе газового хроматографа. Метод позволяет проводить экстракцию летучих органических соединений (ЛОС) из различных матриц без использования растворителей, дополнительного дорогостоящего оборудования и стадий очистки. Преимущества ТФМЭ использовались во множестве областей применения, включая экологический, биохимический анализ, анализ пищевых продуктов и т.д. 

ТФМЭ является не исчерпывающей, а равновесной методикой пробоподготовки. У данного метода есть свои сложности - он требует тщательной оптимизации многих параметров, таких как состав, толщина и длина покрытия волокна, объем или масса образца, рН и ионная сила водного образца, добавление воды и других растворителей к сложным матрицам, температура и время экстракции, подход к калибровке и т.д. для каждой комбинации аналита и образца, что  делает его время и трудо затратным. Для решения этих задач учёные используют метод компьютерного моделирования процессов пробоподготовки, что позволяет значительно снизить экономические затраты и  негативное влияние на здоровье человека.

В рамках проекта учёные разработали новые компьютерные модели твердофазной микроэкстракции летучих органических соединений из воздуха, воды и почвы. 

Разработанные компьютерные модели позволяют быстро оптимизировать важные параметры твердофазной микроэкстракции и разрабатывать более чувствительные, точные и «зеленые» методики на ее основе без существенной экспериментальной работы. 

Они рекомендованы для оптимизации параметров твердофазной микроэкстракции при разработке методик анализа с целью снижения пределов обнаружения, сокращения времени анализа и повышения точности. Разработанные модели могут быть внедрены в исследовательских лабораториях, занимающихся разработкой новых методик анализа объектов окружающей среды - они позволят существенно снизить затраты на разработку новых методик анализа на основе твердофазной микроэкстракции. 

Для более широкой применимости полученных результатов были разработаны и размещены в сети в свободном доступе два обучающих видео и две интерактивные лекции. Кроме того, с использованием функции Application Builder в CMP для неопытных пользователей были разработаны пять моделей с упрощенным интерфейсом. ( https://ecobio.cfhma.kz/COMSOL.html )


Научный проект AP08052684 «Эффективная разработка методик анализа объектов окружающей среды на основе парофазной твердофазной микроэкстракции с использованием компьютерного моделирования» 
Руководитель проекта - Кенесов Болат  Нурланович, кандидат химических наук, профессор.
«« | »»
Последние новости