Добавил: rNd | Просмотров: 2687
Похоже, это становится традицией: каждая встреча с учеными физического факультета Казанского государственного университета (КГУ) открывает новые, интереснейшие стороны деятельности мощной научной школы, действующей в вузе. Сначала удалось познакомиться с историей открытия электронного парамагнитного резонанса (ЭПР). Это инструмент, можно даже сказать “глаз”, с помощью которого исследователи смогли заглянуть внутрь вещества, увидеть в нем расположение молекул и атомов. А на этот раз физики рассказали о продолжателе дела ЭПР, его сородиче - ядерном магнитном резонансе (ЯМР). Сегодня это едва ли не самый мощный, чувствительный и гибкий спектроскопический инструмент. С помощью этого ключевого метода ученые изучают состав, структуру любых веществ: газов, растворов, твердых тел и т.д. ЯМР настолько универсален, что с его помощью можно исследовать соединения, содержащие большую часть элементов таблицы Менделеева.
Но если ЭПР был открыт в СССР (в январе 1944 года доцент кафедры экспериментальной физики Казанского университета Евгений Завойский впервые в мире описал это явление), то первооткрывателями ЯМР стали американские физики. В 1946 году две группы исследователей сообщили о наблюдении ЯМР. Ключевые фигуры Блох, Парселл и Паунд в 1952 году были удостоены Нобелевской премии по физике. Только лет через 10-12 ядерный магнитный резонанс получил развитие в нашей стране. Но прошло всего 10 лет, и в конце 60-х годов прошлого века отечественные физики догнали американских коллег по применению и развитию метода ЯМР-спектроскопии. Заслуга в этом главным образом принадлежит Московскому и Ленинградскому университетам, Таллинскому политеху, Институту химической физики АН СССР и Казанскому госуниверситету. В первую очередь благодаря научной школе этого вуза, заложенной еще в предвоенные годы и успешно развивающейся в наши дни, и всемирно известной Казанской школе химии, развитие которой без применения спектроскопии ЯМР высокого разрешения трудно себе представить.
В подтверждение тому: на днях работа казанских физико-химиков “ЯМР высокого разрешения в структурно-динамических исследованиях” была выдвинута на государственную премию Республики Татарстан в области естественных наук (результат станет известен в ноябре-декабре). Но значение этих исследований выходит далеко за границы региона.
Сегодня исследования методом ЯМР ведутся практически во всех развитых странах, поскольку возможности его применения поистине безграничны. Однако привнести нечто новое, расширить возможности ЯМР, сказать свое слово в этой перспективной области - задача чрезвычайно трудная. КГУ это удалось.
- На рубеже 1950-1960-х годов наш руководитель и учитель Ю.Самитов создал новое в СССР междисциплинарное научное направление - спектроскопия ЯМР 1Н и 31Р высокого разрешения в химии, - рассказывает декан физического факультета КГУ, научный руководитель лаборатории ЯМР и руководитель работы, один из лидеров вузовской научной школы, профессор Альберт Аганов (на снимке). - Вначале на базе КГУ, затем ИОФХ им. А.Е.Арбузова, так что мы выступаем объединенным коллективом. Были сформированы два новых направления: кванто-химические методы теоретической интерпретации магнитно-резонансных параметров спектров ЯМР и динамическая ЯМР-спектроскопия - и достигнут ряд новых важных результатов. Но прежде хотелось бы отметить, что признание получили и другие наши коллективы, использующие в своей работе методы магнитного резонанса. Слагаемых успеха было много: новая, еще не разработанная область исследования. Наши учителя были сильными личностями - увлеченность работой Ю.Самитова, граничащая с фанатизмом, передавалась всему коллективу. Свежие номера журналов J.Chem.Rhys. и JACS были всегда в нашем распоряжении - с соответствующими пометками их приносил Б.Арбузов во время регулярных обходов лабораторий. Его авторитет был настолько высок, что для размещения различных заказов двери “режимных” предприятий были всегда открыты. Ограничений в средствах не было. Благодаря этому за год с небольшим, начиная с расчетов и изготовления магнита, был создан спектрометр ЯМР высокого разрешения, обеспечивший в те далекие годы исследования не только в Казани, но и далеко за ее пределами. Но главное - были четко сформулированы цели и задачи. Сегодня в этой области мы в числе лидеров как в России, так и в мире. Мы владеем основными современными методами изучения практически любых сложных молекулярных систем, прежде всего в области химии, поскольку до недавнего времени она была главной областью приложения методов ЯМР. Причем ряд методов и подходов, совмещающих теоретические расчеты с практическими возможностями квантовой химии, создали сами. Наши исследования и результаты признаны базовыми. Они публикуются в престижных журналах мира, на них ссылаются иностранные коллеги. Мы выступаем с докладами на самых крупных конференциях. Такое внимание к нашим работам объясняется тем, что структуры и классы веществ, которыми мы занимаемся, очень важные и перспективные. В последние годы это молекулярные комплексы, кластеры и кристаллы, супрамолекулярные системы и пр.; наноразмерные пептиды, производные пирамидиновых оснований, гетероциклофосфаны, каликсарены и каликризорцины и пр. Все это имеет непосредственное отношение как собственно к наноструктурной химии, так и к важнейшей сегодня области приложения ЯМР - нанобиологии и наномедицине. Вообще, практическая направленность исследований - знамение и веяние времени. Все чаще мы задаем себе вопрос: что это дает налогоплательщику? Поэтому важным сегодня является разработка не только общих теоретических и экспериментальных методов и подходов, но и конкретных методик, адаптированных к производству.
Мы рассчитываем, что создание новых перспективных направлений позволит нам со временем занять свою нишу на наукоемком рынке. Такие методики будут востребованы, поскольку стимулируют совершенствование самих ЯМР-спектрометров, потребность в которых очень велика. Например, в одной только Японии их более двух тысяч. Потому что без них в химических исследованиях и химических производствах не обойтись. ЯМР-спектр дает абсолютную достоверность при определении структуры и состава вещества, поскольку в природе нет двух соединений, спектры ЯМР которых совпадали бы. Ни один другой метод анализа такими возможностями не обладает. Правда, у нас в стране, к сожалению, ЯМР-спектрометров явно недостаточно (соотношение между приборными базами отечественных лабораторий и зарубежных составляет приблизительно 1 к 10). Главная причина самая что ни на есть прозаическая: отсутствие средств. Но не только. Один нормально укомплектованный ЯМР-спектрометр на средних частотах стоит более двух миллионов евро. А ведь его еще надо содержать и квалифицированно эксплуатировать.
На заре отечественной ЯМР-спектроскопии в силу необходимости мы создавали собственные спектрометры и модернизировали зарубежные. В те времена они позволяли работать на конкурентном уровне. Но сегодня это уже невозможно. Создание ЯМР-спектрометров настолько сложно, что этим занимаются лишь специализированные лаборатории крупных фирм. Остались на рынке всего три фирмы - японская (Jeol), американская (Varian) и немецкая (Bruker). У последней есть определенные преимущества. Bruker предлагает практически всю номенклатуру радиоспектроскопического оборудования, большой спектр возможностей для сотрудничества. Немаловажно и то, что все эти годы фирма активно работает на российском рынке. Но мы готовы сотрудничать со всеми - квалификация наших сотрудников это позволяет.
Отмечу, что отечественные лаборатории в последние годы интенсивно переоснащались. Отрадно, что это относится и к вечно бедным вузовским коллективам. Источники финансирования самые разные: для вузов, к сожалению, это только целевые программы. Не остались и мы в стороне: в целом наши лаборатории оснащены самым современным оборудованием, содержание которого в значительной степени обеспечивается средствами Федерального центра коллективного пользования (ЦКП), который мы создали в рамках Федеральной целевой программы. К слову, мы в числе первых в России еще в 1995 году создали ЦКП ЯМР по гранту РФФИ. Наличие первоклассного оборудования позволяет нам работать на мировом уровне. В этом нам помогает наша молодежь - студенты, магистры, аспиранты - новое поколение ЯМР-спектроскопистов. Тематика исследований, ведущихся в КГУ и ИОФХ им. А.Е.Арбузова, безу-словно, их привлекает. Скажу больше: спрос на специалистов опережает наши возможности. Конечно, мы могли бы принимать аспирантов и на платной основе, но не заинтересованы готовить штучных и очень дорогих квалифицированных специалистов только для... зарубежных лабораторий. Ведь стоит им защититься - и большинство уезжает работать за рубеж либо уходит в непрофильные сферы деятельности в России. (Иногда, правда, они возвращаются, но это пока большая редкость). Вот в чем беда! За границей потребность в ЯМР-спектроскопистах чрезвычайно велика, в том числе, а может, и в большей степени, в промышленности. В основном наши молодые специалисты идут работать в академические институты Казани и Москвы. Этого явно недостаточно, а все потому, что потребности отечественного наукоемкого рынка растут чрезвычайно медленно.
Но если ЭПР был открыт в СССР (в январе 1944 года доцент кафедры экспериментальной физики Казанского университета Евгений Завойский впервые в мире описал это явление), то первооткрывателями ЯМР стали американские физики. В 1946 году две группы исследователей сообщили о наблюдении ЯМР. Ключевые фигуры Блох, Парселл и Паунд в 1952 году были удостоены Нобелевской премии по физике. Только лет через 10-12 ядерный магнитный резонанс получил развитие в нашей стране. Но прошло всего 10 лет, и в конце 60-х годов прошлого века отечественные физики догнали американских коллег по применению и развитию метода ЯМР-спектроскопии. Заслуга в этом главным образом принадлежит Московскому и Ленинградскому университетам, Таллинскому политеху, Институту химической физики АН СССР и Казанскому госуниверситету. В первую очередь благодаря научной школе этого вуза, заложенной еще в предвоенные годы и успешно развивающейся в наши дни, и всемирно известной Казанской школе химии, развитие которой без применения спектроскопии ЯМР высокого разрешения трудно себе представить.
В подтверждение тому: на днях работа казанских физико-химиков “ЯМР высокого разрешения в структурно-динамических исследованиях” была выдвинута на государственную премию Республики Татарстан в области естественных наук (результат станет известен в ноябре-декабре). Но значение этих исследований выходит далеко за границы региона.
Сегодня исследования методом ЯМР ведутся практически во всех развитых странах, поскольку возможности его применения поистине безграничны. Однако привнести нечто новое, расширить возможности ЯМР, сказать свое слово в этой перспективной области - задача чрезвычайно трудная. КГУ это удалось.
- На рубеже 1950-1960-х годов наш руководитель и учитель Ю.Самитов создал новое в СССР междисциплинарное научное направление - спектроскопия ЯМР 1Н и 31Р высокого разрешения в химии, - рассказывает декан физического факультета КГУ, научный руководитель лаборатории ЯМР и руководитель работы, один из лидеров вузовской научной школы, профессор Альберт Аганов (на снимке). - Вначале на базе КГУ, затем ИОФХ им. А.Е.Арбузова, так что мы выступаем объединенным коллективом. Были сформированы два новых направления: кванто-химические методы теоретической интерпретации магнитно-резонансных параметров спектров ЯМР и динамическая ЯМР-спектроскопия - и достигнут ряд новых важных результатов. Но прежде хотелось бы отметить, что признание получили и другие наши коллективы, использующие в своей работе методы магнитного резонанса. Слагаемых успеха было много: новая, еще не разработанная область исследования. Наши учителя были сильными личностями - увлеченность работой Ю.Самитова, граничащая с фанатизмом, передавалась всему коллективу. Свежие номера журналов J.Chem.Rhys. и JACS были всегда в нашем распоряжении - с соответствующими пометками их приносил Б.Арбузов во время регулярных обходов лабораторий. Его авторитет был настолько высок, что для размещения различных заказов двери “режимных” предприятий были всегда открыты. Ограничений в средствах не было. Благодаря этому за год с небольшим, начиная с расчетов и изготовления магнита, был создан спектрометр ЯМР высокого разрешения, обеспечивший в те далекие годы исследования не только в Казани, но и далеко за ее пределами. Но главное - были четко сформулированы цели и задачи. Сегодня в этой области мы в числе лидеров как в России, так и в мире. Мы владеем основными современными методами изучения практически любых сложных молекулярных систем, прежде всего в области химии, поскольку до недавнего времени она была главной областью приложения методов ЯМР. Причем ряд методов и подходов, совмещающих теоретические расчеты с практическими возможностями квантовой химии, создали сами. Наши исследования и результаты признаны базовыми. Они публикуются в престижных журналах мира, на них ссылаются иностранные коллеги. Мы выступаем с докладами на самых крупных конференциях. Такое внимание к нашим работам объясняется тем, что структуры и классы веществ, которыми мы занимаемся, очень важные и перспективные. В последние годы это молекулярные комплексы, кластеры и кристаллы, супрамолекулярные системы и пр.; наноразмерные пептиды, производные пирамидиновых оснований, гетероциклофосфаны, каликсарены и каликризорцины и пр. Все это имеет непосредственное отношение как собственно к наноструктурной химии, так и к важнейшей сегодня области приложения ЯМР - нанобиологии и наномедицине. Вообще, практическая направленность исследований - знамение и веяние времени. Все чаще мы задаем себе вопрос: что это дает налогоплательщику? Поэтому важным сегодня является разработка не только общих теоретических и экспериментальных методов и подходов, но и конкретных методик, адаптированных к производству.
Мы рассчитываем, что создание новых перспективных направлений позволит нам со временем занять свою нишу на наукоемком рынке. Такие методики будут востребованы, поскольку стимулируют совершенствование самих ЯМР-спектрометров, потребность в которых очень велика. Например, в одной только Японии их более двух тысяч. Потому что без них в химических исследованиях и химических производствах не обойтись. ЯМР-спектр дает абсолютную достоверность при определении структуры и состава вещества, поскольку в природе нет двух соединений, спектры ЯМР которых совпадали бы. Ни один другой метод анализа такими возможностями не обладает. Правда, у нас в стране, к сожалению, ЯМР-спектрометров явно недостаточно (соотношение между приборными базами отечественных лабораторий и зарубежных составляет приблизительно 1 к 10). Главная причина самая что ни на есть прозаическая: отсутствие средств. Но не только. Один нормально укомплектованный ЯМР-спектрометр на средних частотах стоит более двух миллионов евро. А ведь его еще надо содержать и квалифицированно эксплуатировать.
На заре отечественной ЯМР-спектроскопии в силу необходимости мы создавали собственные спектрометры и модернизировали зарубежные. В те времена они позволяли работать на конкурентном уровне. Но сегодня это уже невозможно. Создание ЯМР-спектрометров настолько сложно, что этим занимаются лишь специализированные лаборатории крупных фирм. Остались на рынке всего три фирмы - японская (Jeol), американская (Varian) и немецкая (Bruker). У последней есть определенные преимущества. Bruker предлагает практически всю номенклатуру радиоспектроскопического оборудования, большой спектр возможностей для сотрудничества. Немаловажно и то, что все эти годы фирма активно работает на российском рынке. Но мы готовы сотрудничать со всеми - квалификация наших сотрудников это позволяет.
Отмечу, что отечественные лаборатории в последние годы интенсивно переоснащались. Отрадно, что это относится и к вечно бедным вузовским коллективам. Источники финансирования самые разные: для вузов, к сожалению, это только целевые программы. Не остались и мы в стороне: в целом наши лаборатории оснащены самым современным оборудованием, содержание которого в значительной степени обеспечивается средствами Федерального центра коллективного пользования (ЦКП), который мы создали в рамках Федеральной целевой программы. К слову, мы в числе первых в России еще в 1995 году создали ЦКП ЯМР по гранту РФФИ. Наличие первоклассного оборудования позволяет нам работать на мировом уровне. В этом нам помогает наша молодежь - студенты, магистры, аспиранты - новое поколение ЯМР-спектроскопистов. Тематика исследований, ведущихся в КГУ и ИОФХ им. А.Е.Арбузова, безу-словно, их привлекает. Скажу больше: спрос на специалистов опережает наши возможности. Конечно, мы могли бы принимать аспирантов и на платной основе, но не заинтересованы готовить штучных и очень дорогих квалифицированных специалистов только для... зарубежных лабораторий. Ведь стоит им защититься - и большинство уезжает работать за рубеж либо уходит в непрофильные сферы деятельности в России. (Иногда, правда, они возвращаются, но это пока большая редкость). Вот в чем беда! За границей потребность в ЯМР-спектроскопистах чрезвычайно велика, в том числе, а может, и в большей степени, в промышленности. В основном наши молодые специалисты идут работать в академические институты Казани и Москвы. Этого явно недостаточно, а все потому, что потребности отечественного наукоемкого рынка растут чрезвычайно медленно.
