Планетарные центрифуги

Определить, сколько в почве пестицидов, полиароматических углеводородов, тяжелых металлов и других, вредных или, напротив, исключительно нужных человеку веществ, можно теперь быстро и точно. Как сообщает агентство «ИнформНаука», с помощью особого метода и соответствующего прибора — планетарной центрифуги, специалисты Института геохимии и аналитической химии им. В.Вернадского РАН научились узнавать даже то, в какой именно форме и в какой именно фракции почвы — в иле, песке или почве больше всего искомых соединений. Последнее особенно важно — поскольку от того, насколько легко растворяется вещество в воде или кислоте (увы, вероятность кислотных дождей не исключена), в значительной степени зависит его доступность для всего живого. Потому что в форме минералов свинец, скажем, медь, кадмий или мышьяк — это скорее безвредно. А вот в ионной форме, особенно в питьевой или природной воде — очень опасно.

В достоинствах нового метода, тогда еще не вполне разработанного учеными из Института геохимии им. Вернадского, одними из первых убедились немцы. Несколько лет назад, точнее — весной 2002 года, во время памятного многим наводнения в Германии, в подвалы домов намыло сотни килограммов ила, песка и вообще всякого мусора. Все это необходимо было срочно убирать. Но прежде дотошные немцы должны были выяснить, насколько вредна, или, может, совсем не вредна принесенная водой почва — чтобы знать наверняка, как наиболее правильно ею распорядиться.

Сделать подобные анализы быстро и качественно обычными способами практически невозможно. Традиционные методы позволяют определить либо валовое содержание в почве искомых веществ (и это само по себе непросто), либо, если стоит задача выяснить, в какой фракции почвы и в какой форме содержатся в ней искомые компоненты, на каждый анализ придется потратить несколько дней. Единственным человеком в Германии, который мог дать ответ быстро, за несколько часов, был старший научный сотрудник названного института Петр Федотов, по счастливой для немцев случайности работавший тогда у своих коллег в Центре исследований окружающей среды в Лейпциге.

Работа, которую П.Федотов тогда еще только начинал, теперь в основном окончена. Во всяком случае, метод в принципе разработан, прибор сконструирован, выполнен питерскими коллегами из Института аналитического приборостроения и уже не раз усовершенствован. Называется этот метод так: разделение микрочастиц и растворимых компонентов на вращающихся спиральных колонках. А суть его вот в чем.

Внутри разделительной колонки — обычной тефлоновой трубки, намотанной, как нитка, на катушку, — две несмешивающиеся жидкости с разной, разумеется, плотностью. Эту «катушку» в центрифуге с точно определенной, заранее заданной скоростью раскручивают, причем одновременно вокруг собственной оси и вокруг оси центрифуги, подобно тому, как планеты вращаются вокруг своей оси и одновременно вокруг Солнца. Отсюда, кстати говоря, и название — планетарная центрифуга.

Под действием сложной формы силового поля одна из жидкостей (неподвижная фаза) оказывается «распластанной» внутри трубки — свободно скользит по ее стенкам, дробится на капли, но из колонки не вымывается. А другую — подвижную фазу — непрерывно через колонку прокачивают. Если же в неподвижную, например, фазу, добавить анализируемый образец почвы, то ее частички тоже «прижмет» к стенкам трубки, причем в разных ее частях — в зависимости от плотности и размера частиц. Ну а подвижная фаза — растворитель — будет вымывать из образца его компоненты. Заметим: по заранее заданной программе.

Так из образца можно последовательно, в том числе последовательно несколькими растворителями, вымывать входящие в его состав вещества и их уже автоматически анализировать. И узнать точный и подробный состав почвы — сколько и каких, например, тяжелых металлов связано с песком, сколько — с илом и пылью, в какой форме металлы присутствуют в каждой из фракций — в обменной, карбонатной или труднорастворимой.

Разумеется, возможности метода не исчерпываются задачами экологов и почвоведов. Использовать его можно и для анализа геологических образцов, и для фракционирования, скажем, наноалмазов. На приборном уровне метод, пожалуй, в основном разработан, хотя в теории есть пока «белые пятна»: разработать модель, которая адекватно отражала бы поведение различных частиц в сложном силовом поле, нелегко. Однако сделать это можно, уверены авторы. А сконструированные ими приборы тем временем уже запатентованы и успешно работают.