БОГАТЕЙШИЕ ВОЗМОЖНОСТИ
ПОРОШКОВОЙ ДИФРАКЦИИ
С 18 по 20 октября в Новосибирске проходила школа-семинар «ICCD:
Powder Diffraction File and Grant-in-Aid». Семинар был
организован Научно-образовательным центром «Молекулярный дизайн и
экологически безопасные технологии» при Новосибирском
государственном университете совместно с Институтом катализа
им. Г. К. Борескова и Институтом химии твердого тела и механохимии
СО РАН по инициативе и финансовой поддержке Международного центра
дифракционных данных (ICCD, США).
Юрий Плотников, «НВС»
Основная цель семинара — ознакомление научных сотрудников,
аспирантов и студентов сибирского региона, занимающихся
рентгеноструктурным анализом материалов, с современным состоянием
банка порошковых рентгенографических данных и привлечение их к
совместной работе через систему «Grant-in-aid».
Чем же замечателен названный научный метод и созданная на его
основе база данных? С этим вопросом корреспондент «НВС» обратился
к основателю и руководителю Научно-образовательного центра
«Молекулярный дизайн и экологически безопасные технологии» при
НГУ акдемику Владимиру БОЛДЫРЕВУ:
— Когда в химии говорят об анализе, то обычно имеют в виду
операцию, целью которой является определить, из каких химических
веществ состоит материал, и сколько их. Но разные вещества могут
отличаться не только по составу, но и по структуре, и при одном
химическом составе структура может быть различной (например,
графит и алмаз). Предмет фазового анализа — определить, из каких
веществ (предполагая, что они образуют отдельную фазу) состоит
смесь, материал, горная порода. Рентгеновская дифракция как раз и
является тем методом, который позволяет это делать.
Рентгенограммы, помещенные в базу данных ICCD, можно назвать
«отпечатками пальцев», по которым идентифицируются
кристаллические фазы.
 |
| Заинтересованное общение специалистов (проф. Е. Антипов, д-р
Дж. Фабер и ак. В. Болдырев) |
У рентгеновской дифракции есть и другое назначение, не менее
важное. С помощью ее мы можем изучать особенности структуры
вещества — как построен кристалл. Именно строение кристалла, а
не только его состав определяет его физические и химические
свойства. Для этой цели обычно используют специально выращенные
монокристаллы. Но далеко не каждое вещество легко получить в
таком виде. Особенно те, которые состоят из сложных молекул — белки,
например.
Так вот, в последнее время стало возможным расшифровать структуру
и по дифракционной картине, полученной от порошкообразных
образцов. Конечно, о полной замене монокристальной дифрактометрии
говорить нельзя, но есть существенное продвижение. Судя по
сообщениям, которые прозвучали на недавней конференции по
порошковой дифракции, проходившей в Барселоне, с использованием
порошковых дифракционных данных можно расшифровывать даже
структуры некоторых белков, что долгое время считалось
исключительно епархией монокристальной дифрактометрии. Отсюда
рост интереса к порошковой дифракции и ее возможностям, который
наблюдается в мире в последние годы. Использование метода, не
требующего долгой, весьма трудоемкой, а подчас и вовсе
невозможной процедуры выращивания монокристаллов, кажется весьма
заманчивым.
И, наконец, порошковый дифракционный метод является незаменимым
инструментом исследования веществ и материалов, состоящих из
очень маленьких, менее 100 нанометров, частиц — нанокристаллов.
С возможностями создания наноразмерных и наноструктурированных
материалов с новыми уникальными свойствами и характеристиками
сегодня напрямую связываются перспективы микроэлектроники,
катализа, фармакологии и многих других наукоемких технологий.
— В чем заключается большое преимущество порошковой дифракции
перед монокристальной? — размышляет д-р Джон ФАБЕР, ведущий
специалист и член директората ICCD, приехавший на новосибирский
семинар из Пенсильвании. — Она позволяет не просто изучать
анализ и синтез соединения, но диагностировать процесс с самых
первых шагов до получения конечного результата, например,
фармакологического препарата. В США порошковая дифракция очень
активно работает на фармацевтику. Профессор Болдырев показал нам
прекрасные примеры таких исследований в Новосибирском центре, где
методами порошковой дифракции производится мониторинг,
оптимизируется процесс получения важных лекарств. Вообще, в
Новосибирске делается очень много качественных работ.
В частности, те доклады, что были представлены на семинаре — весьма высокого уровня.
Профессор Евгений АНТИПОВ (МГУ), лауреат Государственной премии и
премии им. ак. А. П. Карпинского, также является членом совета
директоров ICCD. Он рассказал нам об этой организации и ее
программах:
— Международный центр дифракционных данных возник в 1941 году и
успел за свою историю сменить несколько наименований. Своей
задачей Центр ставит создание базы дифракционных данных для всех
известных ныне химических соединений. В настоящий момент эта база
является самой крупной в мире, насчитывая более 500 тысяч
соединений.
ICCD работает по системе non profit, т. е. не ставит перед собой
цели извлечения прибыли. Деньги, вырученные от продаж базы
данных, идут на ее совершенствование, на развитие научных
исследований с применением порошковой рентгеновской дифракции во
всем мире. Сегодня научное сообщество ICCD объединяет более 400
специалистов из 50-ти стран. Организация оказывает поддержку и
российским ученым, выделяя им специальные гранты на выполнение
работ в названной области. Задачей настоящего семинара было
объединение сибирских специалистов по рентгеновской порошковой
дифракции и привлечение их к сотрудничеству с ICCD. Мы хотим,
чтобы многие ученые из Новосибирска стали членами ICCD и активно
участвовали в образовательных и научных программах.
Объединение, о котором говорил проф. Антипов, можно признать
состоявшимся. Помимо представителей всех химических институтов
Новосибирского научного центра в работе семинара приняли участие
молодые ученые из Красноярска, Томска, Барнаула, Тюмени, Омска,
Кемерова, Новокузнецка, Иркутска, Улан-Удэ. Приезд делегатов из
регионов Сибири был поддержан Американским фондом гражданских
исследований (Civilian Research and Development Foundation,
CRDF).
 |
| Лекция д-ра Дж. Фабера в НГУ |
В первый день работы семинара члены директората ICCD д-р
Дж. Фабер и проф. Е. Антипов выступили с докладами, в которых
рассказали слушателям о структуре и функциях организации, о
современном состоянии и новой версии банка порошковых стандартов,
а также рассмотрели методические вопросы сбора, обработки и
представления дифракционных данных новых соединений для их
включения в базу данных. В рамках семинара д-р Дж. Фабер и проф.
Е. Антипов прочитали лекции студентам 3-4 курсов химического
отделения факультета естественных наук НГУ.
Научная программа включала пленарные доклады новосибирских
участников семинара и стендовую сессию. Пленарные доклады
затрагивали самые разные аспекты рентгенографии: получение
прецизионных экспериментальных дифракционных данных, структурные
исследования молекулярных кристаллов и минералов со структурой
цеолита в условиях высоких давлений, кристаллохимический анализ
структур методом катионных подрешеток, особенности дифракции для
наноструктурированных систем, исследование ближнего порядка в
аморфных и мелкокристаллических объектах методом радиального
распределения электронной плотности. На стендовой сессии был
также представлен широкий круг проблем: от экспериментов для нужд
медицины до исследований древней керамики.
 |
| Общее фото на крыльце университета |
В течение трех дней участники семинара имели возможность общаться
с представителями ICCD и коллегами из других городов, делиться
полученными результатами, обсуждать методические и научные
проблемы. По общему мнению, Новосибирск доказал, что является
одним из ведущих центров в России в области порошковой дифракции,
а новосибирские ученые занимают лидирующие позиции в таких
направлениях, как структурные исследования при высоких давлениях
и в реакционных средах, структурных исследованиях
нанокристаллических материалов, исследованиях с использованием
синхротронного излучения.
Казалось бы, все основания для удовлетворения налицо. Отчего же
столь тревожна тональность выступлений ведущих российских
химиков?
— Общий уровень развития порошковой дифракции в нашей стране
совершенно недостаточен по сравнению с широчайшими возможностями,
которые предоставляет этот метод, — убежден проф. Е. Антипов. — И это
серьезно сказывается на выпуске высокотехнологичной
продукции, например, тех же лекарственных препаратов или
современных строительных смесей. Основная проблема развития
порошковой дифракции в России связана с отсутствием современного
рентгеновского оборудования. По данным ICCD, в США насчитывается
более 10 тысяч современных порошковых дифрактометров, в России — около
20-ти, а в новосибирском Академгородке — всего два!
Дифрактометры ДРОН (дифрактометр рентгеновский особого
назначения), производимые заводом «Буревестник»,
морально и технически устарели, а для новых моделей соотношение
цена/качество не выдерживает критики. Тем не менее, в настоящее
время они составляют основную массу приборов в стране.
По-прежнему критической можно назвать ситуацию с
дифрактометрическими станциями на синхротронных источниках.
Единственный в России дифракционный канал работает в
Новосибирске, однако новосибирский ускоритель не является
специализированным источником для исследования материалов и чаще
используется для других физических экспериментов.
Между тем, техническая база непрерывно развивается. В ведущих
научных центрах мира работают самые современные виды
рентгеновского оборудования: многофункциональные гониометры,
способные изменять геометрию съемки, источники излучения высокой
мощности, в частности, рентгеновские трубки с вращающимся анодом.
Активно развивается рентгеновская оптика: монохроматоры,
параболические зеркала, световоды, позволяющие использовать
рентгеновские пучки различной конфигурации и спектрального
состава. Успешно применяются новые методы регистрации:
твердотельные детекторы, одно- и двухмерные координатные
детекторы, CCD-матрицы.
— Подавляющее большинство этих возможностей сегодня недоступно
сибирским ученым, — констатирует ак. В. Болдырев в развитие
мысли своего коллеги. — Синхротрон и ДРОН совместимы между
собой, как бальное платье с кирзовыми сапогами! Со всей
очевидностью встает вопрос о необходимости переоснащения
экспериментальной базы порошковой дифрактометрии в Новосибирском
научном центре.
Развитие порошковой дифракции в России во многом сдерживается
также отсутствием знаний о возможностях и особенностях метода. Во
многих странах общепринятой практикой является проведение
школ-семинаров различного уровня для пользователей порошковой
дифракции. Научно-образовательный центр «Молекулярный дизайн и
экологически безопасные технологии» решил взять на себя
инициативу по организации совместно с ведущими специалистами
институтов Сибирского отделения постоянно действующего семинара
по порошковой дифракции в ННЦ. Начало работы намечено на январь
2006 года.
Необходимо переломить отношение к порошковой дифракции как к
второстепенному вспомогательному методу. Проведение исследований
на высоком научном уровне в самых разных областях без применения
порошковой дифракции уже невозможно. Более того, это жизненно
важно для технологического развития нашей страны.
стр. 4
|
