Ученые КазНУ исследуют приоритетные загрязнители воды в Казахстане и изучают их фотодеградацию

Казахстан испытывает нехватку воды во всех своих регионах и входит в список стран с чрезвычайно высоким уровнем водного дефицита. Зависимость страны от рек, берущих начало в соседних государствах, а также химическое загрязнение, вызванное промышленной деятельностью и сельским хозяйством, дополнительно усугубляют эту проблему.

На космодроме Байконур для запуска тяжелых ракет применяется высокотоксичный несимметричный диметилгидразин (НДМГ), при разложении которого образуются многочисленные опасные продукты трансформации — триазолы, нитрозамины, пиразолы и имидазолы. Дополнительным источником загрязнения являются азоторганические пестициды, стекающие с сельскохозяйственных полей. Ряд исследований показывает, что продукты трансформации могут быть более токсичными, чем исходные соединения, что подчеркивает необходимость их полной химической и экотоксикологической характеристики.

Разработка инструментов для целостной химической и экотоксикологической характеристики приоритетных органических загрязнителей воды в Казахстане и дальнейшего изучения их фотодеградации.

В рамках проекта впервые в Казахстане будет изучена индуцированная солнечным светом деградация продуктов трансформации НДМГ в воде. Сочетание целевого количественного анализа с нецелевым скринингом и in vitro тестами на люминесцентных бактериях Aliivibrio fischeri создает уникальную интеграцию «зеленой» аналитической методики с биоанализом. Это устраняет важный научный пробел, позволяя одновременно идентифицировать и оценивать биологическое воздействие продуктов трансформации.

Проект включает пять задач: разработку многоаналитической методики количественного определения азоторганических соединений в воде на основе вакуумной твердофазной микроэкстракции и ГХ-МС; разработку методики нецелевого скрининга на основе масс-спектров и индексов удерживания; проектирование и сборку фотореактора с ксеноновой дуговой лампой; изучение фотодеградации приоритетных загрязнителей; оценку токсичности проб воды с использованием in vitro тестов.

Для экстракции аналитов из воды применяется вакуумная парофазная твердофазная микроэкстракция (Вак-ТФМЭ), повышающая эффективность извлечения за счет увеличения диффузии при пониженном давлении (согласно уравнению Фуллера-Шетлера-Гиддингса). Анализ проводится методом газовой хроматографии с масс-спектрометрией (ГХ-МС). Для изучения фотодеградации используется специально разработанный фотореактор с ксеноновой дуговой лампой мощностью 1500 Вт. Оптимизация параметров экспериментов проводится с использованием метода Плакетта-Бермана и многофакторного планирования, а обработка данных — в программе Agilent ChemStation.

Результаты исследования будут опубликованы в международных журналах, входящих в 1-2 квартиль Web of Science или с процентилем CiteScore не менее 70 в Scopus. Проект укрепит вклад Казахстана в глобальные экологические исследования в области управления водными ресурсами и будет способствовать развитию недорогих и экологичных методов мониторинга для развивающихся стран.

Результаты проекта помогут государственным органам, занимающимся экологическим контролем водных объектов, пострадавших от запусков ракет и неэффективных методов ведения сельского хозяйства, принимать обоснованные решения на основе данных о природе и токсичности основных органических загрязнителей воды.

Новая методика количественного определения многоклассовых азоторганических соединений на основе вакуумной ТФМЭ и ГХ-МС; подготовка не менее 1 доктора философии (PhD); 2 статьи в журналах Q1-Q2 Web of Science или с процентилем CiteScore не менее 70 в Scopus; еще 2 статьи в журналах, рекомендованных КОКНВО.

Рассчитанный на 36 месяцев (2025-2027 гг.) проект сформирует новые знания на стыке аналитической химии, химии окружающей среды, физической химии и экотоксикологии, укрепляя научный потенциал Казахстана в области охраны и устойчивого управления водными ресурсами.