ХРОМОТОГРАФИЯ ЦВЕТА

Химик, ботаник-физиолог, биохимик, приват-доцент Варшавского, профессор Юрьевского (ныне Тарту) и Воронежского университетов, действительный член Петербургского общества естествоиспытателей и Немецкого ботанического общества; лауреат Академической премии им. М.Н. Шахматова I степени, кавалер орденов Святого Станислава 3-й и 2-й степени, Святой Анны 3-й степени, юбилейной медали в честь 300-летия дома Романовых, Михаил Семенович Цвет (1872–1919) основные свои труды посвятил изучению пластид и пигментов растений и разработке методов их исследований. Созданная ученым хроматография стала одним из 20 великих открытий, преобразовавших, по мнению экспертов, науку, технику и промышленность XX века. Федерация европейских химических обществ относит М.С. Цвета наряду с четырьмя другими русскими учеными – Ломоносовым, Менделеевым, Бутлеровым и Семеновым к числу ста выдающихся химиков прошлого.

Наименование науки, открытия или изобретения довольно часто состоит из собственного названия и имени своего создателя. Например, геометрия Лобачевского, сварка Патона, «свеча Яблочкова». Но чтобы название науки совпадало с именем ее родоначальника – такое случается крайне редко. Ярчайший пример подобного слияния можно найти в хроматографии (от др.-греч. χρωµα – цвет и γράφω – пишу), открытой М.С. Цветом. В ней автор идеально вписался в название своего детища, невольно породив тавтологию и в заглавии нашего очерка – «Цвет Цвета», а точнее – «Цветопись Цвета». К слову заметим, что сам химик не был обуреваем тщеславием и менее всего повинен в таком совпадении; оно – всего лишь дело случая (а может, и судьбы). Михаил Семенович Цвет, сын итальянки – Марии де Дороцца и крупного русского чиновника Семена Николаевича Цвета, высшее образование получил в Швейцарии. Там же он стал доктором естественных наук. В 1896 г. Цвет приехал в Россию и несколько месяцев не мог устроиться на работу по единственной причине – степень доктора Женевского университета у нас не признавалась, поскольку по тогдашним требованиям не «тянула» даже на степень бакалавра. Многомесячное прозябание подтолкнуло ученого к повторной защите магистерской диссертации в Казанском университете в 1901 г., после чего он занял место ассистента кафедры физиологии и анатомии растений Варшавского университета. Житейские неурядицы (Цвет, не имея жилья, несколько лет ночевал в ботаническом кабинете на лабораторном столе), видимо, только способствовали его истовым занятиям.

М.С. Цвет

Изучая физиологию растений, ученый жаждал расшифровать зеленый пигмент листьев. Этой проблемой в мире занималось тогда множество химиков и ботаников, но никто не мог разделить близкие по свойствам пигменты (неорганические красители). Применявшиеся для этих целей стандартные процедуры были невероятно сложны и громоздки и требовали большого числа реактивов.

Чтобы выделить и очистить пигменты зеленого листа – хлорофиллы, Цвет провел множество опытов (было исследовано более ста различных по своей природе минеральных и органических адсорбентов), заключавшихся в том, что в стеклянную трубку с тонко измельченным порошком очищенного мела он наливал зеленый раствор пигментов, а затем по каплям добавлял бензол. Пигменты адсорбировались (поглощались) крупинками мела и, растворяясь, опускались вниз. Там они разделялись с образованием окрашенных колец – от ярко-зеленого до желто-оранжевого цвета.

Извлеченный из трубки мел разрезался на цветные кружочки, представлявшие собою индивидуальные вещества, и затем исследовался. Полученную при разделении веществ разноцветную картину, напоминавшую разложение света на спектр, Цвет и назвал хроматограммой, а метод – хроматографией.

Ученый нашел, что кружочки являли собою два вида хлорофиллов и каротиноиды (пигмент, окрашивающий осенью листья в разные цвета). То есть разделив считавшийся дотоле однородным зеленый пигмент на несколько веществ, Цвет впервые получил в чистом виде хлорофиллы А и B. Эти исследования вообще развеяли убежденность ботаников в том, что в каждом растении содержится свой вид хлорофилла – дубовый, пихтовый, ромашковый… Цвет сузил поиск хлорофиллов до двух форм. Позднее этот метод позволил получить в чистом виде хлорофиллины a, b, g (хлорофиллы a, b, с) и ряд изомеров ксантофилла.

Химик был уверен, что новый метод подойдет и для разделения бесцветных веществ, что вскоре нашло свое подтверждение. Тогда же Цвет сформулировал и закон адсорбционного замещения.

Впервые о своих исследованиях Цвет сообщил в двух докладах – на XI Съезде естествоиспытателей и врачей в Санкт-Петербурге (1901) и на заседании ботанического отделения Варшавского общества естествоиспытателей (1903).

Термин «хроматография» в первый раз появился в двух печатных работах Цвета в 1906 г., опубликованных в немецком журнале «Berichte der Deutschen Botanischen Gesellschaft». А в 1907 г. Цвет выступил на заседании Немецкого ботанического общества с сообщением об открытии хроматографии и продемонстрировал первый хроматограф и принцип его действия.

После этого ученый занимался доработкой своего метода до начала Первой мировой войны. В 1910 г. Цвет защитил диссертацию на степень доктора ботаники; в 1911 г. сделал доклад на втором Менделеевском съезде «Современное состояние химии хлорофилла»; получил Большую премию РАН им. М.Н. Ахматова за книгу по теме диссертации – «Хромофиллы в растительном и животном мире».

Гениально простой метод был не воспринят современниками. Более того, нашлось немало ниспровергателей. Скорее всего, по этой причине ученого забаллотировал Нобелевский комитет в 1918 г. и открытие было забыто на 10 с лишним лет.

В конце войны немцы заняли Юрьев, где в университете преподавал Михаил Семенович. Цвет вынужден был эвакуироваться в Воронеж. Там профессор ботаники по какой-то причине остался без продовольственных карточек. Он читал лекции в университете, хотя в последние дни от слабости не мог стоять за кафедрой. 26 июня 1919 г. ученый умер от голода. Могила была затеряна, найдена лишь в 1992 г. На плите оставили надпись: «Ему дано открыть хроматографию – разделяющую молекулы, объединяющую людей».

Открытие Цвета получило широкое признание в 1930-х гг., когда стало применяться для разделения и идентификации пигментов, витаминов, ферментов, гормонов и других органических и неорганических соединений.

В СССР метод и имя Цвета вернулись с Запада, где сохранились считавшиеся утраченными в войну рукописные труды ученого.

Вряд ли какой другой метод исследования веществ развивался в середине XX в. так же бурно, как хроматографический. Он стал «виновником» доброго десятка Нобелевских премий, поскольку был основой большинства достижений в науке и технике XX в.

По мнению доктора химических наук В.А. Даванкова и доктора химических наук Я.И. Яшина, хроматография представляет собою сегодня «самый распространенный и совершенный метод разделения смесей атомов, изотопов, молекул… уникальный метод качественного и количественного анализа сложных многокомпонентных смесей; самостоятельное научное направление и важный физико-химический метод исследования и измерения; препаративный и промышленный метод выделения веществ в чистом виде; мощную отрасль научного приборостроения».

Это чрезвычайно эффективный процесс, позволяющий в одном эксперименте разделять более 1000 индивидуальных компонентов и до 2000 белков в биологических объектах либо использовать его для сверхтонкой очистки вещества.

Диапазон применения хроматографических методов огромен: от анализа атмосферы планет Солнечной системы до полного анализа содержимого одной живой клетки.

Выдающуюся роль хроматография играет в химической, нефтехимической, газовой, целлюлозно-бумажной, пищевой и других отраслях промышленности; в технологическом контроле и поддержании оптимального режима производства; в контроле исходного сырья и качества готовой продукции; в анализе газовых и водных сбросов производства.

На каждом крупном заводе постоянно функционирует до 600 газовых хроматографов; в лабораториях Госсанэпиднадзора, экологических центрах, токсикологических лабораториях, в учреждениях Водоканала, в лабораториях Госкомгидромета, в ветеринарных лабораториях, на станциях защиты растений, в лабораториях судебной и судебно-медицинской экспертизы эксплуатируются десятки, если не сотни тысяч газовых, жидкостных и ионных хроматографов.