Värske keemiadoktor mõtles välja viisi, kuidas eri keskkondade – näiteks vesi- ja mittevesikeskkondade – happelisusi omavahel võrrelda. Senini suudeti seda teha vaid teoreetiliselt, kuid tänu Agnes Heeringule on esmakordselt võimalik mõõta ka eri ainete üldistatud happelisusi. See on eriti oluline teatud analüüsmeetodite juures, kuna aitab kokku hoida kemikaale ja nii säästetakse loodust ning tuuakse alla ka analüüsi hind.

Milles oli probleem?

Eri ainete happelisuse. Autor: blog.hpproducts.com

Happelisuse hindamiseks on kasutatakse suurust nimega pH. Mida väiksem on mingi olluse pH näit, seda happelisem see on.

Näiteks vees on tava pH skaala ulatus 0 kuni 14 ning skaala keskel, pH 7 juures, on vesi neutraalne. Vees on pH mõõtmine lihtne. See on üks levinumaid mõõtmisi keemialaborites.

Hoopis keerulisem on mõõtmine mittevesikeskkondades, näiteks bensiinis, taimeõlis, lihas. Kuid happelisus on keskkonna, toodete ja toidu puhul tähtis näitaja.

Sisuliselt võib öelda, et igal keskkonnal on oma pH skaala, kuid need ei ole omavahel võrreldavad.

Heering selgitas: “Temperatuuri mõõtmiseks kasutatakse näiteks Celsiuse ja Kelvini skaalat, kuid temperatuuri osatakse ühest skaalast teise teisendada. Sama ei saa öelda pH puhul, kuna skaalade nullpunktid eri keskkondades on teadmata.”

Sellepärast kehtis kuni viimase ajani kahetsusväärne olukord, kus mõiste pH tähendas igas keskkonnas ise asja ja eri pH väärtused ei olnud omavahel võrreldavad.

Kuidas jõuti lahenduseni?

Muutus toimus 2010. aastal, kui töötati välja üldistatud happelisuse (pHabs) skaala kontseptsioon – üks happelisuseskaala kõigi keskkondade jaoks. Selle skaala abil on võimalik omavahel võrrelda kõikide keskkondade happelisusi.

Teoorias asendas üks skaala kõiki neid sadu ja tuhendeid pH skaalasid, kuid see kontseptsioon oli algselt olemas vaid teooria tasemel – praktikas ei osanud üldistatud happelisuse väärtusi veel keegi mõõta.

Ent nüüd on Agnes Heering Tartu ülikoolis kaitstud doktoritööga selle teooria praktikasse viinud. Ta lõi meetodi üldistatud happelisuse mõõtmiseks. Tänu sellele on esmakordselt võimalik omavahel võrrelda eri keskkondade happelisust ehk pH-d.

Joonis, kus eri lahustite skaalad on ühendatud. Vaata "Applying the unified pH scale" Autor: Ekraanitõmmis

Millised on rakendused?

Uudse meetodi esmaseks rakenduseks oli vesi-metanooli ja vesi-atsetonitriili segude üldistatud happelisuste mõõtmine. Neid segusid kasutatakse praegusel ajal ühes levinumas ja võimekamas analüüsimeetodis – vedelikkromatograafia-massispektromeetrias (HPLC-MS). Keerulise nimetusega meetodit kasutavad enim keemikud nii farmaatsia- kui ka keskkonnaalastes analüüsides. See meetod eraldab aineid üksteisest füüsiliselt ning tuvastab nende massi ja laengu suhte.

Valdavalt käib meetodis kasutatavate segude happelisuse valimine katse-eksitusmeetodil. Nüüd on võimalik määrata ka segude tegelik happelisus ja selle järgi valida analüüsiks sobivaim keskkond. Seega ei pea enam erinevaid segusid läbi katsetama ning see muudab meetodi keskkonna säästlikumaks ning hoiab kokku kulusid.

Doktoritöö suurim saavutus on uue mõõtevõimekuse tekitamine. Nüüdsest saab mõõta huvipakkuvate objektide üldistatud happelisusi ning avardada inimkonna arusaama happelisusest väljaspool teada-tuntud vesikeskkonda.

Agnes Heering kaitses Tartu ülikoolis doktoriväitekirja “Üldistatud happelisuse skaala katseline teostus ja rakendused” 6. detsembril 2017. Teda juhendasid professor Ivo Leito ja teadur Jaak Nerut, oponeeris Heike Kahlert Saksamaalt Greifswaldi ülikoolist.