I Всеруска конференция с международно участие на тема "Химически анализ и медицина". Катедра Химия Тема на лекцията: Химични методи в медицината. Използване на химичния анализ в медицината

Фиг. 1. Класификация на методите за анализ

Освен трите основни групи има хибрид методи. На фиг. 1. те не са показани. При хибридните методи разделянето, идентифицирането и определянето на компонентите са органично комбинирани в едно устройство (или в един комплекс от инструменти). Най-важният от тези методи е хроматографскианализ. В специално устройство (хроматограф) компонентите на пробата (смес) се разделят, докато се движат с различна скорост през колона, пълна с твърд прах (сорбент). По времето, когато даден компонент напусне колоната, неговата природа се преценява и по този начин всички компоненти на пробата се идентифицират. Излизащите от колоната компоненти един по един влизат в друга част на устройството, където специално устройство - детектор измерва и записва сигналите на всички компоненти. Често сигналите се присвояват автоматично на определени вещества, както и се изчислява съдържанието на всеки компонент от пробата. Ясно е, че хроматографскианализът не може да се разглежда само като метод за разделяне на компонентите или само като метод за количествено определяне, той е именно хибриден метод.

1.4. Методи за анализ и изисквания към тях

Не трябва да се бъркат понятията методИ техники.

Методологията е ясно и подробно описание на това как трябва да се извърши анализ, прилагайки някакъв метод за решаване на конкретен аналитичен проблем.

Обикновено методът се разработва от специалисти, преминава предварителни изпитвания и метрологична сертификация, официално е регистриран и одобрен.Наименованието на метода показва използвания метод, обекта на определяне и обекта на анализ

Да вдигнеш оптимален(най-добра) техника, във всеки случай трябва да се вземат предвид редица практически изисквания.

1. T точност. Това е основното изискване. Това означава, че относителната или абсолютната грешка на анализа не трябва да надвишава определена гранична стойност

2. Чувствителност. Тази дума в разговорната реч се заменя с по-строги термини „граница на откриване“ и „долна граница на откриваеми концентрации“" Високочувствителните методи са тези, чрез които можем да открием и идентифицираме компонент дори когато съдържанието му в изследвания материал е ниско. Колкото по-ниско е очакваното съдържание, толкова по-чувствителна е техниката. .

3. Избирателност (селективност).Важно е резултатът от анализа да не се влияе от чужди вещества, включени в пробата.

4. Експресивност . Говорим за продължителността на анализ на една проба – от вземането на пробата до издаване на заключение. Колкото по-бързо се получат резултатите, толкова по-добре.

5.C цена.Тази характеристика на техниката не изисква коментар. Само относително евтини анализи могат да се използват в масов мащаб. Цената на аналитичния контрол в индустрията обикновено не надвишава 1% от себестойността на продукта. Уникалните по своята сложност и рядко извършвани анализи са много скъпи.

Има и други изисквания към методологията - безопасност на анализа, възможност за извършване на анализ без пряко човешко участие, устойчивост на резултатите към случайни колебания в условията и др.

1.5. Основни етапи (етапи) на количествения анализ

Техниката за количествен анализ може мислено да бъде разделена на няколко последователни етапа (етапи) и почти всяка техника има същите етапи. Съответната логическа диаграма на анализа е показана на фиг.1.2 Основните стъпки при провеждането на количествен анализ са: формулиране на аналитичния проблем и избор на методология, вземане на проби, приготвяне на пробата, измерване на сигнала, изчисляване и представяне на резултатите.

Постановка на аналитичния проблем и избор на методология. Работата на специалист анализатор обикновено започва с получаване поръчказа анализ. Появата на такъв ред обикновено е резултат от професионалната дейност на други специалисти, появата на някои проблеми. Такъв проблем може да бъде например диагностика, установяване на причината за дефект по време на производството на някои продукти, определяне на автентичността на музеен експонат, възможността за наличие на някакво токсично вещество в чешмяната вода и др. Въз основа на информация, получена от специалист (химик-органик, индустриален инженер, геолог, зъболекар, следовател от прокуратурата, агроном, археолог и др.), анализаторът трябва да формулира аналитичен проблем. Естествено, трябва да се съобразим с възможностите и желанията на „клиента“. Освен това е необходимо да се събере допълнителна информация (предимно за качествения състав на материала, който ще трябва да бъде анализиран).

Поставянето на аналитичен проблем изисква много висококвалифициран анализатор и е най-трудната част от предстоящото изследване. Не е достатъчно да се определи какъв материал ще трябва да се анализира и какво точно трябва да се определи в него. Необходимо е да се разбере при какво ниво на концентрация ще трябва да се извърши анализът, какви чужди компоненти ще присъстват в пробите, колко често ще трябва да се извършват анализите, колко време и пари могат да бъдат изразходвани за един анализ , дали ще е възможно пробите да се доставят в лабораторията или ще се наложи анализът да се извършва директно „на място“, дали ще има ограничения за тегло и възпроизводимостсвойства на изследвания материал и др. Най-важното е, че трябва да разберете: каква точност на резултатите от анализа ще трябва да се осигури и как ще бъде постигната такава точност!

Ясно формулираният аналитичен проблем е основа за избор на оптимална методология. Търсенето се извършва с помощта на колекции нормативни документи(включително стандартни методи), справочници, прегледи на отделни обекти или методи. Например, ако ще определяте съдържанието на петролни продукти с фотометричен метод отпадъчни води, след това преглеждат монографии, посветени, първо, на фотометричен анализ, второ, на методи за анализ на отпадъчни води и трето, на различни методи за определяне на петролни продукти. Има поредица от книги, всяка от които е посветена на аналитичната химия на даден елемент. Издадени са ръководства по отделни методики и по отделни обекти на анализ. Ако не е било възможно да се намерят подходящи методи в справочници и монографии, търсенето продължава с помощта на абстрактни и научни списания, интернет търсачки, консултации със специалисти и др. След избор на подходящи методи се избира този, който най-добре отговаря на аналитичната задача .

Често за решаване на конкретен проблем не само няма стандартни методи, но изобщо няма предварително описани технически решения (особено сложни аналитични проблеми, уникални обекти). Тази ситуация често се среща при провеждане на научни изследвания.В тези случаи трябва сами да разработите техника за анализ. Но когато извършвате анализи по собствени методи, трябва особено внимателно да проверите правилността на получените резултати.

Вземане на проби. Разработете метод за анализ, който би позволил измерваме концентрацията на интересуващия ни компонент директнов изследвания обект, той е доста рядък. Пример за това е сензор за съдържание на въглероден диоксид във въздуха, който е инсталиран в подводници и други затворени пространства.Много по-често се взема малка част от материала, който се изучава - проба- и го предайте в аналитичната лаборатория за допълнителни изследвания. Пробата трябва да бъде Представител(представителен), т.е. неговите свойства и състав трябва приблизително да съвпадат със свойствата и състава на материала, който се изследва като цяло.За газообразни и течни обекти на анализ е доста лесно да се вземе представителна проба, тъй като те са хомогенни . Просто трябва да изберете правилното време и място за избор. Например, при вземане на водни проби от резервоар се взема предвид, че водата в повърхностния слой се различава по състав от водата от дънния слой; водата в близост до бреговете е по-замърсена от състава на речната вода. различно времегодините не са еднакви и т.н. В големите градове пробите от атмосферния въздух се вземат, като се вземат предвид посоката на вятъра и местоположението на източниците на емисии на примеси. Вземането на проби не създава проблеми дори когато се изследват чисти химикали, дори твърди вещества или хомогенни фини прахове.

Много по-трудно е да се избере правилно представителна проба от разнородно твърдо вещество (почва, руда, въглища, зърно и др.). Ако вземете почвени проби различни местаедно и също поле, или от различни дълбочини, или по различно време - резултатите от анализа на проби от един и същи тип ще бъдат различни. Те могат да се различават няколко пъти, особено ако самият материал е разнороден и се състои от частици с различен състав и размер.

Въпросът се усложнява от факта, че вземането на проби често се извършва не от самия анализатор, а от недостатъчно квалифицирани работници или, което е много по-лошо, от лица, заинтересовани от получаване на определен резултат от анализа. Така в историите на М. Твен и Брет Харт е описано колоритно как, преди да продаде златоносно място, продавачът се стреми да избере за анализ парчета скала с очевидни включвания на злато, а купувачът - празна скала. Не е изненадващо, че резултатите от съответните анализи дават обратното, но и в двата случая неправилно характеризиране на изследваната област.

За да се гарантира коректността на резултатите от анализа, за всяка група обекти са разработени и приети специални правила и схеми за вземане на проби. Пример за това е анализът на почвата. В този случай трябва да изберете някоиголеми части от тестовия материал на различни места от района на изследване и след това ги комбинирайте. Предварително се изчислява колко точки за вземане на проби трябва да има и на какво разстояние една от друга трябва да бъдат разположени тези точки. Посочено е от каква дълбочина трябва да се вземе всяка порция почва, каква маса трябва да бъде и т.н. Има дори специална математическа теория, която ви позволява да изчислите минималната маса на комбинираната проба, като вземете предвид размера на частиците , разнородността на техния състав и др. Колкото по-голяма е масата на пробата, толкова по-представителна е тя; следователно, за нехомогенен материал, общата маса на комбинираната проба може да достигне десетки и дори стотици килограми. Обединената проба се изсушава, раздробява, разбърква старателно и количеството на изследвания материал постепенно се намалява (за целта има специални техники и устройства), но дори и след многократно редуциране теглото на пробата може да достигне няколкостотин грама. Редуцираната проба се доставя в лабораторията в херметически затворен контейнер. Там те продължават да смилат и смесват тестовия материал (за да осреднят състава) и едва след това вземат претеглена част от осреднената проба на аналитична везна за по-нататъшен анализ. приготвяне на пробатаи последващо измерване на сигнала.

Вземането на проби е най-важният етап от анализа, тъй като грешките, възникващи на този етап, са много трудни за коригиране или отчитане. Грешките при вземане на проби често са основният фактор за общата аналитична несигурност. Ако вземането на проби е неправилно, дори идеалното изпълнение на следващите операции не може да помогне - да се получи правилен резултатвече няма да е възможно.

приготвяне на пробата . Това е сборното наименование за всички операции, на които се подлага дадена проба, доставена там, в лабораторията преди измерване на аналитичния сигнал. По време на приготвяне на пробатаизвършват различни операции: изпаряване, сушене, калциниране или изгаряне на пробата, нейното разтваряне във вода, киселини или органични разтворители, предварително окисляване или редукция на определяния компонент със специално добавени реагенти, отстраняване или маскиране на интерфериращи примеси. Често е необходимо да се концентрира определяният компонент - от проба с голям обем, компонентът се прехвърля количествено в малък обем разтвор (концентрат), където след това се измерва аналитичният сигнал. Пробни компоненти с подобни свойства по време на приготвяне на пробатаопитват се да ги отделят един от друг, за да определят по-лесно концентрацията на всеки поотделно. приготвяне на пробатаизисква повече време и труд, отколкото други операции за анализ; доста трудно се автоматизира. Трябва да се помни, че всяка операция приготвяне на пробата- това е допълнителен източник на грешки в анализа. Колкото по-малко такива операции има, толкова по-добре. Идеалните методи са тези, които не включват сцената приготвяне на пробата(„дойде, измери, изчисли“), но има сравнително малко такива методи.

Аналитично измерване на сигнала изисква използването на подходящи измервателни инструменти, предимно прецизни инструменти (везни, потенциометри, спектрометри, хроматографи и др.), както и предварително калибрирани измервателни прибори. Измервателните уреди трябва да бъдат сертифицирани („проверени“), тоест трябва да се знае предварително каква максимална грешка може да се получи чрез измерване на сигнал с помощта на това устройство. В допълнение към инструментите, измерванията на сигнали в много случаи изискват стандарти с известен химичен състав (проби за сравнение, например проби от държавни стандарти). Те се използват за калибриране на методологията (виж Глава 5), проверка и настройка на инструментите. Резултатът от анализа също се изчислява с помощта на стандарти.

Изчисляване и представяне на резултатите - най-бързият и лесен етапанализ. Просто трябва да изберете подходящия метод за изчисление (използвайки една или друга формула, по график и т.н.). Така, за да се определи съдържанието на уран в уранова руда, радиоактивността на пробата се сравнява с радиоактивността на стандартна проба (руда с известно съдържание на уран) и след това съдържанието на уран в пробата се намира чрез решаване на обичайната пропорция. Този прост метод обаче не винаги е подходящ и използването на неподходящ алгоритъм за изчисление може да доведе до сериозни грешки. Някои методи за изчисление са много сложни и изискват използването на компютър. В следващите глави ще бъдат описани подробно методите за изчисление, използвани в различните методи за анализ, техните предимства и условията за приложимост на всеки метод. Резултатите от анализа трябва да бъдат статистически обработени. Всички данни, свързани с анализа на дадена проба, се отразяват в лабораторния журнал, а резултатът от анализа се вписва в специален протокол. Понякога самият аналитик сравнява резултатите от анализа на няколко вещества един с друг или с определени стандарти и прави значими заключения. Например за съответствието или несъответствието на качеството на изследвания материал с установените изисквания ( аналитичен контрол).

JOURNAL OF ANALYTICAL CHEMISTRY, 2014, том 69, № 4, стр. 359-362

ОБЩИ СТАТИИ

ХИМИЧЕН АНАЛИЗ И МЕДИЦИНА © 2014 Ю. А. Золотов

Московски държавен университет на името на M.V. Ломоносова 119991 Москва, Leninskie Gory, 1, сграда 3 Получено от редактора на 27 юни 2013 г., след редакция на 14 октомври 2013 г.

Разгледани са основните области на използване на химичния анализ в медицината: при диагностика на заболявания, санитарно-хигиенен контрол, допинг контрол, директна идентификация на микроорганизми, ДНК анализ и др.

Ключови думи: химичен анализ в медицината, медицинска диагностика, санитарно-хигиенен контрол, допинг контрол, геномен анализ.

DOI: 10.7868/S0044450214040173

Темата "Химичен анализ и медицина" е твърде обширна, за да бъде разгледана подробно. Той обаче беше избран умишлено: исках да хвърля общ поглед върху тази област, да се опитам да я очертая и класифицирам и да отделя най-важните посоки.

Обекти на химичен анализ в разглежданата област са биологични течности (кръв, урина, пот, слюнка, сълзи, кърма, стомашен соки други); коса, изрезки за нокти; меки тъкани; издишан въздух; газове, отделяни от тялото през кожата. И разбира се, лекарствени вещества. Що се отнася до заболяванията, за профилактиката, диагностиката и лечението на които се използва химичен анализ, това са почти всички патологични състояния (и нормални, ако ние говорим заза медицински прегледи, за масов скрининг). Анализът обаче е особено необходим при обществено опасните заболявания - диабет, рак, сърдечно-съдови и белодробни заболявания. Списъкът на веществата (аналитите), които трябва да бъдат открити и количествено определени, включва химични елементи и техните форми на съществуване (и последните - колкото по-нататък, толкова повече); някои неорганични вещества, особено газообразни вещества и водороден пероксид, множество нискомолекулни органични съединения - глюкоза, холестерол, мастни киселини, катехоламини и други; биополимери (протеини, нуклеинова киселина, липиди и др.); лекарствени вещества и примеси във фармацевтичните продукти.

Разбира се, аналитичните методи, използвани за решаване на медицински проблеми, се различават по своите принципи на действие и аналитични характеристики. Въпреки това, в редица случаи има желание да се използват методи, които действат „меко“.

ефекти върху обекта, като йонизация с електроспрей в масспектрометрия в сравнение с йонизация с електрони. Освен това от съществено значение е акцентът върху неинвазивните методи, както и методите, подходящи за масово приложение, включително, от една страна, чрез автоматизация, а от друга, чрез широкото използване на прости и евтини тестове. В някои случаи има желание за „миниатюризирани“ методи и инструменти, особено за in vivo анализи и дори такива с дистанционно управление. Разбира се, най-мощните също са много търсени. съвременни методианализ като например GC-MS, LC-MS, ICP-MS, особено в научните изследвания.

Областите на самата медицина, които използват химичен анализ, са доста многобройни, но не еднакви по важност. Нека да ги разгледаме.

Химичният анализ като диагностичен инструмент.

Същността на тази посока е да се намерят, обикновено заедно с лекари, вещества-микери, чийто външен вид или значителна промяна в съдържанието им, или промяна в съотношението, например в биофлуиди или издишан въздух, показват патология. След като бъдат открити такива вещества, практиката ще бъде тези вещества да се определят в конкретни проби.

За да се намерят вещества, чието съдържание може да служи като индикатор за заболяване, обикновено е необходимо систематично изследване на голям брой здрави и болни хора (техните органи, тъкани, биологични течности), събиране на голям масив от данни и техните математическа обработка, сега, като правило, с помощта на хемометрия. Например за намиране на ракови маркери

яйчници, изследва съдържанието на 169 протеина в кръвната плазма на големи групи здрави и болни жени; беше установено, че концентрацията на четири протеина (лептин, пролактин и др.) се различава при здрави и болни хора. На тази основа е разработен диагностичен тест; ако резултатите показват, че концентрацията на поне два от тези четири протеина е извън нормалните граници, това показва заболяване с 95% вероятност. Или друг пример от стотици други: проби от урина на 62 жени с рак на гърдата и 100 здрави жени са анализирани за съдържание на променени нуклеозиди. Статистическата обработка на резултатите показа, че за тези групи жени има разлики в съдържанието на нуклеозиди, като диагностичната стойност на тези разлики е доста висока.

Рутинен клиничен лабораторен анализ и маса биохимичен анализса се развили от десетилетия подобни обширни изследвания и натрупан опит.

Неорганични и органични съединения с ниско молекулно тегло (NO, NH3, CO, CH4, въглеводороди, катехоламини, ацетон, захари, органични киселини) могат да служат като маркери и индикатори на заболяването; високомолекулни съединения органична природа- пептиди, множество протеини; отделни химични елементи.

Натрупан е значителен опит, например, в диагностицирането на диабет чрез проследяване на нивото на глюкозата първо в урината и след това в кръвта. Първите тестове за захар в урината са създадени през 19 век. Така през 1841 г. Tremmer предлага определяне на глюкозата в урината чрез реакцията на редукция на мед (11) с глюкоза в гореща алкален разтвор. По-късно за същата цел се използва хартия, импрегнирана с индигокармин; Преди употреба хартията се навлажнява с алкали. Тогава бяха създадени много по-ефективни инструменти за химически тестове, които бяха произведени от много компании през 20 век. Съвременните анализатори на глюкоза имат за свой предшественик електрода на Кларк - електрохимичен сензор за определяне на кислород. В края на 50-те години Кларк въвежда глюкозооксидаза в своя електрод, което прави възможно определянето на кръвната захар с висока чувствителност. Първото масово произвеждано устройство за продажба е създадено от Yellow Springs Instrument. В момента домашните глюкомери представляват 95% от световния пазар на електрохимични устройства. Известно е, че това изисква много малък обем кръв, особено в микрокулонометричните глюкомери, създадени от A. Heller в Тексаския университет (Остин, САЩ). Проблемът с определянето

кръвна захар чрез неинвазивен метод, т.е. никакво вземане на кръвни проби.

За диагностика на белодробни заболявания (и не само белодробни заболявания) анализът на издишвания въздух е обещаващ. Дори древните лекари са се опитвали да определят по миризмата на издишания въздух от какво е болен човек. Лавоазие започва да изучава състава на издишания въздух. През 19 век в този въздух вече са открити ацетон и етанол; голям брой летливи органични вещества са определени в издишания въздух от Линус Паулинг през 70-те години на миналия век, използвайки микроконцентрация. Отдавна е известно, че наличието на ацетон в издишания въздух е признак на диабет. През последните години както анализатори, така и лекари обръщат много внимание на анализа на издишвания въздух. Използват се различни методи, предимно газова хроматография-масспектрометрия, отчасти газова хроматография с други детектори, както и лазерна спектроскопия.

Задачата на такъв анализ е доста трудна поне по две взаимно свързани причини. Първо, веществата, които са маркери на заболявания, могат да бъдат намерени и във външния въздух, който пациентът диша. Това означава, че е необходимо не само да се провеждат контролни експерименти, но и да се оценят много малки промени в съдържанието на тези вещества. Второ, абсолютните количества на освободените маркерни вещества обикновено са много малки и могат да бъдат открити само с най-чувствителните методи. Такива дефиниции обаче не само са възможни, но вече се прилагат; Стотици произведения са посветени на тази област.

При използване на хроматографски методи проблемът се решава, като най-често се използва сорбция на аналитите, последваща термична десорбция и определяне чрез газова хроматография-масспектрометрия. IN изследователски център Mensana Research (САЩ) изследва проби от издишан въздух от няколко десетки души и открива 3500 съединения, но само 27 от тях са общи за всички изследвани хора. Най-често срещаният летлив органичен компонент на издишания въздух е изопренът, междинен продукт от синтеза на холестерол. Алканите, включително тези с високо молекулно тегло, почти винаги присъстват в пробите. Американска администрация по храните и лекарствата лекарства(Администрация по храните и лекарствата) отдавна е одобрила използването на анализ на дишането като тест за оценка на състоянието на пациенти, които са претърпели сърдечна операция.

Перспективите за ранна диагностика на рак на белия дроб също са свързани с анализа на издишания въздух. При пациентите се повишава концентрацията на алкани и метилалкани (С4-С20) в издишания въздух. За

ХИМИЧЕН АНАЛИЗ И МЕДИЦИНА

за диагностика е достатъчно да се идентифицират девет въглеводорода: бутан, пентан, 3-метилтридекан, 7-метилтридекан, 4-метилоктан, 3-метилхексан, хептан, 2-метилхексан, 5-метилдекан. Тези въглеводороди присъстват на ниво нано- или пикомоли, така че тяхното определяне изисква предварителна концентрация върху адсорбенти, които не абсорбират влагата.

Физиците спектроскописти използват диодни лазери, излъчващи в инфрачервения диапазон, за анализ на издишания въздух (Институт по обща физика, Руската академия на науките). Тези методи могат да се използват за определяне на първо място на прости съединения с ниско молекулно тегло, включително азотни оксиди, амоняк, въглероден оксид, водороден пероксид, както и метан, метанол, етанол, въглероден дисулфид и други съединения в диапазона от 0,1 до 10 mg/m3, както и извършване на изотопен анализ (13C/12C).

Много работа е посветена на оценката на оксидативния стрес. Това е област, в която професионалните анализатори в Русия работят активно през последните години.

БРУСНИКИНА ОЛГА АЛЕКСАНДРОВНА, ПЕСКОВ АНАТОЛИЙ НИКОЛАЕВИЧ - 2014 г.

3315 0

Замърсяването с тежки метали (ТМ) има много разнообразно неблагоприятно въздействие върху живота на живите организми и биосферата на Земята като цяло. Заедно с пестицидите, диоксините, петролните продукти, фенолите, фосфатите и нитратите тежките метали съставляват онази „адска смес“, която в бъдеще може да постави под въпрос самото съществуване на цивилизацията. Нарастващият мащаб на замърсяването на околната среда води до увеличаване на честотата на генетични мутации, ракови, сърдечно-съдови, професионални заболявания, интоксикации, дерматози и клинично значими имунни нарушения. Предстоящата ера на нанотехнологиите е придружена от навлизането в биосферата на редки и редкоземни елементи, които преди това живата природа практически не е срещала и следователно няма биохимични механизми за противодействие на възможното неблагоприятно влияние на тези елементи върху живите системи.

При тези условия използването на аналитичната химия, която се занимава със средствата за определяне на химичния състав на естествени и изкуствени материали, става абсолютно необходимо. Техниките и методите на тази наука се използват за идентифициране на вещества в състава на даден обект и за тяхното точно количествено определяне. В медицината аналитичната химия формира основата на клиничните лабораторни тестове, които помагат на лекарите да диагностицират заболявания и да постигнат успех в лечението им. Химическите анализи се използват и за оценка на степента на замърсяване на околната среда и за определяне хранителна стойностхранителни продукти. Тъй като не всеки е запознат с подходите на аналитичната химия за анализ, трябва да кажем няколко думи за терминологията. Срок селективенозначава реакция с няколко вещества, терминът специфиченозначава реакция с едно вещество. Условия анализирамИ определинеравен. Пробата (обектът) се анализира за съдържанието на един или повече компоненти ( аналити), а процесът на измерване на съдържанието на аналита се нарича определение.

Методи скринингне са разработени изследвания на съдържанието на определени елементи в медицината; списъкът с елементи за анализ се определя в зависимост от клинични проявления. Приложението съдържа таблици на най-важните заболявания, синдроми, признаци на дефицит и излишък съществено значение(= жизненоважни) микроелементи по A.P. Авцину и др.(1991). Много често многоелементният анализ се използва в съдебната медицина за установяване на причините за остри и хронични отравяния. Такъв анализ е важен и при диагностиката и лечението на професионални заболявания, причинени от хронично излагане на тежки метали върху тялото (както промишлени, така и екологични).

За превантивната медицина като цяло и особено за санитарните лекари данните за качествения и количествения състав на замърсяването на околната среда и вредните примеси в хранителните суровини и хранителни продукти са много важни, което позволява разработването на подходящи законодателни и организационни мерки. Единствения надежден начинтяхното получаване - анализ на състава на въздуха, водата, почвата и други обекти на околната среда, хранителни суровини, хранителни продукти. Данните от анализа не могат да бъдат заменени с изучаване на техническа документация, тъй като нарушенията на технологията и авариите са често срещани по време на производството, а взаимодействието на замърсителите в реалната среда може да бъде непредсказуемо, например антагонистично или, обратно, синергично.

Медицинска бионеорганика. Г.К. Баръшков

Изпратете добрата си работа в базата знания е лесно. Използвайте формата по-долу

Студенти, докторанти, млади учени, които използват базата от знания в обучението и работата си, ще ви бъдат много благодарни.

публикувано на http://www.allbest.ru/

Министерство на висшето образование на Република Узбекистан

Национален университет на Узбекистан, кръстен на М. Улугбек

Химически факултет

предмет: Аналитична химия

на тема: I Всеруска конференция с международно участие на тема „Химичен анализ и медицина“

Изпълнено:

Ходжаева Хидоятон

MIURA GO-xHT: Системи за подготовка на проби преди GCMS анализ (определяне на диоксини и PCBs) MIURA GO-2HT / 4HT / 6HT

Miura Institute of Environmental Science, изследователска организация, специализирана в екологични изследвания, обръща голямо внимание на мониторинга на съдържанието на токсични компоненти като диоксини и полихлорирани бифенили (PCBs) в обекти на околната среда, а също така работи върху разработването и комерсиализацията на технологии за анализиране предметна среда.

Имайки богат опит в разработването на аналитични методи за анализ на обекти от околната среда, хранителни продукти и суровини за тяхното производство, както и като европейски дистрибутор на MIURA Co. Ltd., Shimadzu Europa GmbH предлага цялостно решение за определяне на диоксини и полихлорирани бифенили (PCBs), включително системите от серията GO-xHT за предварително почистване на проби и тандемния газов хроматомас спектрометър от серията TQ.

Това решение може успешно да се използва за анализ на проби като хранителни продуктии суровини за тяхното производство, фураж, почва, отпадъчни и природни води и др.

Възможности

Системите GO-xHT могат значително да увеличат производителността на аналитичните лаборатории, да увеличат ефективността на научните изследвания и по този начин да намалят времето, необходимо за възвръщаемост на инвестициите (ROI)

Без кръстосано замърсяване

Благодарение на дизайна без вентили и комплекта колони за еднократна употреба, рискът от кръстосано замърсяване по време на партиден анализ е практически нулев.

· Намалена консумация на разтворители

Липсата на превключващи клапани и оптимизирана верига за подаване на разтворител и минимален мъртъв обем на системата осигуряват намалена консумация на разтворител в сравнение с традиционните методи. В допълнение, подготовката на пробите с помощта на GO-xHT системи не изисква използването на хлорсъдържащи разтворители. Всичко това допринася за значително намаляване на разходите и съответно повишава рентабилността на аналитичната лаборатория.

Едновременна подготовка на до 6 проби

Конфигурацията на системите GO-xHT може лесно да се персонализира, за да отговаря на изискванията на конкретна аналитична лаборатория, в зависимост от очаквания обем на анализа. Системите могат да бъдат оборудвани с 1-3 независимо управлявани двуколонни модула, като във втория случай се осигурява едновременна подготовка за анализ на 6 проби. Пълната автоматизация на процеса на пречистване прави подготовката на пробите по-лесна и по-ефективна от всякога.

Три възможни системни конфигурации.

Системата GO-xHT може да се достави с 2, 4 или 6 инсталирани високоговорителя.

Цялостно решение за определяне на диоксин и PCB, включително екстракция, пречистване и GCMS анализ

Трима водещи производители на оборудване за аналитична химия, Shimadzu Corporation, BUCHI Laboratory Equipment и MIURA Co. Ltd., комбинираха своите възможности и пуснаха на пазара цялостно решение за определяне на диоксини и PCBs в голямо разнообразие от проби, включително такива сложни проби като храна и почва. Цялостното решение, наречено "DIOXINS S3", включва BUCHI SpeedExtractor E-914/E-916 система за екстракция с разтворител под налягане (PSE), система за почистване MIURA GO-xHT и Shimadzu серия тандемен газов хроматографски масспектрометър T.Q. Това цялостно решение осигурява високопроизводителен, точен, надежден и силно чувствителен анализ в пълно съответствие с европейските регламенти EU 589/2014.

I Всеруска конференция с международно участие „Химичен анализ и медицина“

В Москва през 2015 г. от 9 до 12 ноември се проведе Първата общоруска конференция с международно участие „Химичен анализ и медицина“. Тази конференция имаше за цел да осигури по-тясна комуникация и обмен на знания между специалисти в областта на аналитичната химия и медицина за съвместно решаване на основни проблеми, свързани с човешкото здраве и екология. Конференцията направи преглед на най-важните постижения в областта на аналитичната химия и тяхното използване в медицинската област, по-специално в областта на клиничната диагностика, и бяха представени повече от 150 резюмета.

Устройство за секвениране на ДНК "NANOFOR 05"

Алексеев Я.И. , Курочкин В.Е., Веретенников А.В.3.

Благодарение на финансова подкрепаМинистерството на образованието и науката на Руската федерация и Технологичната платформа „Медицина на бъдещето“, Институтът по аналитична апаратура на Руската академия на науките, JSC Synthol и Експерименталният завод за научно оборудване на Руската академия на науките създадоха първият руски секвенсор “NANOFOR 05” Световният пазар на секвенсори съществува от 29 години.

В края на 1986 г. първият секвенсор ABI 370A е разработен от Applied Biosystems (САЩ).

Секвенсор, способен да секвенира 12 000 bp на ден.

Понастоящем най-производителните секвенсори могат да секвенират 1000 x 109 bp в 1 цикъл.

Пазарът на ДНК секвенсери може да бъде разделен на 2 сегмента в зависимост от технологията, залегнала в основата на принципа на работа на устройствата:

1) „капилярни“ (или „класически“, „Sanger“) секвенатори, при които декодирането на нуклеотидната последователност на ДНК става след реакцията на секвениране;

2) секвенатори от второ поколение, NGS- (Next Generation Sequencing) или секвенатори за „цял геном“, при които геномът се дешифрира директно по време на реакцията на секвениране.

Руският пазар на секвенсори, според експерти, възлиза на не повече от 1000 устройства във физическо изражение. Освен това броят на „капилярните” секвенсери е най-малко 85% от общия брой използвани секвенсери. Повечето NGS секвенсори, закупени в Русия, се използват спорадично поради високата им цена Консумативи.

Съответно, броят на анализите (секвениране и анализ на фрагменти), извършени на „капилярни“ секвенатори, е няколкостотин пъти по-висок от броя на геномите, „прочетени“ на NGS секвенсери, което възлиза на приблизително 200 000 - 300 000 анализа годишно в Русия.

Глобалният пазар на секвенсори също е доминиран от „капилярни” секвенсери. Въпреки появата на пазара на секвенсори от второ поколение, има редица задачи, които могат да бъдат решени бързо и икономично с помощта на „класически“ секвенсери. Тези задачи включват:

Ориз. 1. Електроферограма на секвенирани продукти, получени на устройство NANOFOR 05. Стрелката показва идентифицираната мутация.

Ориз. 2. Електроферограма на разделянето на продуктите на амплификация, получени от ДНК на майката (отгоре), бащата (в средата) и детето (отдолу) през ROX канала.

1) секвениране на генетични вмъквания в плазмиди;

2) секвениране на PCR продукти.

3) ДНК идентификация на лице;

4) определяне на бащинство, определяне на степента на родство;

5) определяне на единични нуклеотидни полиморфизми (SNP - Single Nucleotide Polymorphism), открити с помощта на PCR. SNP определят наследствената предразположеност към мултифакторни заболявания и индивидуалната чувствителност на организма към лекарства.

6) генотипиране на човешка ДНК, т.е. откриване на неизвестни SNPs в анализираните генни региони;

7) генотипиране на микроорганизми, например откриване на неизвестни преди това мутации в генома на Mycobacterium tuberculosis, отговорни за лекарствената резистентност към антибактериални лекарства; или специфично генотипизиране на патогени опасни инфекции, което е необходимо за идентифициране на източника на разпространение на инфекцията;

8) генотипиране (сертифициране) на ценни породи животни и сортове растения с цел тяхната селекция;

NANOFOR 05 е аналог на 8-канален генетичен анализатор 3500 Genetic An-alyzer, произведен от Life Technologies (сега Thermo Fisher Scientific).

В редица важни технически и потребителски характеристики NANOFOR 05 превъзхожда генетичния анализатор 3500: това е устройство от отворен тип, т.е. предоставя възможност за използване на реагенти от всеки производител, има 7-цветна схема за откриване, която ви позволява да анализирате повече различни ДНК цели в една проба едновременно, а също така има гаранционен срок от 2 години, струва 2 пъти по-евтино от вносен аналог и е много по-икономичен в експлоатация.

Определяне на тежки метали в хранителни добавки, лечебни растения, биологични течности чрез AAS, ICP-OES, ICP-MS методи след подготовка на микровълнова проба

Основните критерии за надеждността на такъв анализ са: пълнотата на минерализацията на пробата, липсата на загуби на летливи елементи като Hg, As и др., особено на етапа на подготовка на пробата, достатъчна чувствителност на избрания спектрален метод и проба размер, и накрая, самото спектрално определяне, на първо място, като се вземе предвид спектралната интерференция в ICP-OES, отстраняване на комплексни йони и изобарна интерференция в ICP-MS, оптимизиране на етапа на температурната програма на графитната пещ в ETAAS.

Най-трудните органични проби за микровълнова минерализация са ограничаващите

и ароматни дълговерижни въглеводороди. Едни от най-близките до тях са хранителните добавки на маслена основа, билкови препаратимаслодайни семена, смолисти материали, например брезови пъпки. Такива проби изискват високи температури за минерализация, ограничени размери на пробите и внимателно нагряване с постепенно повишаване на температурата на разлагане. Последното важи и за т.нар. реактивни проби, например етерични масла, получени от растителни материали, препарати от отделни аминокиселини. Тяхната бърза минерализация с бързо нагряване може да доведе до освобождаване на налягането в автоклавите и загуба на летливи елементи.

Използване на силни йонообменници за хроматографски анализ на протеини и пептиди

Обикновено слабите йонообменници се използват за разделяне на биомолекули като пептиди, протеини, моноклонални антитела и ДНК. Тази презентация ще демонстрира ползите от използването на силни йонообменни фази и ще опише някои примери за превъзходно разделяне на тези биомолекули. Ние също така ще демонстрираме осъществимостта на използването на тези силни йонообменници за пептидно картографиране на триптични усвоявания на BSA. Важни точки като градиент и оптимизация на елуента също ще бъдат обхванати.

Сравнителните проучвания ще демонстрират предимствата на силния катионен обменник YMC-BioPro SP-F пред слабите катионен обменник. За тази цел ще бъдат представени резултати от разделяне на различни протеини и човешки моноклонални имуноглобулини (IgG1).

YMC-BioPro IEX йонообменните материали са съставени както от порести, така и от непорести хидрофилни полимерни частици с ниска неспецифична адсорбция и размери на частиците, вариращи от 3 до 75 микрона, подходящи за пълна гама приложения. Предлагат се както силни анионобменници (кватернерен амин, YMC-BioPro QA), така и силни катионобменници (сулфопропил, YMC-BioPro SP). В сравнение с традиционните йонообменни материали, те демонстрират по-висок обменен капацитет и по-висок добив на биомолекули, с по-ниско неспецифично свързване.

Лабораторен мониторинг на нови перорални антикоагуланти

Антагонистите на витамин К вече не са единствената възможност за лечение на венозен тромбоемболизъм (ВТЕ) или предотвратяване на инфаркт. Понастоящем новите перорални антикоагуланти (NOACs, ривароксабан и дабигатран, съответно директни инхибитори на фактори Xa и IIa) са безопасна и ефективна алтернатива на варфарин за профилактика на ВТЕ, по време на смяна на тазобедрена става или коленни стави, за профилактика на кардиоемболия при пациенти с предсърдно мъждене, както и за лечение на ВТЕ. Има обаче определени ситуации, при които е необходимо да се знаят точните плазмени концентрации на NOAC за клинично лечение на пациенти. Досега не е имало лесно достъпни методи за измерване на нивата на тези лекарства или тяхната антифакторна активност. Установено е, че активираното частично тромбопластиново време, протромбиновото време и тромбиновото време са неподходящи за тази цел. Високоефективна течна хроматография тандемна масспектрометрия може да се използва за измерване на нивата на ривароксобан в диапазона от 0,50 до 500 μg/L. Въпреки това, тази техника не е широко достъпна за рутинна клинична употреба. Понастоящем общоприет метод за определяне на количеството ривароксобан в кръвта е техника, базирана на определяне на неговата анти-Ха активност.

За директните тромбинови инхибитори, активираното частично тромбопластиново време не може да се използва за оценка на количеството лекарство в плазмата, тъй като то има доста ниска корелация с нивата на дабигатран и в допълнение зависи от много фактори, включително наличието на лупусен антикоагулант и по-високо нивофактор VIII при състояния на възпалителни процеси.

Понастоящем за тези цели се използва методът за определяне на анти-IIa активността с помощта на хромогенен субстрат, специфичен за тромбина, и методът на разреденото тромбиново време, които са линейни в почти целия терапевтичен диапазон на концентрациите на използваните лекарства.

Имунохимични методи за анализ в медицинската диагностика: съвременни проблеми и решения

Разширяване на знанията за молекулярните механизми патологични процесии дисфункции, както и промени в системата на медицинската помощ, наложиха методическо преоборудване медицинска диагностика. Две основни тенденции в развитието на съвременните диагностични инструменти са нарастващият дял на анализите, извършвани извън специализирани лаборатории, както и търсенето на високопроизводителни методи за изследване, които дават възможност да се получи информация за наличието и съдържанието на голям брой (десетки) ) на съединения за минимално (5-15 минути) време.

Докладът ще представи развитието на нови имунохимични методи за анализ, които отговарят на тези изисквания.

Разгледани възможности различни видовеимуносензори и имунохроматографски тестови системи за решаване на медицински диагностични проблеми. Важно предимство на имунохроматографския анализ е използването на принципа на "сухата химия", когато всички необходими за анализа реагенти се нанасят предварително върху тест лентата и нейният контакт с анализираната проба инициира всички специфични взаимодействия и развитието на открит сигнал. Разглеждат се различни маркери, включително неорганични наночастици, използвани в медицински диагностични системи. Представени са данни за влиянието на размера на наночастиците и състава на техните комплекси с имунореагенти върху характеристиките на аналитичните методи, както и разработки, насочени към контрол на продължителността, чувствителността и специфичността на анализа. Чрез примери за диагностика на алергии и откриване на сърдечни маркери са показани предимствата на използването на полупроводникови флуоресцентни наночастици (квантови точки), детектирани със значително по-ниска граница на откриване в сравнение с цветните маркери. Даден е теоретичен и експериментален анализ на изискванията към експресните тест системи за серодиагностика - откриване на антитела в кръвта, които са специфични за дадено съединение. Разглеждат се начини за повишаване на производителността и диагностичната значимост на нелабораторни имунохимични системи, базирани на мултипараметричен анализ, който позволява едновременно откриване на значителен брой съединения. Използвайки примери за определяне на съединения, които са значими за медицинската диагностика (сърдечни маркери, маркери възпалителни процеси, токсини, патогенни микроорганизми и др.) са представени възможностите на имуноаналитичните методи и техните предимства в сравнение с други подходи, използвани в практиката.

Използване на изотопната масспектрометрия в диагностичната медицина

Анализ на медицински обекти с помощта на оптични биосензори като Biacore

Оптичните биосензори, работещи върху ефекта на повърхностния плазмонен резонанс (SPR), са високоефективни устройства, които правят възможно записването на всякакви междумолекулни взаимодействия в реалния живот.

време без използване на маркировки или свързани процеси. От получените серийни сензорограми лесно се изчисляват кинетичните, равновесните и термодинамичните параметри на взаимодействията. Следователно, SPR биосензорите се използват успешно във фундаментални и приложни изследвания на медицински обекти, като:

(1) анализ на афинитета, специфичността и кръстосаната реактивност на антителата, което прави SPR технологията незаменима при разработването на нови имунни лекарства и имунохимични тестови системи;

(2) анализ на взаимодействието на прототипи на нови лекарства с целевия протеин; среда за хроматографски анализ

(3) афинитетно изолиране на потенциални протеинови партньори на целевите молекули и техните комплекси от лизат на биологичен материал с последващата им идентификация с помощта на LC-MS/MS анализ;

(4) високо точен анализ на пикомоларни концентрации на протеини маркери за заболяване в човешка плазма.

Сред наличните в търговската мрежа SPR биосензори, модели като Biacore (GE Healthcare, САЩ), оборудвани с 4-канална контролирана микрофлуидна система с 4 потока нано-клетки, са „рекордьори“ по чувствителност, ниско нивошум, стабилност на базовия сигнал, минимално молекулно тегло на записвания аналит и минимален разход на биоматериали.

Използвайки SPR биосензори като Biacore, ние разработихме оригинални версии на директен аналитичен и подготвителен молекулярен фишинг за идентифициране на потенциални участници във взаимодействията протеин-протеин и протеин-пептид в живи системи. Методът се основава на комбинацията от SPR технология с колонна хроматография и LC-MS/MS идентификация на протеини. Неговата приложимост е доказана както при високомолекулни (протеини, пептиди), така и при нискомолекулни (изатинови производни) имобилизирани лиганди. Подходът беше успешно приложен в интерактомни проучвания, проведени в рамките на:

(1) Програми за фундаментални научни изследвания на държавните академии на науките за 2013-2020 г. по проекта „Човешки протеом“ за идентифициране на възможни молекулярни партньори на 7 целеви протеини, кодирани в 18-та човешка хромозома в лизат от човешка чернодробна тъкан;

(2) Комплексен грант от Руската фондация за фундаментални изследвания (13-04-40108-K) за идентифициране на потенциални партньорски протеини в лизата на обезсмъртени човешки невронни клетки, които взаимодействат с различни изоформи на метал-свързващия домен на бета-амилоид , които играят ключова роля в развитието на болестта на Алцхаймер.

(3) грантове на RFBR (11-04-01163 и 15-04-01545) за изследване на изатин-свързващи протеини при нормални условия, с

гравитационно разтоварване и невродегенеративна патология.

Shimadzu аналитично оборудване за комплексни биомедицински изследвания

Бурното развитие на биологичните науки в началото на 20-ти и 21-ви век доведе до появата на нова дисциплина - молекулярната медицина. В сравнение с традиционната медицина, молекулярната медицина се занимава не с ефекта (симптомите на заболяването), а с причината, а именно определя онези молекули, които са отговорни за развитието на патологичния процес. Така извършването на бърза и точна диагностика става неразривно свързано с аналитични методи, осигуряващ анализ на химичния състав на молекулярно и вътрешномолекулно ниво.

Компанията Shimadzu (Япония) произвежда уникална линия аналитично оборудване за комплексни биомедицински изследвания.

Газовите хроматографи и хроматомасспектрометрите (GCMS) се използват за идентифициране на видовете микроорганизми въз основа на данни за събиране мастни киселини, присъстващи в биологични среди.

Голям брой метаболомични изследвания се извършват с помощта на GCMS. Високоскоростните квадруполи Shimadzu се използват широко за идентифициране на маркери на различни заболявания, което прави възможно ранното диагностициране.

Високоефективната течна хроматография с тандемни квадруполни масови селективни детектори се превръща в основна техника в неонаталния и пренатален скрининг, както и във фармакокинетичните изследвания.

MALDI спектроскопията (матрично подпомагана лазерна десорбционна йонизация) е мощен инструмент за изследване на протеинови молекули и следователно се използва широко в протеомни изследвания: ранна диагностикавъз основа на сравнение на протеоми на здрав и болен човек, идентифициране на микроорганизми, способност за наблюдение на разпределението на протеини, пептиди, ендогенни съединения в тъканите (локализация на тумори), изследване на пост-транслационни модификации на протеини и др.

Компанията Shimadzu разработва ново инструментално направление - устройства за визуализиране на молекулярни процеси. Компанията вече представи на пазара устройства в тази посока: масов микроскоп

iMScope TRIO, съчетаващ мощен оптичен микроскопи MALDI спектрометър, и LABNIRS - уред за изобразяване на мозъчната активност.

Многокомпонентен диоден лазерен спектрален анализатор за скринингова диагностика на съдържанието на биомаркери в компонентите на издишания въздух

Провеждането на скринингови дихателни тестове е ефективен методоценка на функционалното състояние на тялото. Скринингово изследване в медицината се разбира като набор от мерки, насочени към идентифициране на скрити заболявания в популацията от субекти (идентифициране на „рискови групи“ за конкретни заболявания) при липса на ясно тежки симптомизаболявания. Основните изисквания към скрининговите тестове са простота, неинвазивност и безопасност на процедурата за изследване, висока скорост на обработка на данните, възможност за откриване на заболявания при ранна фаза. Анализът на газообразни биомаркери в човешкото издишване е един от обещаващите и бързо развиващи се методи за неинвазивна диагностика. В допълнение към основните атмосферни молекули (H2O, 12CO2, N2, O2), повече от 1000 съединения с концентрации на ниво ppb-ppm са идентифицирани в издишания от хората въздух. Образуването на тези съединения е свързано с биохимичните метаболитни процеси в организма. Въпреки интензивните изследвания в тази област, връзката между концентрацията на молекулен компонент в издишания въздух и специфична патология е установена само за няколко десетки молекули (например дихателни тестове за определяне на C2H5OH, 13CO2, 12CO2, CO, NO). Въз основа на диодни лазери (DL) Експериментален прототип на многоканален газов анализатор за неинвазивни скринингови биомедицински изследвания е разработен в близкия инфрачервен диапазон с оптичен изход на радиация. Устройството ви позволява едновременно да определяте биомаркери на въздушни компоненти в част от издишания въздух:

12CO2, 13CO2, CH4, H2S. Измерванията на молекулните концентрации се извършват в многопроходна клетка Erio с обща дължина на оптичния път 26 m и обем 2,5 l. Като лазерни лъчи се използват два NEL лазерни модула от NTT Electronics. Откриването на CH4 се извършва в диапазона на дължината на вълната 1,65 µm, 12CO2, 13CO2 и H2S - в диапазона 1,60 µm. Измерванията се извършват в реално време.

В терапевтичната клиника на Градската клинична болница № 12 в Москва е проведено клинично изпитване на диодна лазерна спектрометрия за газов анализ, по време на което е изследвано съдържанието на CH4, 13CO2, 12CO2 и H2S в издишания въздух при практически здрави индивиди. и при пациенти с различни заболявания, когато са били в задоволително здраве. Съдържанието на тези биомаркери е изследвано при различни физиологични условиячовек: в покой, с дозирано физическо натоварване, психо-емоционален стрес и хранително натоварване. В същото време се записват показатели за пулсова оксиметрия (SpO2, сърдечна честота), кръвно налягане, честота на дишане и кръвна захар. Въздействието на факторите на натоварване значително променя съдържанието на състава на биомаркерите в издишания въздух (виж графики и таблици). Параметрите CO2, CH4, сърдечна честота, RR, SpO2 и кръвна захар се променят най-съществено и закономерно на височината на натоварването спрямо първоначалните в покой. Първоначалното повишаване на нивата на 12CO2 показва скрити или очевидни нарушения в газообменната функция на белите дробове или намаляване на основния метаболизъм. Това може да е косвен маркер за латентни респираторни заболявания, хипофункция щитовидната жлезаи други патологични процеси. По време на тренировка, в сравнение с почивката, нивото на CH4 в издишания въздух значително намалява, което "изгаря" в резултат на ускорени метаболитни реакции. Индикаторите на 13СО2 ясно корелират с функционалното състояние на стомашното храносмилане (те реагират на приема на храна, присъствието функционални нарушениястомашно-чревния тракт), което се потвърждава от множество клинични изследванияуреазни дихателни тестове.

Основните изводи от резултатите от предварителното клинично изпитване на газовия анализ на издишания въздух по метода на диодна лазерна спектрометрия (DLS) са: 1) Използваният DLS метод отговаря на изискванията за скрининг иновативни технологииза идентифициране на скрити патологични процеси и функционални нарушения при хората. 2) Откритите отклонения в параметрите на газообразните метаболити на издишания от човека въздух при различни натоварвания позволяват разумно да се определят рисковите групи за скрити заболявания и да се оцени степента на функционалните нарушения. 3) Структурните подобрения в газоаналитичното DLS устройство позволиха да се опрости процедурата за изследване на пациенти, да се осигури високата му мобилност и да се повиши безопасността на използването му при масови скринингови медицински и физиологични изследвания.

Масспектрометричен анализ на медицински обекти

Разглеждат се най-важните въпроси, свързани с анализа на медицински обекти (физиологични течности, тъкани и други биопрепарати) с помощта на масспектрометрия (MS) и газова хроматография-масспектрометрия (CMS) - най-чувствителните и специфични методи за молекулен анализ. Обсъждат се „горещите“ области на MS/CMS и тяхното приложение в (a) клиничната диагностика и (b) фармакокинетиката, както и (c) състоянието и перспективите за развитие на няколко „-omics“ - нови научни области до голяма степен въз основа на използването на MS. Сравняват се предимствата и недостатъците на различни методи и варианти на MS и CMS.

Характеристика на области клинична диагностика, в които MS/CMS играе важна роля:

анализ на издишания въздух, идентифициране на микроорганизми, скрининг на новородени, ендокринология, лекарствена терапия, маркерни пептиди и протеини, масспектрометрично изобразяване.

Анализират се общите проблеми на определянето на биомаркери и прехода от академични изследвания към практическа диагностика.

Разглеждат се варианти на МС, използвани във фармакокинетиката и мястото й в редица биомедицински проблеми. Сравнение на чувствителността и селективността на MS с висока резолюцияи тандем MS.

Предимствата на използването на MS във фармакокинетиката бяха отбелязани чрез примера за определяне на лекарствата бупре-норфин и налоксон в кръвната плазма на пациенти, използващи метода CMS.

Анализирано е текущото състояние на „-омиците“, отбелязани са техните реални и потенциални постижения.

Засегнати са най-честите “-омики”, вкл. тези, в които MS и CMS играят основна роля: протеомика, метаболомика, липидомика и гликомика. Предоставен е преглед на липидомичната работа, извършена в лабораториите на авторите и свързана с човешки плазмени липиди и белодробен лаваж на мишка.

Спектрофотометрично определяне борна киселинавъв водите

Нуждата от бор за руската национална икономика непрекъснато нараства. Борът и неговите съединения се използват по-специално в селско стопанство, битова химия, фармацевтични продукти и др. Широкото използване на бор води до натрупването му в заобикаляща среда(OS) и организмите, от друга страна, до неговия дефицит, например в почвите.

Недостатъчното съдържание на бор води до загуба на продуктивност, докато превишаването му в ОС има потенциална заплаха за животните (максималната концентрация на бор в питейната вода в страните от ЕС е 0,1 mg/l, в Русия - 0,5 mg/l, в пресни водоеми рибна стойност - 0,017 mg/l;в хранителни продукти 0,5 mg/kg Необходим е строг контрол върху съдържанието на бор във водите и почвите.За определяне на бор във води с различна история и предназначение на нивото на максимално допустимите концентрации, необходими са достатъчно чувствителни методи.Инструменталните методи изискват скъпо оборудване, наличие на висококвалифициран персонал, скъпи консумативи.Досега основни остават спектрофотометричните методи (SPM) с използване на органични реагенти (OR).Сред OR за определяне на SPM на бор под формата на H3BO3, най-често се използва азосъединението на базата на червения кисел берилон III.Но за Развитието на цветни реакции при 25 ° C изисква най-малко 12 - 18 часа.В допълнение, чувствителността и селективността от известните методи за определяне на H3BO3 не винаги е достатъчно. В тази работа скоростта на реакциите се увеличава чрез активирането на H3BO3 в цветни реакции с реагента берилон III чрез въвеждане на диолови съединения - сорбитол или глицерол - в системата, чувствителност и селективност - чрез използване на екстракционно-фотометрична версия на техниката . Смес от 200 mg EDTA + 40 mg беше избрана като маскиращ агент. аскорбинова киселинана 25 ml от крайния разтвор.Новите методи позволяват определяне на H3BO3 в границите 0,008 - 0,8 mg/l (модифициран SFM в присъствието на сорбитол), 0,004 - 0,8 mg/l (екстракционна спектрофотометрична техника, ESM). Селективността на методите се характеризира с "коефициенти на селективност" - допустимото съотношение на масата на външния йон, при което несигурността на определяне< 10 %. Полученные значения ФС для предла-гаемых методик показаны в табл. 1.

Изследване на антиоксидантната активност на офталмологични разтвори с помощта на потенциометричен метод с използване на метални комплекси

Увреждането на клетките от свободни радикали съпътства голям брой заболявания, вкл. очни заболявания, сред които катарактата е от особено значение. В лещата на окото протеините, аминокиселините, нуклеиновите киселини и въглехидратите, увредени от свободните радикали, образуват неразтворими агрегати с голямо молекулно тегло и размер, които са причина за помътняване на лещата. Един от ефективните начини за лечение и профилактика на катаракта е използването на офталмологични разтвори с антиоксидантно действие. Тази работа предлага потенциометричен метод за изследване на антиоксидантната активност (AOA) на офталмологични разтвори, базиран на използването на окислената форма на метала в състава на комплексно съединение като модел на окислител1. Потенциалът се измерва след възникване на химическа реакция между антиоксидантите на тестовата проба и окислителя (E1) и последващото добавяне на окислителя (E2). Типична крива на потенциалната промяна във времето е показана на Фигура 1. Предложеният метод беше използван за изследване на най-често използваните офталмологични разтвори при лечението на катаракта: Oftan Katahrom, Quinax, Emoxipin. АОА на изследваните лекарства варира от 1.00·10-5 до 7.5·10-4 М-екв.. Надеждността на получените резултати е потвърдена чрез спектрофотометричен метод с помощта на модел на стабилен DPPH радикал. Коефициентът на корелация е 0,94. По този начин предложеният метод може успешно да се използва за определяне на AOA на офталмологични разтвори и други лекарства.

рисуване. Зависимост на потенциала от времето при добавяне на тестовата проба към окислителя (E1) и добавяне на окислителя (E2).

Достъпен метод за определяне на свързани тиоли в кръвна плазма чрез капилярна електрофореза

Въведение Хомоцистеинът (Hcys) е независим рисков фактор за развитието на голям брой усложнения сърдечно-съдови заболявания. За повишаване на диагностичната му значимост в началото на 21 век. Hortin и колеги предложиха да се използва съотношението на цистеин (Cys) към Gcys в кръвната плазма. За съжаление, ефективните биохимични подходи, базирани на използването на хроматографски и електрофоретични методи, все още остават недостъпни за клиничната диагностика при решаването на този проблем.

Цел на изследването: Разработване на достъпен подход, който ви позволява да определите свързани форми Cys и Gcys и тяхната връзка с помощта на CE система, оборудвана с диоден масив UV детектор.

Тъй като в кръвта по-голямата част от Gcys (~80%) и около половината от Cys са в свързано с протеин състояние и капацитетът на плазмените протеини е многократно по-висок от нормалната концентрация на Gcys в плазмата (<10 мкМ), то свя-занные формы хорошо отражают их общее содержание .

Материал и методи на изследване За анализа са използвани 19 проби венозна кръв от донори, събрани в епруветки с Na цитрат. След получаване на плазмата, нейните протеини се изолират чрез ултрафилтрация, свързаните тиоли се прехвърлят в редуцирана форма и се модифицират с 1,1"-тиокарбонилдиимидазол. Аналитите също се пречистват от протеини чрез ултрафилтрация. СЕ се извършва в обратно поле с pH-зависима концентрация на аналитите в капиляр.

Получените резултати и тяхното обсъждане Разработеният метод показа висока чувствителност (по-малко от 1 μM), възпроизводимост (<5%), линейность в диапазоне 0-500 мкМ Цис и 0-100 мкМ Гцис (r>0,995), точност 94-108%. Времето за анализ беше 15 минути. Средните концентрации на свързания Cys и Gcys в пробите бяха съответно 132 и 5,7±2,7 (1,9-13,3) µM. Средният Cys/Gcys е 26±8, което е близо до стойностите, докладвани по-рано за общото съотношение Cys/Gcys. Съотношението Cys/Gcys има 1,5 пъти по-малко разпространение от свързания Gcys. Беше открита тясна корелация между Gcis и Gcis/Cis (r=0,86), но не беше открита между Cys и Cys/Gcis (r=-0,41).

Заключения: Използвайки представения подход, е възможно да се определят свързаните форми на Cys/Gcis. Това съотношение има доста висока степен на корелация с нивото на свързания Gcys и се характеризира с по-малка вариабилност, което дава основание да се използва като алтернатива на определянето на общия Gcys.

Микрофокусна рентгенова флуоресцентна спектрометрия и нейното приложение за анализ на биологични проби

Рентгенофлуоресцентният метод за анализ, особено в неговата енерго-дисперсионна версия (EDXRF), е един от най-удобните и достъпни недеструктивни методи за анализ, включително и на биологични проби. Неговите предимства включват и възможността за едновременно извършване на многоелементен качествен и количествен микроанализ в широк диапазон от концентрации от 10-4% (1 ppm) до 100%. В повечето случаи няма пробоподготовка за анализ, което е важно, особено при анализ на биомедицински материали. Времето за анализ е не повече от 5 мин. Изследвани са човешки зъби и кости, проби, получени при операции на живи органи и тъкани (биопсични проби от стомашна лигавица, кръвоносни съдове, нерви, надбъбречни жлези и др.) Изследванията са проведени с помощта на рентгенов флуоресцентен микроаналитик MX-10 lyser (Institute of Physical Optics LLC) с поликапилярна оптика Kumakhov с 26 µm фокална сонда. Спектрометърът е преносим, ​​радиационно безопасен и не изисква наблюдение и отчитане от SES (виж снимката). Спектрите са получени при

Рентгенова тръба с меден анод при високи напрежения от 20 и 30 kV, ток на нишката от 50-100 μA. време

събирането на един спектър е 100 или 300 s. Използването на ефективни фокусиращи рентгенови оптични системи дава възможност за локален анализ с изграждане на карта на разпределението на елементите върху повърхността. Става възможно да се изследват микрообекти и микровключения в анализираните проби.

Разпределението на Si, P, S, Cl, K, Ca, Ti, V, Cr, Mn, Fe в различни места на живи тъкани, коса,

зъби, кръвоносни съдове. Доказано е, че съдържанието на елементи се променя значително на места с микровключвания в сравнение с тези места, където повърхността е повече или по-малко хомогенна. По този начин рентгенофлуоресцентният микроанализ може да се използва за решаване на много проблеми в медицината при изучаване на ролята на макро- и микроелементите при различни заболявания, при изследване на биосубстрати в диагностиката, изследване на влиянието на замърсяването на околната среда върху човешкото здраве, определяне на токсични метали във връзка с профилактиката на професионалните заболявания и др.

Публикувано на Allbest.ru

Подобни документи

Проблемът за замърсяването на околната среда с химикали - продукти на техногенезата. Определяне на съдържанието на киселинноразтворими форми на метали (олово, мед, цинк, никел, желязо) в почвени проби от района на Тула с помощта на метода на атомно-абсорбционната спектроскопия.

курсова работа, добавена на 23.08.2015 г


Хроматографски и оптични методи за анализ. Определяне на състава на смес от органични алкохоли, съдържанието на метални йони в разтвора, съдържанието на лактоза (захароза). Определяне съдържанието на карбонат и бикарбонат в смес чрез директно титруване.

ръководство за обучение, добавено на 13.11.2009 г


Хроматографският анализ е метод за идентифициране на химични елементи и техните съединения. Физико-химични методи. Класификация на хроматографските методи. Кратка информация за хроматографските методи за анализ. Видове хроматографски анализ.

резюме, добавено на 06/01/2008


Спектрофотометрични и фотоколориметрични методи за анализ на хранителни продукти, техните основни характеристики. Закон за поглъщане на светлина. Инструменти и оптимални условия за фотометрия. Пример за определяне на цветното число на маслата и съдържанието на серен диоксид.

презентация, добавена на 19.03.2015 г


Замърсяване на хранителни продукти с тежки метали. Токсичен ефект на арсенови съединения. Методи за идентификация и количествено определяне на йод в продукти, хранителни суровини и хранителни добавки. Определяне на киселинността на млякото.

курсова работа, добавена на 01/04/2013


Концепцията за тежки метали и селскостопански пейзажи. Основните причини за появата на метали във високи концентрации в почвите, в резултат на което те стават вредни за околната среда. Биогеохимични цикли на тежки метали: олово, кадмий, цинк, никел.

резюме, добавено на 15.03.2015 г


Тест системи за определяне на метали в обекти на околната среда. Списък и характеристики на химичните реактиви, използвани в изследванията. Определяне на съдържанието на никелови йони по колориметричен метод в разтвори с определена концентрация.

курсова работа, добавена на 14.05.2007 г


Характеристики, класификация и химични основи на тест системите. Инструменти и техники за анализ на различни обекти на околната среда с помощта на тестови системи. Определяне на кобалтови йони чрез колориметричен метод от разтвори, концентрация на медни йони.

дисертация, добавена на 30.05.2007 г


Методи за определяне на метали. Химико-спектрално определяне на тежки метали в природни води. Определяне съдържанието на метали в отпадъчни води, предварителна обработка на пробите при определяне на метали. Методи за определяне на съвместно съществуващи форми на метали.

курсова работа, добавена на 19.01.2014 г


Определяне на концентрацията на тежки метали, фосфор и общото съдържание на редуциращи агенти във води и крайбрежни растения. Ниво на замърсяване на градския въздух. Вземане на проби върху сорбент, последвано от термична десорбция директно в изпарителя на хроматографа.

Физикохимични или инструментални методи за анализ

Физико-химичните или инструменталните методи за анализ се основават на измерване с помощта на инструменти (инструменти) на физическите параметри на анализираната система, които възникват или се променят по време на извършване на аналитичната реакция.

Бързото развитие на физикохимичните методи за анализ се дължи на факта, че класическите методи за химичен анализ (гравиметрия, титриметрия) вече не могат да задоволят многобройните изисквания на химическата, фармацевтичната, металургичната, полупроводниковата, ядрената и други индустрии, които изискват увеличаване на чувствителност на методите до 10-8 - 10-9%, тяхната селективност и скорост, което би позволило да се контролират технологичните процеси въз основа на данни от химичен анализ, както и да се извършват автоматично и дистанционно.

Редица съвременни физикохимични методи за анализ позволяват едновременното извършване на качествен и количествен анализ на компонентите в една и съща проба. Точността на анализа на съвременните физикохимични методи е сравнима с точността на класическите методи, а при някои, например в кулонометрията, е значително по-висока.

Недостатъците на някои физикохимични методи включват високата цена на използваните инструменти и необходимостта от използване на стандарти. Следователно класическите методи за анализ все още не са загубили значението си и се използват там, където няма ограничения за скоростта на анализа и се изисква висока точност с високо съдържание на анализирания компонент.

Класификация на физикохимичните методи за анализ

Класификацията на физикохимичните методи за анализ се основава на естеството на измерения физичен параметър на анализираната система, чиято стойност е функция на количеството вещество. В съответствие с това всички физикохимични методи се разделят на три големи групи:

електрохимични;

Оптични и спектрални;

Хроматографски.

Електрохимичните методи за анализ се основават на измерване на електрически параметри: ток, напрежение, равновесни електродни потенциали, електрическа проводимост, количество електричество, чиито стойности са пропорционални на съдържанието на веществото в анализирания обект.

Оптичните и спектралните методи за анализ се основават на измерване на параметри, които характеризират ефектите от взаимодействието на електромагнитното излъчване с веществата: интензитетът на излъчване на възбудените атоми, абсорбцията на монохроматичното излъчване, индексът на пречупване на светлината, ъгълът на въртене на равнината на поляризиран лъч светлина и др.

Всички тези параметри са функция на концентрацията на веществото в анализирания обект.

Хроматографските методи са методи за разделяне на хомогенни многокомпонентни смеси на отделни компоненти чрез сорбционни методи при динамични условия. При тези условия компонентите се разпределят между две несмесващи се фази: подвижна и неподвижна. Разпределението на компонентите се основава на разликата в техните коефициенти на разпределение между подвижната и неподвижната фаза, което води до различни скорости на пренос на тези компоненти от неподвижната към подвижната фаза. След разделянето количественото съдържание на всеки компонент може да се определи чрез различни методи за анализ: класически или инструментални.

Молекулен абсорбционен спектрален анализ

Молекулярно-абсорбционният спектрален анализ включва спектрофотометричен и фотоколориметричен анализ.

Спектрофотометричният анализ се основава на определяне на спектъра на поглъщане или измерване на поглъщането на светлина при строго определена дължина на вълната, която съответства на максимума на кривата на поглъщане на изследваното вещество.

Фотоколориметричният анализ се основава на сравнение на интензитета на цвета на изследвания оцветен разтвор и стандартен оцветен разтвор с определена концентрация.

Молекулите на веществото имат определена вътрешна енергия E, чиито компоненти са:

Енергията на движение на електрони Eel, разположени в електростатичното поле на атомните ядра;

Енергията на вибрациите на атомните ядра едно спрямо друго E брои;

Ротационна енергия на молекула E vr

и се изразява математически като сбор от всички горни енергии:

Освен това, ако една молекула на веществото абсорбира радиация, тогава нейната първоначална енергия E 0 се увеличава с количеството енергия на абсорбирания фотон, т.е.

От горното равенство следва, че колкото по-къса е дължината на вълната λ, толкова по-голяма е честотата на вибрациите и следователно по-голямото E, тоест енергията, придадена на молекулата на веществото при взаимодействие с електромагнитно излъчване. Следователно естеството на взаимодействието на радиационната енергия с материята ще бъде различно в зависимост от дължината на вълната на светлината λ.

Съвкупността от всички честоти (дължини на вълните) на електромагнитното излъчване се нарича електромагнитен спектър. Интервалът на дължината на вълната е разделен на области: ултравиолетова (UV) приблизително 10-380 nm, видима 380-750 nm, инфрачервена (IR) 750-100 000 nm.

Енергията, придадена на молекулата на дадено вещество чрез лъчение от UV и видимите части на спектъра, е достатъчна, за да предизвика промяна в електронното състояние на молекулата.

Енергията на инфрачервените лъчи е по-малка, така че е достатъчна само да предизвика промяна в енергията на вибрационните и ротационните преходи в молекулата на веществото. Така в различните части на спектъра може да се получи различна информация за състоянието, свойствата и структурата на веществата.

Закони за поглъщане на радиация

Спектрофотометричните методи за анализ се основават на два основни закона. Първият от тях е законът на Бугер-Ламберт, вторият закон е законът на Беер. Комбинираният закон на Бугер-Ламберт-Беер има следната формулировка:

Поглъщането на монохроматична светлина от оцветен разтвор е правопропорционално на концентрацията на светлопоглъщащото вещество и дебелината на слоя разтвор, през който то преминава.

Законът на Bouguer-Lambert-Beer е основният закон за поглъщането на светлина и е в основата на повечето фотометрични методи за анализ. Математически се изразява с уравнението:

или

Размер lgаз / аз 0 се нарича оптична плътност на абсорбиращото вещество и се обозначава с буквите D или A. Тогава законът може да се напише по следния начин:

Съотношението на интензитета на потока от монохроматично лъчение, преминаващо през изпитвания обект, към интензитета на първоначалния поток от лъчение се нарича прозрачност или пропускливост на разтвора и се обозначава с буквата Т: Т = аз / аз 0

Това съотношение може да бъде изразено като процент. Стойността T, която характеризира пропускливостта на слой с дебелина 1 cm, се нарича пропускливост. Оптичната плътност D и пропускливостта T са свързани помежду си чрез връзката

D и T са основните величини, които характеризират абсорбцията на разтвор на дадено вещество с определена концентрация при определена дължина на вълната и дебелина на абсорбиращия слой.

Зависимостта D(C) е линейна, а T(C) или T(l) е експоненциална. Това се спазва стриктно само за монохроматични радиационни потоци.

Стойността на коефициента на екстинкция K зависи от метода за изразяване на концентрацията на веществото в разтвора и дебелината на абсорбиращия слой. Ако концентрацията е изразена в молове на литър и дебелината на слоя е в сантиметри, тогава тя се нарича моларен коефициент на екстинкция, обозначен със символа ε, и е равен на оптичната плътност на разтвор с концентрация 1 mol/L. поставени в кювета с дебелина на слоя 1 cm.

Стойността на моларния коефициент на поглъщане на светлина зависи от:

От природата на разтвореното вещество;

Дължини на вълните на монохроматична светлина;

Температури;

Естество на разтворителя.

Причини за неспазване на закона Bouguer-Lambert-Beer.

1. Законът е получен и е валиден само за монохроматична светлина, следователно недостатъчната монохроматизация може да причини отклонение от закона и в по-голяма степен, толкова по-малко монохроматична е светлината.

2. В разтворите могат да протичат различни процеси, които променят концентрацията на абсорбиращото вещество или неговия характер: хидролиза, йонизация, хидратация, асоцииране, полимеризация, комплексообразуване и др.

3. Светлинната абсорбция на разтворите зависи значително от pH на разтвора. Когато pH на разтвора се промени, може да се промени следното:

Степента на йонизация на слаб електролит;

Формата на съществуване на йони, което води до промяна в абсорбцията на светлина;

Състав на получените оцветени комплексни съединения.

Следователно законът е валиден за силно разредени разтвори и обхватът му е ограничен.

Визуална колориметрия

Интензитетът на цвета на разтворите може да бъде измерен по различни методи. Сред тях има субективни (визуални) колориметрични методи и обективни, тоест фотоколориметрични.

Визуалните методи са тези, при които оценката на интензитета на цвета на тестовия разтвор се прави с просто око. При обективните методи за колориметрично определяне фотоклетките се използват вместо директно наблюдение за измерване на интензитета на цвета на тестовия разтвор. Определянето в този случай се извършва в специални устройства - фотоколориметри, поради което методът се нарича фотоколориметричен.

Видими цветове:

Визуалните методи включват:

- стандартен сериен метод;

- метод на колориметрично титруване или дублиране;

- изравнителен метод.

Стандартен сериен метод.При извършване на анализ по метода на стандартната серия, интензитетът на цвета на анализирания оцветен разтвор се сравнява с цветовете на серия от специално приготвени стандартни разтвори (със същата дебелина на слоя).

Метод на колориметрично титруване (удвояване).се основава на сравняване на цвета на анализирания разтвор с цвета на друг разтвор - контролата. Контролният разтвор съдържа всички компоненти на тестовия разтвор, с изключение на определяното вещество и всички реактиви, използвани при приготвянето на пробата. Към него от бюрета се добавя стандартен разтвор на определяното вещество. Когато се добави толкова много от този разтвор, че интензитетите на цвета на контролния и анализирания разтвор са еднакви, се счита, че анализираният разтвор съдържа същото количество аналита, каквото е било въведено в контролния разтвор.

Метод на корекциясе различава от визуалните колориметрични методи, описани по-горе, при които сходството на цветовете на стандартния и тестовия разтвор се постига чрез промяна на тяхната концентрация. При метода на изравняване сходството на цветовете се постига чрез промяна на дебелината на слоевете цветни разтвори. За тази цел при определяне на концентрацията на веществата се използват дренажни и имерсионни колориметри.

Предимства на визуалните методи за колориметричен анализ:

Техниката за определяне е проста, няма нужда от сложно скъпо оборудване;

Окото на наблюдателя може да оцени не само интензитета, но и нюансите на цвета на разтворите.

недостатъци:

Необходимо е да се подготви стандартен разтвор или серия от стандартни разтвори;

Невъзможно е да се сравни интензивността на цвета на разтвора в присъствието на други оцветени вещества;

Когато сравнявате интензивността на цвета на очите на човек за дълго време, човек се уморява и грешката при определяне се увеличава;

Човешкото око не е толкова чувствително към малки промени в оптичната плътност, колкото фотоволтаичните устройства, което прави невъзможно откриването на разлики в концентрацията до около пет относителни процента.

Фотоелектроколориметрични методи

Фотоелектроколориметрията се използва за измерване на светлинната абсорбция или пропускливост на цветни разтвори. Инструментите, използвани за тази цел, се наричат ​​фотоелектрични колориметри (PEC).

Фотоелектричните методи за измерване на интензитета на цвета включват използването на фотоклетки. За разлика от уредите, при които цветните сравнения се извършват визуално, при фотоелектроколориметрите приемникът на светлинна енергия е устройство - фотоклетка. Това устройство преобразува светлинната енергия в електрическа. Фотоклетките позволяват колориметрични определяния не само във видимата, но и в UV и IR областите на спектъра. Измерването на светлинните потоци с помощта на фотоелектрически фотометри е по-точно и не зависи от характеристиките на окото на наблюдателя. Използването на фотоклетки дава възможност за автоматизиране на определянето на концентрацията на веществата при химичния контрол на технологичните процеси. В резултат на това фотоелектричната колориметрия се използва много по-широко във фабричната лабораторна практика от визуалната колориметрия.

На фиг. Фигура 1 показва обичайното разположение на възлите в инструментите за измерване на предаването или абсорбцията на разтвори.

Фиг. 1 Основни компоненти на устройства за измерване на поглъщането на радиация: 1 - източник на радиация; 2 - монохроматор; 3 - кювети за разтвори; 4 - конвертор; 5 - сигнален индикатор.

Фотоколориметрите, в зависимост от броя на използваните фотоклетки при измерванията, се разделят на две групи: еднолъчеви (еднораменни) - устройства с една фотоклетка и двулъчеви (двураменни) - с две фотоклетки.

Точността на измерване, получена с еднолъчеви FEC, е ниска. Във фабричните и научните лаборатории най-широко приложение намират фотоволтаичните инсталации, оборудвани с две фотоклетки. Дизайнът на тези устройства се основава на принципа на изравняване на интензитета на два светлинни лъча с помощта на диафрагма с променлив процеп, т.е. принципът на оптична компенсация на два светлинни потока чрез промяна на отвора на зеницата на диафрагмата.

Принципната схема на устройството е показана на фиг. 2. Светлината от лампа с нажежаема жичка 1 се разделя на два успоредни лъча с помощта на огледала 2. Тези светлинни лъчи преминават през светлинни филтри 3, кювети с разтвори 4 и попадат върху фотоклетки 6 и 6", които са свързани към галванометъра 8 по диференциална верига. Слотовата диафрагма 5 променя интензитета на светлинния поток, падащ върху фотоклетката 6. Фотометричният неутрален клин 7 служи за намаляване на светлинния поток, падащ върху 6" фотоклетка.

Фиг.2. Схема на двулъчев фотоелектроколориметър

Определяне на концентрация при фотоелектроколориметрия

За определяне на концентрацията на аналитите във фотоелектроколориметрията се използва следното:

Метод за сравняване на оптичните плътности на стандартни и тестови оцветени разтвори;

Метод за определяне въз основа на средната стойност на моларния коефициент на поглъщане на светлина;

Метод на калибровъчната крива;

Адитивен метод.

Метод за сравняване на оптичните плътности на стандартни и тестови оцветени разтвори

За определяне се приготвя стандартен разтвор на аналита с известна концентрация, която се доближава до концентрацията на тестовия разтвор. Определете оптичната плътност на този разтвор при определена дължина на вълната D ет. След това се определя оптичната плътност на тестовия разтвор D x при същата дължина на вълната и при същата дебелина на слоя. Чрез сравняване на оптичните плътности на тестовия и референтния разтвор се открива неизвестната концентрация на аналита.

Методът за сравнение е приложим за единични анализи и изисква задължително спазване на основния закон за поглъщане на светлина.

Метод на калибровъчна графика. За да определите концентрацията на вещество, използвайки този метод, пригответе серия от 5-8 стандартни разтвора с различни концентрации. При избора на обхвата на концентрация на стандартните разтвори се използват следните принципи:

* трябва да покрива зоната на възможните измервания на концентрацията на изследвания разтвор;

* оптичната плътност на тестовия разтвор трябва да съответства приблизително на средата на калибровъчната крива;

* желателно е в този концентрационен диапазон да се спазва основният закон за поглъщане на светлината, т.е. графиката на зависимостта да е линейна;

* стойността на оптичната плътност трябва да бъде в диапазона от 0,14... 1,3.

Измерете оптичната плътност на стандартните разтвори и начертайте зависимостта D(C) . Като определи D x на изследвания разтвор, според кривата на калибриране, която намират C x (фиг. 3).

Този метод дава възможност да се определи концентрацията на веществото дори в случаите, когато не се спазва основният закон за поглъщане на светлина. В този случай се приготвя голям брой стандартни разтвори, които се различават по концентрация с не повече от 10%.

Ориз. 3. Зависимост на оптичната плътност на разтвора от концентрацията (калибровъчна крива)

Адитивен метод- това е вид метод за сравнение, базиран на сравняване на оптичната плътност на тестовия разтвор и същия разтвор с добавяне на известно количество от определяното вещество.

Използва се за елиминиране на смущаващото влияние на чужди примеси и за определяне на малки количества от аналита в присъствието на големи количества чужди вещества. Методът изисква задължително спазване на основния закон за поглъщане на светлина.

Спектрофотометрия

Това е фотометричен метод за анализ, при който съдържанието на дадено вещество се определя от неговата абсорбция на монохроматична светлина във видимата, UV и IR областите на спектъра. В спектрофотометрията, за разлика от фотометрията, монохроматизацията се осигурява не от светлинни филтри, а от монохроматори, които позволяват непрекъсната промяна на дължината на вълната. Като монохроматори се използват призми или дифракционни решетки, които осигуряват значително по-висока монохроматичност на светлината от светлинните филтри, така че точността на спектрофотометричните определения е по-висока.

Спектрофотометричните методи, в сравнение с фотоколориметричните методи, позволяват решаването на по-широк кръг от проблеми:

* извършва количествено определяне на вещества в широк диапазон от дължини на вълните (185-1100 nm);

* извършване на количествен анализ на многокомпонентни системи (едновременно определяне на няколко вещества);

* определяне на състава и константите на стабилност на светлопоглъщащи комплексни съединения;

* определя фотометричните характеристики на светлопоглъщащи съединения.

За разлика от фотометрите, монохроматорът в спектрофотометрите е призма или дифракционна решетка, която позволява непрекъсната промяна на дължината на вълната. Има уреди за измерване във видимата, UV и IR област на спектъра. Принципната схема на спектрофотометъра е практически независима от спектралната област.

Спектрофотометрите, подобно на фотометрите, се предлагат в еднолъчеви и двулъчеви типове. В устройствата с двоен лъч светлинният поток се раздвоява по някакъв начин или вътре в монохроматора, или на изхода от него: след това единият поток преминава през тестовия разтвор, а другият през разтворителя.

Еднолъчевите инструменти са особено полезни за количествени определяния въз основа на измервания на абсорбцията при една дължина на вълната. В този случай простотата на устройството и лекотата на работа са значително предимство. По-голямата скорост и лекота на измерване при работа с инструменти с двоен лъч са полезни при качествен анализ, когато оптичната плътност трябва да бъде измерена в широк диапазон на дължина на вълната, за да се получи спектър. В допълнение, двулъчево устройство може лесно да се адаптира за автоматичен запис на непрекъснато променяща се оптична плътност: всички съвременни записващи спектрофотометри използват двулъчева система за тази цел.

Както еднолъчевите, така и двулъчевите инструменти са подходящи за видими и UV измервания. Произвежданите в търговската мрежа инфрачервени спектрофотометри винаги са базирани на дизайн с двоен лъч, тъй като обикновено се използват за сканиране и запис на голяма област от спектъра.

Количественият анализ на еднокомпонентни системи се извършва по същите методи, както при фотоелектроколориметрията:

Чрез сравняване на оптичните плътности на стандартния и тестовия разтвор;

Метод за определяне въз основа на средната стойност на моларния коефициент на поглъщане на светлина;

Използвайки метода на калибровъчната графика,

и няма отличителни черти.

Спектрофотометрията в качествения анализ

Качествен анализ в ултравиолетовата част на спектъра. Ултравиолетовите абсорбционни спектри обикновено имат две или три, понякога пет или повече абсорбционни ленти. За недвусмислено идентифициране на изследваното вещество се записва неговият спектър на абсорбция в различни разтворители и получените данни се сравняват със съответните спектри на подобни вещества с известен състав. Ако спектрите на абсорбция на изследваното вещество в различни разтворители съвпадат със спектъра на известното вещество, тогава е възможно с голяма степен на вероятност да се направи заключение за идентичността на химичния състав на тези съединения. За да се идентифицира неизвестно вещество по неговия спектър на поглъщане, е необходимо да има достатъчен брой спектри на поглъщане на органични и неорганични вещества. Има атласи, които показват спектрите на поглъщане на много, главно органични, вещества. Особено добре са проучени ултравиолетовите спектри на ароматните въглеводороди.

При идентифициране на неизвестни съединения трябва да се обърне внимание и на интензивността на абсорбция. Много органични съединения имат ленти на поглъщане, чиито максимуми са разположени при една и съща дължина на вълната λ, но интензитетите им са различни. Например в спектъра на фенола има абсорбционна лента при λ = 255 nm, за която моларният коефициент на абсорбция при максимума на абсорбция е ε макс= 1450. При същата дължина на вълната ацетонът има лента, за която ε макс = 17.

Качествен анализ във видимата част на спектъра. Идентифицирането на оцветено вещество, като например багрило, може да се извърши и чрез сравняване на видимия му абсорбционен спектър с този на подобно багрило. Спектрите на поглъщане на повечето багрила са описани в специални атласи и ръководства. От спектъра на поглъщане на багрилото може да се направи заключение за чистотата на багрилото, тъй като в спектъра на примесите има редица ленти на поглъщане, които отсъстват в спектъра на багрилото. От спектъра на абсорбция на смес от багрила може също да се направи заключение за състава на сместа, особено ако спектрите на компонентите на сместа съдържат ленти на абсорбция, разположени в различни области на спектъра.

Качествен анализ в инфрачервената област на спектъра

Поглъщането на инфрачервено лъчение е свързано с увеличаване на вибрационната и ротационната енергия на ковалентната връзка, ако води до промяна на диполния момент на молекулата. Това означава, че почти всички молекули с ковалентни връзки са в една или друга степен способни на абсорбция в IR областта.

Инфрачервените спектри на многоатомните ковалентни съединения обикновено са много сложни: те се състоят от много тесни абсорбционни ленти и са много различни от конвенционалните UV и видими спектри. Разликите произтичат от естеството на взаимодействието между абсорбиращите молекули и тяхната среда. Това взаимодействие (в кондензирани фази) засяга електронните преходи в хромофора, така че абсорбционните линии се разширяват и са склонни да се слеят в широки абсорбционни ленти. В инфрачервения спектър, напротив, честотата и коефициентът на поглъщане, съответстващ на отделна връзка, обикновено се променят малко с промени в околната среда (включително промени в останалите части на молекулата). Линиите също се разширяват, но не достатъчно, за да се слеят в ивица.

Обикновено, когато се конструират инфрачервени спектри, коефициентът на пропускливост се нанася върху оста y като процент, а не като оптична плътност. При този метод на конструиране ивиците на поглъщане се появяват като вдлъбнатини в кривата, а не като максимуми в UV спектрите.

Образуването на инфрачервени спектри е свързано с вибрационната енергия на молекулите. Вибрациите могат да бъдат насочени по протежение на валентната връзка между атомите на молекулата, в който случай те се наричат ​​валентни. Има симетрични разтягащи вибрации, при които атомите вибрират в еднакви посоки, и асиметрични разтягащи вибрации, при които атомите вибрират в противоположни посоки. Ако атомните вибрации възникват при промяна на ъгъла между връзките, те се наричат ​​деформация. Това разделение е много условно, тъй като при разтягащи вибрации ъглите се деформират в една или друга степен и обратно. Енергията на вибрациите на огъване обикновено е по-малка от енергията на вибрациите на разтягане, а ивиците на поглъщане, причинени от вибрациите на огъване, се намират в областта на по-дългите вълни.

Вибрациите на всички атоми на една молекула причиняват ивици на поглъщане, които са индивидуални за молекулите на дадено вещество. Но сред тези вибрации могат да се разграничат вибрации на групи от атоми, които са слабо свързани с вибрациите на атомите на останалата част от молекулата. Лентите на поглъщане, причинени от такива вибрации, се наричат ​​характерни ивици. Те се наблюдават, като правило, в спектрите на всички молекули, които съдържат тези групи от атоми. Пример за характерни ленти са лентите при 2960 и 2870 cm -1. Първата лента се дължи на асиметрични разтягащи вибрации на C-H връзката в CH3 метиловата група, а втората се дължи на симетрични разтягащи вибрации на C-H връзката на същата група. Такива ивици с леко отклонение (±10 cm -1) се наблюдават в спектрите на всички наситени въглеводороди и като цяло в спектъра на всички молекули, които съдържат СН3 групи.

Други функционални групи могат да повлияят на позицията на характерната лента, като честотната разлика може да бъде до ±100 cm -1, но такива случаи са малко на брой и могат да бъдат взети под внимание въз основа на литературни данни.