Применение методов химического анализа в медицине. Медицина, здоровье: Физико-химических методы анализа лекарственный средств, Реферат

3315 0

Загрязнение тяжелыми металлами (ТМ) оказывает весьма разнообразное неблагоприятное влияние на жизнедеятельность живых организмов и в целом на биосферу Земли. Наряду с пестицидами, диоксинами, нефтепродуктами, фенолами, фосфатами и нитратами, тяжелые металлы составляют ту «адскую смесь», которая в будущем может поставить под вопрос само существование цивилизации. Увеличивающийся масштаб загрязнения окружающей среды оборачивается ростом частоты генетических мутаций, онкологических, сердечнососудистых, профессиональных заболеваний, интоксикаций, дерматозов, клинически значимых нарушений иммунитета. Наступившая эпоха нанотехнологий сопровождается попаданием в биосферу редких и редкоземельных элементов, с которыми ранее живая природа практически не сталкивалась, и поэтому не имеет противодействующих биохимических механизмов возможному недружественному влиянию этих элементов на живые системы.

В этих условиях становится абсолютно необходимым использование аналитической химии, которая занимается средствами определения химического состава природных и искусственных материалов. Технику и методы этой науки применяют для идентификации веществ в составе объекта, и для их точного количественного определения. В медицине аналитическая химия составляет основу клинических лабораторных тестов, помогающих врачам диагностировать заболевания и добиваться успехов в их лечении. Химические анализы используют также для оценки степени загрязнения окружающей среды и для определения питательной ценности продуктов питания. Поскольку с подходами аналитической химии к анализу знакомы далеко не все, следует сказать несколько слов о терминологии. Термин селективный означает реакцию с несколькими веществами, термин специфичный означает реакцию с одним веществом. Термины анализировать и определять неравнозначны. Пробу (объект) анализируют на содержание в ней одного или нескольких компонентов (аналитов ), а процесс измерения содержания аналита называется определением .

Методы скринингового исследования содержания определенных элементов в медицине не разработаны; список элементов для анализа определяют в зависимости от клинических проявлений. В Приложении приведены таблицы важнейших заболеваний, синдромов, признаков дефицита и избытка эссенциальных (= жизненно необходимых) микроэлементов по А.П. Авцыну и др. (1991). Очень часто многоэлементный анализ используют в судебной медицине при выяснении причин острых и хронических отравлений. Важен такой анализ и при диагностике и лечении профессиональных болезней, вызванных хроническим воздействием на организм тяжелых металлов (как производственного, так и экологического происхождения).

Для профилактической медицины в целом, и особенно — для санитарных врачей очень важны данные о качественном и количественном составе загрязнений среды и вредных примесей в продовольственном сырье и пищевых продуктах, позволяющие разрабатывать соответствующие законодательные и организационные мероприятия. Единственный надежный способ их получения — анализ состава воздуха, воды, почвы и других объектов среды, продовольственного сырья, пищевых продуктов. Данные анализа нельзя заменить изучением технической документации, поскольку при производстве нередки нарушения технологии и аварии, а взаимодействие загрязнителей в реальной среде может быть непредсказуемым, например, антагонистическим или, наоборот, синергическим.

Медицинская бионеорганика. Г.К. Барашков

ЖУРНАЛ АНАЛИТИЧЕСКОЙ ХИМИИ, 2014, том 69, № 4, с. 359-362

СТАТЬИ ОБЩЕГО ХАРАКТЕРА

ХИМИЧЕСКИМ АНАЛИЗ И МЕДИЦИНА © 2014 г. Ю. А. Золотов

Московский государственный университет имени М.В. Ломоносова 119991 Москва, Ленинские горы, 1, стр. 3 Поступила в редакцию 27.06.2013 г., после доработки 14.10.2013 г.

Рассмотрены основные направления использования химического анализа в медицине: при диагностике заболеваний, санитарно-гигиеническом контроле, допинг-контроле, прямой идентификации микроорганизмов, ДНК-анализе и др.

Ключевые слова: химический анализ в медицине, медицинская диагностика, санитарно-гигиенический контроль, допинг-контроль, геномный анализ.

DOI: 10.7868/S0044450214040173

Тема "Химический анализ и медицина" слишком широка, чтобы ее можно было осветить сколько-нибудь детально. Однако она выбрана сознательно: хотелось бросить общий взгляд на эту область, попытаться ее оконтурить и классифицировать, вычленить важнейшие направления.

Объектами химического анализа в рассматриваемой области являются биологические жидкости (кровь, моча, пот, слюна, слезы, грудное молоко, желудочный сок и другие); волосы, срезы ногтей; мягкие ткани; выдыхаемый воздух; газы, выделяемые организмом через кожу. Ну и, конечно, лекарственные вещества. Что касается болезней, при профилактике, диагностике и лечении которых применяется химический анализ, то это практически все патологические состояния (да и нормальные тоже, если речь идет о диспансеризации, о массовом скрининге). Однако особенно нужен анализ в случае социально опасных заболеваний - диабета, рака, сердечно-сосудистых и легочных болезней. Перечень веществ (аналитов), которые нужно обнаруживать и количественно определять, включает химические элементы и формы их существования (причем последние - чем дальше, тем больше); некоторые неорганические вещества, особенно газообразные и пероксид водорода, многочисленные низкомолекулярные органические соединения - глюкозу, холестерин, жирные кислоты, катехоламины и другие; биополимеры (белки, нуклеиновые кислоты, липиды и т.д.); субстанции лекарств и примеси в фармпрепаратах.

Методы анализа, используемые для решения медицинских задач, конечно, разнообразны по принципам действия и аналитическим характеристикам. Однако в ряде случаев существует стремление применять методы, "мягко" действу-

ющие на объект, как, например, ионизация электрораспылением в масс-спектрометрии по сравнению с электронной ионизацией. Кроме того, существенна нацеленность на неинвазивные методы, а также на методы, пригодные для массового применения, в том числе, с одной стороны, за счет автоматизации, а с другой, путем широкого использования простых и недорогих тестов. В ряде случаев существует стремление к "миниатюрным" методам и средствам, особенно для анализа in vivo, и даже к дистанционно действующим. Разумеется, очень востребованы и самые мощные современные методы анализа, как, скажем, ГХ-МС, ЖХ-МС, МС-ИСП, особенно в научных исследованиях.

Направления самой медицины, использующие химический анализ, довольно многочисленны, хотя и неодинаковы по важности. Рассмотрим их.

Химический анализ как средство диагностики.

Существо этого направления заключается в нахождении, обычно совместно с медиками, ве-ществ-мйркеров, появление которых или существенное изменение их содержания, или изменение соотношения, например, в биожидкостях или выдыхаемом воздухе, свидетельствуют о патологии. Коль скоро такие вещества найдены, практика будет состоять в определении этих веществ в конкретных образцах.

Чтобы найти вещества, содержание которых может служить показателем заболевания, обычно требуется систематическое исследование большого числа здоровых и больных людей (их органов, тканей, биологических жидкостей), набор большого массива данных, их математическая обработка, теперь, как правило, средствами хемо-метрики. Например, чтобы найти мйркеры рака

яичников, исследовали содержание 169 белков в плазме крови больших групп здоровых и больных женщин; было установлено, что концентрация четырех белков (лептина, пролактина и др.) у здоровых и больных отличается. На этой основе разработан диагностический тест; если результаты показывают, что концентрация, по крайней мере, двух белков из этих четырех лежит за пределами нормы, это с вероятностью 95% говорит о заболевании. Или еще один пример из сотен других: проанализированы пробы мочи 62 женщин, больных раком молочной железы, и 100 здоровых женщин на содержание измененных нуклеози-дов. Статистическая обработка результатов показала, что для этих групп женщин наблюдаются различия в содержании нуклеозидов, и диагностическая ценность этих различий достаточно высока.

Обычный клинический лабораторный анализ и массовый биохимический анализ сформировались на основе подобных объемистых исследований, проводившихся в течение десятилетий, и накопленного опыта.

Маркерами, индикаторами болезни могут служить низкомолекулярные неорганические и органические соединения (NO, NH3, CO, CH4, углеводороды, катехоламины, ацетон, сахара, органические кислоты); высокомолекулярные соединения органической природы - пептиды, многочисленные белки; отдельные химические элементы.

Значительный опыт накоплен, к примеру, по диагностике диабета путем контроля содержания глюкозы сначала в моче, потом в крови. Первые тесты на сахар в моче были созданы еще в XIX веке. Так, в 1841 г. Треммер предложил определять глюкозу в моче по реакции восстановления ме-ди(11) глюкозой в горячем щелочном растворе. Позднее для той же цели использовали бумагу, импрегнированную индигокармином; перед использованием бумажку смачивали щелочью. Потом были созданы гораздо более эффективные химические тест-средства, которые в ХХ веке выпускали многие фирмы. Современные же глюкоз-ные анализаторы имеют своим прародителем электрод Кларка - электрохимический сенсор для определения кислорода. В конце 50-х годов Кларк ввел в свой электрод глюкозоксидазу, что позволило определять глюкозу в крови с высокой чувствительностью. Первый массовый прибор для продажи создала фирма Yellow Springs Instrument. В настоящее время домашние глюкометры для определения глюкозы в крови составляют 95% мирового рынка электрохимических приборов. Известно, что при этом требуется очень малый объем крови, особенно в микрокулономет-рических глюкометрах, созданных А. Хеллером в Техасском университете (Остин, США). Решается, пока без особого успеха, задача определения

сахара в крови неинвазивным методом, т.е. вообще без отбора крови.

Для диагностики легочных заболеваний (да и не только легочных) перспективен анализ выдыхаемого воздуха. Еще древние врачи старались по запаху выдыхаемого воздуха определить, чем болен человек. Состав выдыхаемого воздуха начинал исследовать Лавуазье. В XIX веке в этом воздухе уже находили ацетон и этанол; большое число летучих органических веществ определял в выдыхаемом воздухе Лайнус Полинг в 70-х годах прошлого столетия, используя микроконцентрирование. Давно известно, что наличие ацетона в выдыхаемом воздухе служит признаком диабета. В последние годы анализу выдыхаемого воздуха уделяют много внимания и аналитики, и медики. Привлекаются разные методы, прежде всего газовая хромато-масс-спектрометрия, отчасти газовая хроматография с другими детекторами, а также лазерная спектроскопия.

Задача такого анализа довольно сложна, как минимум, по двум взаимосвязанным причинам. Во-первых, вещества, являющиеся маркерами заболеваний, могут находиться и в наружном воздухе, которым дышит пациент. Это означает, что необходимо не только проводить контрольные эксперименты, но и оценивать очень небольшие изменения в содержании этих веществ. Во-вторых, абсолютные количества выделяемых веществ-маркеров обычно очень малы, и обнаружить их можно лишь самыми чувствительными методами. Тем не менее, подобные определения не только возможны, но и уже осуществляются; данному направлению посвящены сотни работ.

При использовании хроматографических методов проблему решают, используя чаще всего сорбцию определяемых веществ, последующую термодесорбцию и определение газовой хромато-масс-спектрометрией. В исследовательском центре Менссана Рисерч (США) были исследованы пробы выдыхаемого воздуха нескольких десятков человек и обнаружено 3500 соединений, но только 27 из них были общими для всех обследованных людей. Самым распространенным летучим органическим компонентом выдыхаемого воздуха оказался изопрен - промежуточный продукт синтеза холестерина. Практически всегда в пробах присутствуют алканы, в том числе с большой молекулярной массой. Американское Агентство по пищевым продуктам и лекарственным препаратам (Food and Drug Administration) уже давно одобрило применение анализа выдыхаемого воздуха как теста для оценки состояния больных, перенесших операции на сердце.

С анализом выдыхаемого воздуха связывают и перспективы ранней диагностики рака легких. У больных в выдыхаемом воздухе возрастает концентрация алканов и метилалканов (С4-С20). Для

ХИМИЧЕСКИЙ АНАЛИЗ И МЕДИЦИНА

диагностики достаточно определить девять углеводородов: бутан, пентан, 3-метилтридекан, 7-метил-тридекан, 4-метилоктан, 3-метилгексан, гептан, 2-метилгексан, 5-метилдекан. Эти углеводороды присутствуют на уровне нано- или пикомолей, поэтому для их определения требуется предварительное концентрирование на адсорбентах, не поглощающих влагу.

Физики-спектроскописты для анализа выдыхаемого воздуха используют диодные лазеры, излучающие в ИК-диапазоне (Институт общей физики РАН). Этими методами можно определять, прежде всего, низкомолекулярные простые соединения, включая оксиды азота, аммиак, монооксид углерода, пероксид водорода, а также метан, метанол, этанол, сероуглерод и другие соединения в диапазоне от 0.1 до 10 мг/м3, а также проводить изотопный анализ (13С/12С).

Много работ посвящается оценке окислительного (оксидативного) стресса. Это та область, где профессиональные аналитики в России в последние годы активно работают.

БРУСНИКИНА ОЛЬГА АЛЕКСАНДРОВНА, ПЕСКОВ АНАТОЛИЙ НИКОЛАЕВИЧ - 2014 г.

Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже

Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Министерство Высшего Образования Республики Узбекистана

Национальный университет Узбекистана имени М. Улугбека

Факультет химия

по предмету: Аналитическая химия

на тему: I Всероссийская конференция с международным участием на тему «Химический анализ и медицина»

Выполнила:

Ходжаева Хидоятхон

MIURA GO-xHT: Системы для подготовки образцов перед ГХМС анализом (определение диоксинов и ПХБ) MIURA GO-2HT / 4HT / 6HT

Исследовательская организация, специализирующая в области изучения окружающей среды, «Miura Institute of Environmental Science», большое внимание уделяет мониторингу содержания таких токсичных компонентов, как диоксины и полихлорированные бифенилы (ПХБ) в объектах окружающей среды, а также работает над развитием и коммерциализацией технологий анализа объектов окружающей среды.

Обладая колоссальным опытом в разработке аналитических методов для анализа объектов окружающей среды, пищевых продуктов и сырья для их производства, а также являясь европейским дистрибьютором MIURA Co. Ltd., Shimadzu Europa GmbH предлагает комплексное решение для определения диоксинов и полихлорированных бифенилов (ПХБ), включающее системы серии GO-xHT для предварительной очистки (clean-up) образцов и тандемный газовый хроматоматомасс-спектрометр серии TQ.

Такое решение может быть с успехом использовано для анализа таких образцов, как пищевые продукты и сырье для их производства, корма, почва, сточные и природные воды и пр.

Возможности

Системы GO-xHT позволяют существенно увеличить производительность работы аналитических лабораторий, повысить эффективность научных исследований и тем самым сократить время необходимое для возвращения инвестиций (ROI)

· Отсутствие перекрестного загрязнения

Благодаря конструкции без переключающих кранов и набору колонок для одноразового использования риск перекрестного загрязнения при серийном анализе практически сведен к нулю.

· Пониженный расход растворителя

Отсутствие переключающих клапанов и оптимизированная схема подачи растворителя и минимальный мертвый объем системы обеспечивают пониженный по сравнению с традиционными методами расход растворителя. К тому же пробоподготовка с использованием систем GO-xHT не требует использования хлоросодержащих растворителей. Все это способствует существенному снижению расходов и, соответственно, увеличивает рентабельность аналитической лаборатории.

· Одновременная подготовка до 6 образцов

Конфигурация систем GO-xHT легко может быть настроена под требования конкретной аналитической лаборатории в зависимости от предполагаемых объемов анализов. Системы могут комплектоваться 1-3 независимо управляемыми двухколоночными модулями, обеспечивая в последнем случае одновременную подготовку к анализу 6 образцов. Полная автоматизация процесса очистки делает пробоподготовку как никогда простой и эффективной.

Три возможных конфигурации системы.

Система GO-xHT может поставляться с 2, 4 или 6 установленными колонками.

Комплексное решение для определения диоксинов и ПХБ, включающее экстракцию, очистку и ГХМС-анализ

Три ведущих производителя оборудования для аналитической химии, Shimadzu Corporation, BUCHI Laboratory Equipment и MIURA Co. Ltd., объединили свои возможности и представили на рынок комплексное решение для определения диоксинов и ПХБ в самых различных образцах, включая такие сложные, как пищевые продукты и почва. Комплексное решение, получившее название «DIOXINS S3», включает систему для экстракции растворителем под давлением (PSE) BUCHI SpeedExtractor E-914/E-916, систему для очистки (clean-up) MIURA GO-xHT и тандемный газовый хроматомасс-спектрометр Shimadzu серии TQ. Такое комплексное решение обеспечивает высокопроизводительный, точный, надежный и высокочувствительный анализ в полном соответствии с европейскими нормативами ЕС 589/2014.

I Всероссийская конференция с международным участием «Химический анализ и медицина»

В Москве 2015 году с 9 по 12 ноября прошло I Всероссийская конференция с международным участием «Химический анализ и медицина» . В этом конференции вставлялось своей цель обеспечить более тесное общение и обмен знаниями между специалистами в области аналитической химии и медицины для совместного решения основных проблем, связанных со здоровьем и экологией человека. На конференции было рассмотрены важнейшие достижения в области аналитической химии и их использование в медицинской сфере, в частности, в клинико-диагностической области и было представлено более 150 тезисов.

Устройство секвенирования ДНК «НАНОФОР 05»

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

Благодаря финансовой поддержке Министерства образования и науки РФ и Технологической Платформы «Медицина будущего» Институтом аналитического приборостроения РАН, ЗАО «Синтол» и Экспериментальным заводом научного приборостроения РАН был создан первый российский секвенатор «НАНОФОР 05».Мировой рынок секвенаторов существует 29 лет.

В конце 1986 года компанией «Applied Biosystems» (США) был разработан первый секвенатор ABI 370A

Sequencer, способный секвенировать в день 12 000 п.н.

В настоящее время наиболее производительные секвенаторы могут секвенировать за 1 запуск 1000 х 109 п.н.

Рынок секвенаторов ДНК можно разделить на 2 сегмента в зависимости от технологии, лежащей в основе принципа работы приборов:

1) «капиллярные» (или «классические», «сэнгеровские») секвенаторы, в которых расшифровка нуклеотидной последовательности ДНК идёт после проведения реакции секвенирования;

2) секвенаторы второго поколения, NGS- (Next Generation Sequencing), или «полногеномные» секвенаторы, в которых расшифровка генома идёт непосредственно в ходе реакции секвенирования.

Российский рынок секвенаторов, по оценкам экспертов, составляет в натуральном выражении не более 1000 приборов. При этом количество «капиллярных» секвенаторов составляет не менее 85% от всего количества ис-пользуемых секвенаторов. Большинство закупленных в России NGS-секвенаторов используются эпизодически из-за дороговизны расходных материалов.

Соответственно, количество анализов (секвенирование и фрагментный анализ), проводимых на «капилляр-ных» секвенаторах, в несколько сот раз превышает количество «прочитанных» на NGS-секвенаторах геномов, составляя примерно 200 000 - 300 000 анализов в год в России.

На мировом рынке секвенаторов также преобладают «капиллярные» секвенаторы. Несмотря на появление на рынке секвенаторов второго поколения, существует целый ряд задач, которые можно быстро и экономно решить на «классических» секвенаторах. К таким задачам относятся:

Рис. 1. Электрофореграмма продуктов секвенирования, полученная на приборе «НАНОФОР 05». Стрелкой указана выявленная мутация.

Рис. 2. Электрофореграмма разделения продуктов амплификации, полученных от ДНК матери (верх), отца (середина) и ребенка (низ) по каналу ROX.

1) секвенирование генетических вставок в плазмиды;

2) секвенирование ПЦР-продуктов.

3) ДНК-идентификация личности;

4) определение отцовства, определение степени родства;

5) определение однонуклеотидных полиморфизмов (SNP - Single Nucleotide Polymorphism), обнаружен-ных с помощью ПЦР. SNP обуславливают наследственную предрасположенность к мультифакторным заболеваниям, индивидуальную чувствительность организма к лекарственным препаратам.

6) генотипирование человеческой ДНК, т.е. обнаружение неизвестных SNP в анализируемых участках гена;

7) генотипирование микроорганизмов, например, обнаружение неизвестных ранее мутаций в геноме ми-кобактерий туберкулёза, ответственных за лекарственную устойчивость к антибактериальным препа-ратам; или генотипирование возбудителей особо опасных инфекций, что необходимо для выявления источника распространения инфекции;

8) генотипирование (паспортизация) ценных пород животных и сортов растений с целью их селекции;

«НАНОФОР 05» представляет собой аналог 8-канального генетического анализатора «3500 Genetic An-alyzer» производства компании «Life Technologies» (сейчас «Thermo Fisher Scientific»).

По целому ряду важнейших технических и пользовательских характеристик «НАНОФОР 05» превос-ходит «3500 Genetic Analyzer»: он является прибором открытого типа, т.е. предоставляет возможность ис-пользования реагентов любых производителей, имеет 7-цветную схему детекции, что позволяет анализи-ровать больше разных ДНК-мишеней в одном образце одновременно, а также имеет срок гарантии 2 года, стоит в 2 раза дешевле импортного аналога, значительно экономнее в эксплуатации.

Определение тяжелых металлов в бадах, лекарственных растениях, биологических жидкостях методами ААС, ИСП-ОЭС, ИСП-МС после микроволновой пробоподготовки

Ключевыми критериями достоверности такого анализа являются: полнота минерализации пробы, отсут-ствие потерь летучих элементов, таких как Hg, As и др., особенно на этапе пробоподготовки, достаточная чувствительность выбранного спектрального метода и, величины навески, наконец, само спектральное определение, прежде всего, учитывающее спектральные помехи в ИСП-ОЭС, удаление комплексных ио-нов и изобарных интерференций в ИСП-МС, оптимизацию стадии температурной программы графито-вой печи в ЭТААС.

Наиболее тяжелыми для микроволновой минерализации органическими пробами являются предельные

и ароматические длинноцепочечные у.в. Одними из наиболее близких к таковым являются БАДы на мас-ляной основе, растительные препараты масличных культур, смолистые материалы, например, березовые почки. Такие пробы требуют больших температур для минерализации, лимитированные величины навесок, аккуратного нагрева с плавным увеличением температуры разложения. Последнее касается и т. н. реактив-ных проб, например, эфирных масел, получаемых из растительного сырья, препаратов индивидуальных аминокислот. Их экспрессная минерализация с быстрым нагревом может приводить к сбросу давления в автоклавах и потере летучих элементов.

Использование сильных ионообменников для хроматографического анализа белков и пептидов

Обычно, слабые ионообменники используются для разделения биомолекул, таких как пептиды, белки, моноклональные антитела и ДНК. Данная презентация продемонстрирует преимущества использования сильных ионообменных фаз и опишет некоторые примеры превосходного разделения для этих биомо-лекул. Мы, также, продемонстрируем возможность использования этих сильных ионообменников для пептидного картирования триптических гидролизатов БСА. Такие важные моменты, как оптимизация градиента и элюента, также будут отражены.

Сравнительные исследования продемонстрируют преимущества сильного катионита YMC-BioPro SP-F, перед слабыми катионитами. Для этого будут представлены результаты разделения для различных белков и человеческих моноклональных иммуноглобулинов (IgG1).

Матрицей ионообменных материалов YMC-BioPro IEX являются как пористые, так и не пористые гидрофильные полимерные частицы с низкой неспецифической адсорбцией и размером частиц от 3 до 75 мкм, пригодные для всего спектра применений. Доступны как сильные анионообменники (четвертичный амин, YMC-BioPro QA), так и сильные катионообменники (сульфопропил, YMC-BioPro SP). По срав-нению с традиционными ионообменными материалами, они демонстрируют более высокую обменную емкость и более высокий выход биомолекул, с более низким неспецифическим связыванием.

Лабораторный мониторинг новых оральных антикоагулянтов

Антагонисты витамина К больше не являются единственным вариантом для лечения венозной тромбо-эмболии (ВТЭ) или для предотвращения инфаркта. В настоящее время новые оральные антикоагулянты (НОАК, ривароксабан и дабигатран, прямые ингибиторы факторов Ха и IIa соответственно), являются без-опасной и эффективной альтернативой варфарина для профилактики ВТЭ, при заменах тазобедренного или коленного суставов, для профилактики кардиоэмболии у пациентов с фибрилляцией предсердий, а также для лечения ВТЭ. Однако, существуют определенные ситуации, когда для клинического ведения пациентов необходимо знать точные концентрации НОАК в плазме. До настоящего времени не существовало легкодо-ступных методов измерения уровня этих препаратов или их анти-факторной активности. Установлено, что активированное частичное тромбопластиновое время, протромбиновое и тромбиновое время не подходят для этой цели. Высоко эффективная жидкостная хроматография в тандеме с масс-спектрометрией может быть использована для измерения уровня ривароксобана в диапазоне от 0,50 до 500 мкг/л. Однако эта методика мало доступна для рутинного клинического применения. В настоящее время общепризнанным методом для определения количества ривароксобана в крови становится методика, основанная на опреде-лении его анти Xa активности.

Для прямых ингибиторов тромбина активированное частичное тромбопластиновое время не может быть использовано для оценки количества препарата в плазме, так как имеет довольно низкую корре-ляцию с уровнями дабигатрана и, кроме того, зависит от многих факторов, в том числе от присутствия волчаночного антикоагулянта и от повышенного уровня фактора VIII в условиях воспалительных про-цессов.

В настоящее время для этих целей используются метод определения анти IIa активности с помощью хромогенного субстрата, специфичного тромбину и метод разбавленного тромбинового времени, обла-дающие линейностью практически во всем терапевтическом диапазоне концентраций используемых пре-паратов.

Иммунохимические методы анализа в медицинской диагностике: современные задачи и решения

Расширение знаний о молекулярных механизмах патологических процессов и дисфункций, а также из-менения в системе оказания медицинской помощи обусловили необходимость методического перево-оружения медицинской диагностики. Двумя основными тенденциями в развитии средств современной диагностики являются рост доли анализов, выполняемых вне специализированных лабораторий, а также востребованность высокопроизводительных методов тестирования, позволяющих получить информа-цию о наличии и содержании большого числа (десятки) соединений за минимальное (5-15 минут) время.

В докладе будут представлены разработки новых иммунохимических методов анализа, удовлетворяю-щих этим требованиям.

Рассмотрены возможности различных видов иммуносенсоров и иммунохроматографических тест-систем для решения задач медицинской диагностики. Важным достоинством иммунохроматографиче-ского анализа является использование принципа «сухой химии», когда все необходимые для анализа ре-агенты предварительно нанесены на тест-полоску, и ее контакт с анализируемой пробой инициирует все специфические взаимодействия и развитие детектируемого сигнала. Рассмотрены различные маркеры, в том числе - неорганические наночастицы, используемые в медико-диагностических системах. Пред-ставлены данные по влиянию размеров наночастиц и состава их комплексов с иммунореагентами на ха-рактеристики аналитических методов, а также разработки, направленные на управление продолжитель-ностью, чувствительностью и специфичностью анализа. На примерах аллергодиагностики и детекции кардиомаркеров показаны преимущества применения полупроводниковых флуоресцентных наночастиц (квантовых точек), выявляемых с существенно более низким пределом обнаружения по сравнению с окрашенными маркерами. Дается теоретический и экспериментальный анализ требований, предъявля-емых к экспрессным тест-системам при серодиагностике - выявлении в крови антител, специфичных к определенному соединению. Рассмотрены пути повышения производительности и диагностической значимости внелабораторных иммунохимических систем на основе мультипараметрического анализа, позволяющего одновременно детектировать значительное количество соединений. На примерах опреде-ления значимых для медицинской диагностики соединений (кардиомаркеры, маркеры воспалительных процессов, токсины, патогенные микроорганизмы и др.) представлены возможности иммуноаналитиче-ских методов и их преимущества в сравнении с другими используемыми в практике подходами.

Использование изотопной масс-спектрометрии в диагностической медицине

Анализ медицинских объектов с использованием оптических биосенсоров типа Biacore

Оптические биосенсоры, работающие на эффекте поверхностного плазмонного резонанса (SPR) - высокоэф-фективные приборы, которые позволяют регистрировать любые межмолекулярные взаимодействия в реальном

времени без использования каких-либо меток или сопряженных процессов. Из полученных серийных сенсо-грамм легко вычисляются кинетические, равновесные и термодинамические параметры взаимодействий. По-этому SPR биосенсоры с успехом используются в фундаментальных и прикладных исследованиях медицинских объектов, таких как:

(1) анализ аффинности, специфичности и кросс-реактивности антител, что делает SPR технологию незамени-мой при разработке новых иммунных лекарств и иммуно-химических тест-систем;

(2) анализ взаимодействия прототипов новых лекарств с белком-мишенью; хроматографический анализ окружающая среда

(3) аффинное выделение потенциальных белков-партнеров целевых молекул и их комплексов из лизата биологического материала с их последующей идентификацией с помощью LC-MS/MS анализа;

(4) высокоточный анализ пикомолярных концентраций белков-маркеров заболеваний в плазме крови человека.

Среди коммерчески доступных SPR биосенсоров модели типа Biacore (GE Healthcare, США), осна-щенные 4-х канальной управляемой микрофлюидной системой с 4 проточными нано-кюветами, явля-ются «рекордсменами» по чувствительности, низкому уровню шума, стабильности базового сигнала, минимальной молекулярной массе регистрируемого аналита и минимальному расходу биоматериалов.

С использованием SPR биосенсоров типа Biacore нами разработаны оригинальные варианты прямого аналитического и препаративного молекулярного фишинга для выявления потенциальных участников белок-белковых и белок-пептидных взаимодействий в живых системах. Метод основан на совмещении SPR технологии с колоночной хроматографией и LC-MS/MS идентификацией белков. Его применимость была продемонстрирована как в случае высокомолекулярных (белки, пептиды), так и низкомолекуляр-ных (производные изатина) иммобилизованных лигандов. Подход был успешно применен в интерактом-ных исследованиях, выполняемых в рамках:

(1) Программы фундаментальных научных исследований государственных академий наук на 2013-2020 годы по проекту «Протеом человека» для выявления в лизате ткани печени человека возможных мо-лекулярных партнеров 7 целевых белков, кодированных в 18-й хромосоме человека;

(2) Комплексного гранта РФФИ (13-04-40108-К) для выявления в лизате иммортализованных нейрональ-ных клеток человека потенциальных белков-партнеров, взаимодействующих с различными изоформа-ми металл-связывающего домена бета-амилоида, которые играют ключевую роль в развитии болезни Альцгеймера.

(3) Грантов РФФИ (11-04-01163 и 15-04-01545) по изучению изатин-связывающих белков в норме, при

гравитационной разгрузке и при нейродегенеративной патологии.

Аналитическое оборудование Shimadzu для комплексных медико-биологических исследований

Стремительное развитие биологических наук на рубеже 20-21 веков привело к появлению новой дис-циплины - молекулярной медицины. По срав нению с традиционной, молекулярная медицина имеет дело не со следствием (симптомы заболе вания), а с причиной, а именно - определяет те молекулы, которые ответственны за развитие па тологического процесса. Таким образом, проведение быстрой и точной диа-гностики становится неразрыв но связанным с аналитическими методами, обеспечивающими анализ хи-мического состава на мо лекулярном и внутримо лекулярном уровнях.

Компания Shimadzu (Япония) производит уни кальную линейку аналитического оборудова ния для комплексных медико-биологических исследований.

Газовые хроматографы и хроматомасс-спектрометры (ГХМС) используются для выявления типов микроорганизмов на основе данных о наборе жирных кислот, присутствующих в биологических средах.

Большое количество метаболомных исследований выполняется с использованием ГХМС. Высокоско-ростные квадруполи Shimadzu широко используются при выявлении маркеров различных заболеваний, что делает возможной раннюю диагностику.

Высокоэффективная жидкостная хроматография с тандемными квадрупольными масс-селективными детекторами становится основной техникой в проведении неонатального и пренатального скрининга, а также в фармакокинетических исследованиях.

Спектроскопия MALDI (ионизация лазерной десорбцией при содействии матрицы) является мощным инструментом при исследовании белковых молекул, и поэтому широко используется в протеомных ис-следованиях: ранняя диагностика на основе сравнения протеомов здорового и больного человека, иден-тификация микроорганизмов, возможность наблюдения распределения белков, пептидов, эндогенных соединений в тканях (локализация опухолей), Изучение посттрансляционных модификаций белков и др.

Компания Shimadzu развивает новое инструментальное направление - приборы для визуализации мо-лекулярных процессов. Компания уже представила на рынке приборы этого направления: масс-микроскоп

iMScope TRIO, совмещающий мощный оптический микроскоп и MALDI спектрометр, и LABNIRS - прибор для визуализации мозговой деятельности.

Многокомпонентный диодный лазерный спектроанализатор для скрининговой диагностики содержания биомаркеров в выдыхаемых компонентах воздуха

Проведение скрининговых дыхательных тестов является эффективным методом оценки функциональ-ного состояния организма. Под скрининговым исследованием в медицине понимают комплекс мер, направленных на выявление скрытых заболеваний в популяции обследуемых (выявление «групп ри-ска» по конкретным заболеваниям) при отсутствии ярко выраженных симптомов болезни. Основными требованиями к скрининговым тестам является простота, неинвазивность и безопасность процедуры тестирования, высокая скорость обработки данных, возможность выявления заболеваний на ранней стадии. Анализ газообразных биомаркеров в выдохе человека является одним из перспективных и быстроразвивающихся методов неинвазивной диагностики. Помимо основных атмосферных молекул (H2O, 12CO2, N2, O2) в выдыхаемом человеком воздухе выявлено более 1000 соединений с концентра-циями на уровне ppb-ppm. Образование этих соединений связано с биохимическими метаболическими процессами в организме. Несмотря на интенсивные исследования в этой области, связь концентрации молекулярного компонента в выдыхаемом воздухе с конкретной патологией установлена лишь для не-скольких десятков молекул (например, дыхательные тесты определения С2Н5ОН, 13СО2, 12СО2, CO, NO).На базе диодных лазеров (ДЛ) ближнего ИК диапазона с волоконным выводом излучения разрабо-тан экспериментальный прототип многоканального газоанализатора для неинвазивных скрининговых медико-биологических исследований. Прибор позволяет одновременно в порции выдыхаемого воздуха определять биомаркеры компонентов воздуха:

12CO2, 13CO2, CH4, H2S. Измерения концентраций моле-кул проводятся в многопроходной кювете Эрио с полной длиной оптического пути 26 м и объемом 2,5 л. В качестве ДЛ используются два лазерных модуля NEL фирмы NTT Electronics. Детектирование CH4 осуществляется в диапазоне длин волн 1,65 мкм, 12CO2, 13CO2и H2S - в диапазоне 1,60 мкм. Измерения проводятся в режиме реального времени.

В терапевтической клинике ГКБ №12 г. Москвы была проведена клиническая апробация диодно-лазерной спектрометрии для газоанализа, в ходе которых исследовалось содержание CH4, 13CO2, 12CO2 и H2S в выдыхаемом воздухе у практически здоровых лиц и у пациентов с различными заболеваниями при их удовлетворительном самочувствии. Исследование содержания этих биомаркеров проводились при различных физиологических состояниях человека: в покое, при дозированной физической нагруз-ке, психоэмоциональном стрессе и пищевой нагрузке. Одновременно фиксировались показатели пуль-соксиметрии (SpO2, ЧСС), АД, ЧДД, глюкоза крови. Воздействие нагрузочных факторов существенно изменяло содержание состава биомаркеров выдыхаемого воздуха (см. графики и таблицы). Наиболее существенно и закономерно на высоте нагрузки по отношению к исходным в покое изменялись параме-тры СО2, СН4, ЧСС, ЧД, SpO2, глюкоза крови. Исходное повышение содержания 12СО2 свидетельствует о скрытых или явных нарушениях газообменной функции легких или о снижении основного обмена. Это может быть косвенным маркером скрыто протекающих заболеваний органов дыхания, гипофунк-ции щитовидной железы и др. патологических процессов. При нагрузке при сравнении с покоем в выдыхаемом воздухе существенно снижается уровень СН4, который «сгорает» в результате ускорения метаболических реакций. Показатели 13СО2 четко коррелируют с функциональным состоянием желу-дочного пищеварения (реагируют на прием пищи, наличия функциональных нарушений желудочно-кишечного тракта), что подтверждается многочисленными клиническими исследованиями уреазных дыхательных тестов.

Основными выводами результатов предварительной клинической апробации газоанализа выдыхае-мого воздуха методом диодно-лазерной спектрометрии (ДЛС) являются: 1) Применяемый метод ДЛС соответствует требованиям, предъявляемым к скрининговым инновационным технологиям для выяв-ления скрыто протекающих патологических процессов и функциональных нарушений у человека. 2) Выявляемые отклонения параметров газообразных метаболитов выдыхаемого воздуха человека в ус-ловиях различных нагрузок позволяют обоснованно определить группы риска скрытых заболеваний и оценить степень функциональных нарушений. 3) Констуктивные усовершенствования газоаналитиче-ского ДЛС-устройства позволили упростить процедуру обследования пациентов, обеспечить его высо-кую мобильность и повысить безопасность его применения в массовых скрининговых медико-физио-логических исследованиях.

Масс-спектрометрический анализ медицинских объектов

Рассмотрены наиболее важные вопросы, относящиеся к анализу медицинских объектов (физиологиче-ские жидкости, ткани и другие биообразцы) методами масс-спектрометрии (МС) и хроматомасс-спектро-метрии (ХМС) - наиболее чувствительными и специфичными методами молекулярного анализа. Обсуж-даются «горячие» области МС/ХМС и их применение в (а) клинической диагностике и (б) фармакоки-нетике, а также (в) состояние и перспективы развития нескольких «-омик» - новых научных областей, в значительной мере основанных на применении МС. Сопоставлены достоинства и недостатки различных методов и вариантов МС и ХМС.

Охарактеризованы области клинической диагностики, в которых МС/ХМС играет значительную роль:

анализ выдыхаемого воздуха, идентификация микроорганизмов, скрининг новорожденных, эндокрино-логия, лекарственная терапия, маркерные пептиды и белки, масс-спектрометрическая визуализация.

Анализируются общие проблемы определения биомаркеров, переход от академических исследований к практической диагностике.

Рассмотрены варианты МС, применяемые в фармакокинетике, и ее место в ряду биомедицинских проблем. Сравнивается чувствительность и селективность МС высокого разрешения и тандемной МС.

Преимущества применения МС в фармакокинетике отмечены на примере определения препаратов бупре-норфина и налоксона в плазме крови пациентов методом ХМС.

Анализируется современное состояние «-омик», отмечены их реальные и потенциальные достижения.

Затронуты наиболее распространенные «-омики», в т.ч. те из них, в которых основную роль играет МС и ХМС: протеомика, метаболомика, липидомика и гликомика. Приведен обзор работ по липидомике, вы-полненных в лабораториях авторов и относящихся к липидам плазмы крови человека и легочному лаважу мышей.

Спектрофотометрическое определение борной кислоты в водах

Потребность в боре для народного хозяйства России непрерывно возрастает. Бор и его соединения используются, в частности, в сельском хозяйстве, бытовой химии, фармацевтике и др. Широкое использование бора ведёт к его накоплению в окружающей среде (ОС) и организмах, с другой - к недостатку его, например, в почвах.

Недостаточное содержание бора приводит к потере урожайности, при избытке же его в ОС возникает потенци-альная угроза для животных (ПДК бора в питьевой воде в странах ЕС 0,1 мг/л, в России - 0,5 мг/л, в пресных водоемах рыбохозяйственного значения - 0,017 мг/л; в пищевых продутах 0,5 мг/кг Требуется строгий контроль за содержанием бора в водах и почвах.Для определения бора в водах различной истории и целевого назначения на уровне ПДК необходимы достаточно чувствительные методики. Инструментальные методы требуют дорогостоящего оборудования, наличия высококвалифицированного персонала, дорогих расходных материалов. До сих пор основными остаются спектрофотометрические методы (СФМ) с применени6ем органических реагентов (ОР). Среди ОР для СФМ определения бора в форме H3BO3наиболее часто применяют азосоединение на основе АШ-кислоты бериллон III. Но для развития цветных реакций при 25єС необходимо не менее 12 - 18 час. К тому же, чувствительность и селективность известных методик определения Н3ВО3 не всегда достаточна. В настоящей работе экспрессность реакций повышена активацией H3BO3 в цветных реакциях с реагентом бериллон III введением в систему диольных соединений - сорбита или глицерина, чувствительность и селек-тивность - применением экстракционно-фотометрического варианта методики. В качестве маскирующей выбрали смесь 200 мг ЭДТА + 40 мг аскорбиновой кислоты на 25 мл конечного раствора.Новые методики позволяют определять Н3ВО3в диапазонах 0,008 - 0,8 мг/л (модифицированная СФМ в присутствии сорбита), 0,004 - 0,8 мг/л (экстракционно-спектрофотометрическая методика, ЭСМ). Селективность методик характеризовали «факторами селективности» - допустимом массовым отношением посторонний - ион, при котором неопределенность оределения < 10 %. Полученные значения ФС для предла-гаемых методик показаны в табл. 1.

Исследование антиоксидантной активности офтальмологических растворов потенциометрическим методомс использованием комплексов металлов

Свободнорадикальное повреждение клеток сопровождает большое количество заболеваний, в т.ч. заболевания глаз, среди которых особое значение уделяется катаракте. В хрусталике глаза, поврежденные свободными ра-дикалами белки, аминокислоты, нуклеиновые кислоты и углеводы образуют нерастворимые агрегаты большой молекулярной массы и размера, которые и являются причиной помутнения хрусталика. Одним из эффективных способов лечения и профилактики катаракты является использование офтальмологических растворов с антиоксидантным действием. В данной работе предложен потенциометрический метод исследования антиоксидантной активности (АОА) офтальмологических растворов, основанный на использовании окисленной формы металла в составе комплекс-ного соединения в качестве модели окислителя1. Измерение потенциала проводится после прохождения хими-ческой реакции между антиоксидантамиисследуемого образца и окислителем (Е1), и последующей добавки окислителя (Е2). Типичная кривая изменения потенциала от вре-мени приведена на рисунке 1.Предложенным методом были исследованы наиболее часто при-меняемые при лечении катарактыофтальмологические растворы: Офтан Катахром, Квинакс, Эмоксипин. АОА исследуемых препара-тов составила от 1,00·10-5 до 7,5?10-4М-экв.Достоверность получен-ных результатов была подтверждена спектрофотометрическим мето-дом на модели стабильного радикала ДФПГ. Коэффициент корреля-ции составил 0,94. Таким образом, предложенный метод может быть успешно использован для определения АОА офтальмологических растворов и других лекарственных препаратов.

Рисунок. Зависимость потенциала от времени при добавлении к окислите-лю исследуемого образца (Е1) и добавку окислителя (Е2).

Доступный способ определения связанных тиолов в плазме крови с использованием капиллярного электрофореза

Введение.Гомоцистеин (Гцис) является независимым фактором риска развития осложнений большого числа сердечно-сосудистых заболеваний. Для повышения его диагностической значимости в начале XXI в. Хортином и коллегами было предложено использовать соотношение содержания цистеина (Цис) к Гцис в плазме крови . К сожалению, эффективные биохимические подходы, основанные на применении хроматографических и электрофоретических методах, пока остаются малодоступными для кли-нической диагностики при решении данной задачи.

Цель исследования.Разработать доступный подход, позволяющий определять связанные формы Цис и Гцис, а также их соотношение с использованием системы КЭ, оснащенной диодно-матричным УФ-детектором.

Так как в крови большая часть Гцис (~80%) и около половины Цис находится в связанном с белками состоянии и емкость белков плазмы многократно превышает нормальную концентрацию Гцис в плазме (<10 мкМ), то свя-занные формы хорошо отражают их общее содержание .

Материал и методы исследования.Для анализа были использованы 19 образцов венозной крови доноров, собранных в пробирки с цитратом Na. После получения плазмы были выделены её белки ультрафильтраци-ей, связанные тиолы переведены в востановленную форму и модифицированы 1,1"-тиокарбонилдиимидазо-лом. Аналиты были очищены от белков также ультрафильтрацией. КЭ проводили в обращенном поле с рН-зависимым концентрированием аналитов в капилляре.

Полученные результаты, их обсуждение.Разработанный метод показал высокую чувствительность (ме-нее 1мкМ), воспроизводимость (<5%), линейность в диапазоне 0-500 мкМ Цис и 0-100 мкМ Гцис (r>0.995), правильность 94-108%. Время анализа составило 15 мин. Средние концентрации связанных Цис и Гцис в об-разцах составили 132 и 5.7±2.7 (1.9-13.3) мкМ соответственно. Среднее Цис/Гцис составляло 26±8, что близко к значениям, ранее полученным для соотношения общего Цис/Гцис . Соотношение Цис/Гцис отличалось в 1,5 раза меньшим разбросом, чем связанный Гцис. Выявлена тесная кор-реляция между Гцис и Гцис/Цис (r=0,86), но её не выявлено между Цис и Цис/Гцис (r=-0,41).

Выводы.Используя представленный подход можно проводить определение связанных форм Цис/Гцис. Это соотношение имеет довольно высокую степень корреляции с уровнем связанного Гцис и характеризуется мень-шей вариабельностью, что дает основания использовать его в качестве альтернативы определению общего Гцис.

Микрофокусная рентгенофлуоресцентная спектрометрия и ее применение для анализа биологических образцов

Рентгенофлуоресцентный метод анализа, особенно в его энергоди-сперсионном варианте (ЭДРФА), является одним из наиболее удобных и доступных неразрушающих методов анализа в том числе и биоло-гических образцов. К его достоинствам также относится возможность проведения одновременно многоэлементного качественного и количественного микроанализа в широком диапазоне концентраций от 10-4% (1 ppm) до 100 %. В большинстве случаев отсутствует подготовка пробы для анализа, что является важным, особенно при анализе медико-биологических материалов. Время проведения анализа составляет не более 5 мин.Были исследованы человеческие зубы и кости, образцы, полученные при операциях на живых органах и тканях (биоптаты слизистой оболочки желудка, сосуды, нервы, надпочечники и т.д.).Исследования проводили на рентгенофлуоресцентном микроана-лизаторе «МХ-10» (ООО «Институт физической оптики») с поликапиллярной оптикой Кумахова с фокальным зондом 26 мкм. Спектрометр является портативным, радиационно-безопасным и не требует контроля и учета со стороны СЭС (см. фото). Спектры получали на

рентгеновской трубке с Cu-анодом при высоком напряжении 20 и 30 кВ, токе накала 50-100 мкА. Время

набора одного спектра составляло 100 или 300 с. Использование эффективных фокусирующих рентгено-оптических систем позволяет проводить локальный анализ с построением карты распределения элемен-тов на поверхности. Появляется возможность исследования микрообъектов и микровключений в анализируемых образцах.

Получены распределения Si, P, S, Cl, K, Ca, Ti, V, Cr, Mn, Fe в различных местах живых тканей, волос,

зубов, сосудов. Показано, что содержание элементов значительно изменяется в местах с микровключениями по сравнению с теми местами где поверхность более-менее однородна. Таким образом, рентгенофлуоресцентный микроанализ может быть использован для решения многих проблем в медицине при изучении роли макро- и микроэлементов при различных заболеваниях, в ис-следовании биосубстратов при диагностике, изучении влияния загрязненности окружающей среды на здоровье человека, определении токсичных металлов в связи с профилактикой профессиональных за-болеваний и т.д.

Размещено на Allbest.ru

Подобные документы

Проблема загрязнения окружающей среды химическими веществами - продуктами техногенеза. Определение содержания кислоторастворимых форм металлов (свинец, медь, цинк, никель, железо) в пробах почв Тульской области методом атомно-абсорбционной спектроскопии.

курсовая работа , добавлен 23.08.2015


Хроматографический и оптический методы анализа. Определение состава смеси органических спиртов, содержания ионов металлов в растворе, содержания лактозы (сахарозы). Определение содержания карбоната и гидрокарбоната в смеси методом прямого титрования.

методичка , добавлен 13.11.2009


Хроматоргафический анализ - метод идентификации химических элементов и их соединений. Физико-химические методы. Классификация хроматографических методов. Краткие сведения о хроматографических методах анализа. Виды хроматографического анализа.

реферат , добавлен 01.06.2008


Спектрофотометрический и фотоколориметрический методы анализа пищевых продуктов, их сущностная характеристика. Закон светопоглощения. Приборы и оптимальные условия для фотометрии. Пример определения цветного числа масел и содержания диоксида серы.

презентация , добавлен 19.03.2015


Загрязнение пищевых продуктов тяжелыми металлами. Токсическое действие соединений мышьяка. Методы идентификации и количественного определения йода в продуктах, продовольственном сырье и биологически активных добавках. Определение кислотности молока.

курсовая работа , добавлен 04.01.2013


Понятие тяжелых металлов и агроландшафтов. Основные причины появления металлов в больших концентрация в почвах, в результате чего они становятся губительными для окружающей среды. Биогеохимические циклы тяжелых металлов: свинца, кадмия, цинка, никеля.

реферат , добавлен 15.03.2015


Тест-системы определения металлов в объектах окружающей среды. Перечень и характеристика химических реактивов, применяемых в исследованиях. Определение содержания ионов никеля колориметрическим методом в растворах заданной концентрации.

курсовая работа , добавлен 14.05.2007


Характеристика, классификация и химические основы тест-систем. Средства и приёмы анализа различных объектов окружающей среды с использованием тест-систем. Определение ионов кобальта колориметрическим методом из растворов, концентрации ионов меди.

дипломная работа , добавлен 30.05.2007


Методы определения металлов. Химико-спектральное определение тяжелых металлов в природных водах. Определение содержания металлов в сточных водах, предварительная обработка пробы при определении металлов. Методы определения сосуществующих форм металлов.

курсовая работа , добавлен 19.01.2014


Определение концентрации тяжелых металлов, фосфора и общего содержания восстановителей в водах и прибрежных растениях. Уровень загрязнения городского воздуха. Пробоотбор на сорбент с последующей термодесорбцией непосредственно в испарителе хроматографа.

Аналитическая химия и химический анализ

Химический анализ

Химическим анализом называют получение информации о составе и структуре веществ, независимо от того, каким именно способом получают такую информацию.

Некоторые способы (методы) анализа основаны на проведении химических реакций со специально добавляемыми реагентами, в других- химические реакции играют вспомогательную роль,третьи –вовсе не связаны с протеканием реакций. Но результатом анализа в любом случае является информация о химическом составе вещества, т. е. о природе и о количественном содержании входящих в него атомов и молекул. Это обстоятельство подчеркивают, используя прилагательное «химический» в словосочетании «химический анализ».

Значение анализа. С помощью химико-аналитических методов были открыты химические элементы, детально исследованысвойства элементов и их соединений, определен состав множества природных веществ. Многочисленные анализы позволили установить основные законы химии (закон постоянства состава, закон сохранения массы веществ, закон эквивалентов и др.), подтвердили атомно-молекулярное учение. Анализ стал средством научного исследования не только в химии, но и в геологии, в биологии, в медицине идругих науках. Значительную часть знаний о природе, которые накопилочеловечество со времен Бойля- оно получило именно путем химического анализа.

Возможности аналитиков резко возросли во второй половине XIX и особенно в XX веке, когда было создано множество физических методов анализа. Они позволяли решать такие задачи, которые не удавалось решить классическими методами. Ярким примером могут быть знания о составе Солнца и звезд, полученные еще в конце XIX века методом спектрального анализа. Столь же ярким примером на рубеже XX и XXI веков стала расшифровка строения одного из генов человека. В этом случае исходная информация была получена методом масс-спектрометрии.

Аналитическая химия как наука

Наука «аналитическая химия» сформировалась в XVIII – XIX веках. Существует множество определений («дефиниций») этой науки. Наиболее кратким и очевидным является следующее: “Аналитическая химия – наука обопределении химического состава веществ ” .

Можно дать более точное и развернутое определение:

Аналитическая химия - наука, развивающая общую методологию, методы и средства изучения химического состава (а также структуры) веществ и разрабатывающая способы анализа разных объектов.

Объект и направления исследований . Объектом исследования аналитиков-практиков являются конкретные химические вещества

Исследования в области аналитической химии в России преимущественно ведутсяв научно-исследовательских институтах и в университетах. Цели этих исследований:

• развитие теоретических основ различных методов анализа;
• создание новых методов и методик, разработка аналитических приборов и реагентов;
• решение конкретных аналитических проблем, имеющих большое экономическое или социальное значение. Примеры таких проблем: создание способов аналитического контроля для ядерной энергетики и для производства полупроводниковых приборов (эти задачи были успешно решены в 50-70-е годы ХХ века);разработка надежных способов оценки техногенного загрязнения окружающей среды (эта задача решается в настоящее время).

1.2.Видыанализа

Виды анализа весьма разнообразны. Их можно классифицировать разными способами: по характеру получаемой информации,по объектам анализа иобъектам определения, по требуемой точности и длительности единичного анализа, а также по другим признакам.

Классификацияпо характеру получаемой информации. Различаюткачественный и количественный анализ. В первом случае выясняют, из чего состоит данное вещество, какие именно составные части (компоненты ) входят в его состав. Во втором случае определяют количественное содержание компонентов, выражая его в виде массовой доли, концентрации, молярного соотношения компонентов и т.п.

Классификация по объектам анализа. Каждая область человеческой деятельности имеет традиционные объекты анализа . Так, в промышленности исследуют сырье, готовую продукцию, полупродукты, отходы производства. Объектами агрохимического анализа являются почвы, удобрения, корма, зерно и другая продукция сельского хозяйства. В медицине проводят клинический анализ, его объекты - кровь, моча, желудочный сок, различные ткани, выдыхаемый воздух и многое другое. Специалисты правоохранительных органов проводят криминалистический анализ (анализ типографской краски при выявлении подделок документов; анализ наркотиков; анализ осколков, найденных на месте дорожно-транспортного происшествия и т.п.). С учетом природы исследуемых объектов выделяют и другие виды анализа, например, анализ лекарственных препаратов (фармацевтический анализ), природных и сточных вод (гидрохимический анализ), анализ нефтепродуктов, стройматериалов и др.

Классификация по объектам определения. Не следует путать похожие термины -анализировать и определять. Это не синонимы! Так, если нас интересует, есть ли железо вкрови человека и каково его процентное содержание - то кровь является объектом анализа , а железо - объектом определения. Конечно, и железо может стать объектом анализа - если определять в куске железа примеси других элементов. Объектами определения называют те компоненты исследуемого материала, количественное содержание которых требуется установить. Объекты определения не менее разнообразны, чем объекты анализа. С учетом природы определяемого компонента выделяют разные виды анализа (табл.1.). Как видно из этой таблицы, сами объектыобнаружения или определения (их еще называют аналитами ) принадлежат к разным уровням структурирования материи (изотопы, атомы, ионы, молекулы, группы молекул родственной структуры, фазы).

Таблица 1.

Классификация видов анализа по объектам определения или обнаружения

В ходе элементного анализа идентифицируют или количественно определяют тот или иной элемент,независимо от его степени окисления или от вхождения в состав тех или иных молекул. Полный элементный состав исследуемого материала определяют в редких случаях. Обычно достаточно определить некоторые элементы, существенно влияющиена свойства исследуемого объекта.

Вещественный анализ стали выделять в самостоятельный вид недавно, раньше его рассматривали какчасть элементного. Цель вещественного анализа -раздельно определить содержание разных формодного и того же элемента. Например, содержание хрома (III ) и хрома (VI ) в сточной воде. В нефтепродуктах раздельно определяют «серу сульфатную», «серу свободную» и «серу сульфидную». Исследуя состав природных вод, выясняют, какая часть ртути существует в виде прочных комплексных и элементоорганических соединений, а какая - в виде свободных ионов. Эти задачи намного труднее, чем задачи элементного анализа.

Молекулярный анализ особенно важен при исследовании органических веществ и материалов биогенного происхождения.Примером может быть определение бензола в бензине или ацетона в выдыхаемом воздухе. В подобных случаях необходимо учитывать не только состав, но и структуру молекул. Ведь в исследуемом материале могут находитьсяизомеры и гомологи определяемого компонента. Так, содержание глюкозы обычно приходится определять в присутствииее изомеров и других родственных соединений, например сахарозы.

Классификацияпо точности, продолжительности и стоимости анализов. Упрощенный, быстрыйи дешевый вариант анализа называют экспресс-анализом . Здесь часто применяют тест-методы . Например, любой человек(не аналитик) может оценить содержание нитратов в овощах (сахара в моче, тяжелых металлов в питьевой воде и т.п.), воспользовавшись специальным тест-средством -индикаторной бумагой. Содержание искомого компонента определяется с помощью прилагаемой к бумаге шкалы окрасок. Результат будет виден «невообруженным глазом» и понятен неспециалисту. Тест-методы не требуют доставки пробы в лабораторию, какой-либо обработки исследуемого материала; в этих методах не применяется дорогостоящее оборудование, не проводятся расчеты. Важно лишь, чтобы результат тест-метода не зависел от присутствия в исследуемом материале других компонентов, а для этого надо, чтобы реактивы, которыми пропитывают бумагу при ее изготовлении, были бы специфическими. Обеспечить специфичность тест-методов очень трудно, и широко распространенным этот вид анализа стал лишь в последние годы ХХ века. Конечно, тест-методы не могут обеспечить высокой точности анализа, но она требуется далеко не всегда.

Прямая противоположность экспресс-анализу - арбитражный анализ. Основное требование к нему - обеспечить как можно большую точность результатов. Арбитражные анализы проводят редко (например, для разрешения конфликта между изготовителем и потребителем некоторой продукции). Для выполнения таких анализов привлекают наиболее квалифицированных исполнителей, применяют самые надежные и многократно проверенные методики. Время выполнения и стоимость такого анализа не имеют принципиального значения.

Промежуточное место между экспрессным и арбитражным анализом по точности, длительности, стоимости идругимпоказателям занимают рутинные анализы . Основная часть анализов, выполняемых в заводских и других контрольно-аналитических лабораториях, относится именно к этому типу.

1.3.Методы анализа

Классификация методов . Понятие «метод анализа» используют, когда хотят выявить суть того или иного анализа, его основной принцип. Методом анализа называют достаточно универсальный и теоретически обоснованный способ проведения анализа, принципиально отличающийся от других способов по своему назначению и основному принципу, безотносительно к тому, какой компонент определяют и что именно анализируют.Один и тот же метод можно использовать для анализа разных объектов и для определения разных аналитов .

Существуют три основных группы методов (рис.1). Одни из них нацелены преимущественно на разделение компонентов исследуемой смеси (последующий анализ без этой операции оказывается неточным или вообще невозможным). В ходе разделения обычно происходит и концентрирование определяемых компонентов (см. главу 8). Примером могут быть методы экстрагирования или методы ионного обмена. Другие методы применяютв ходе качественного анализа, они служат для достоверного опознания (идентификации) интересующих нас компонентов. Третьи, наиболее многочисленные, предназначены дляколичественного определения компонентов. Соответствующие группы называют методами разделения и концентрирования, методами идентификациии методами определения. Методы двух первых групп, как правило, играют вспомогательную роль.Наибольшее значение для практики имеют методы определения .