Измерение аналитического сигнала в биологических методах. - Предмет аналитической химии

Биологические методы анализа-методы качественного обнаружения и количественного определения органических и неорганических соединений, основанные на применении живых организмов в качестве аналитических индикаторов. Для жизнедеятельности, роста, размножения, функционирования живых существ необходима среда строго определенного химического состава. При изменении этого состава, например при исключении из питательной среды какого-либо компонента или при введении дополнительного(определяемого) соединения, организм через какое-то время, иногда практически сразу падает соответствующий ответный сигнал. Установление связи характера или интенсивности ответного сигнала организма (называемого индикаторным) с количеством введенного в среду или исключенного из среды компонента служит для его обнаружения или определения. Ответный сигнал индикаторного организма на нарушение химического состава среды может быть самым разнообразным: изменение характера поведения, интенсивности роста, скорости метаморфоза, состава крови, биоэлектрической активности органов и тканей, нарушение функций органов пишеварения, размножения, дыхания, патологоанатомического изменения организма, летальный исход. Например, при применении микроорганизмов в качестве аналитических индикаторов исследуемый компонент можно определять по характеру и интенсивности пигментации и люминесценции (для фотобактерий), динамике накопления биомассы, диаметру зоны угнетения роста микробов, изменению электропроводности растворов рН, по качественному составу и интенсивности газообмена и другие. Все изменения оценивают визуально или измеряют с помощью приборов, например спектрофотометров, аналитических весов, потенциометров. Для обработки сигналов индикаторного организма применяют вычислительную технику. Диапазон определяемых содержаний веществ, как и предел обнаружения, зависит от ряда факторов: направленности и продолжительности воздействия химических соединений на организм, температуры и рН среды, уровня организации биологического объекта, его индивидуальных, возрастных половых особенностей и другие. Предел обнаружения понижается с увеличением продолжительности наблюдения за индикаторным организмом и повышением температуры (до температуры свертывания белка). Эксперимент может продолжаться до 40-50 суток. Предел обнаружения CMin Можно оценить по уравнению:

CMinФ=к

Ф-интервал времени с момента начала воздействия до появления аналитического сигнала, n и к-эмпирические константы, зависящие от биологической активности организма и определяемого вещества в растворе. Значения n и к неодинаковы для разных видов организмов и могут характеризовать избирательность биологических методов анализа. Иногда, даже при учете ряда переменных факторов, влияющих на предел обнаружения, ответная реакция организма на одно и то же количество определяемого вещества не воспроизводится. Эти отклонения трудно объяснимы и описываются законами математической статистики. Аналитическими индикаторами в биологических методах являются микроорганизмы (бактерии, дрожжи, плесневые грибы), водоросли и высшие растения, водные беспозвоночные и зпозвоночные животные (простейшие, ракообразные, моллюски, личинки комаров, олигохеты (малощетинковые черви), пиявки, рыбы и другие), насекомые, черви, а также ткани, различные органы и системы (нервная, кровеносная, половая и другие) теплокровных.

Все вещества по отношению к живым организмам можно условно разделить на:

    1) жизненно необходимые 2) токсичные 3) физиологически неактивные

Очевидно, только в двух первых случаях можно ожидать сравнительно быструю ответную реакцию организма (аналитический сигнал). Физиологически неактивные вещества могут дать отдаленный результат, или их можно перевести в активное состояние в результате реакций взаимодейтвия с ингибиторами, либо стимуляторами процессов жизнедеятельности организмов. Выбор способа регистрации ответного сигнала на заключительной стадии выполнения анализа зависит как от целей анализа, так и от механизма и степени взаимодействия определяемого вещества и индикаторного организма. Чем сложнее организм, тем большее число его жизненных функций можно использовать в качестве аналитических индикаторов, тем выше информативность биологических методов анализа. Ответный сигнал индикатороного организма на одно и то же вещество зависит от концентрации последнего: малые концентрации обычно стимулируют процессы жизнедеятельности организма, высокие угнетают. Существенное повышение концетрации биологически активного вещества приводит к летальному исходу.

По чувствительности биологические методы анализа превосходят химические методы, сопоставимы, как правило, с традиционными физическими методами анализа, уступая таким современным спектроскопическим методам, как атомная адсорбция с термической атомизацией, атомная эмиссия с возбуждением в высокочастотной плазме, методу инверсионной вольтамперометрии и некоторым другим. Важным преимуществом биологических методов является их простота, отсутствие дорогостоящего и сложного оборудования, необходимого для выше указанных методов. Избирательность этих методов, которая не всегда достаточно высока, может быть повышена обычными способами: разделением, маскированием, изменением параметров среды (температура, pH).Биологические методы часто не являются экспрессными, но их достоинства заключаются в том, что они не требуют специальной пробоподготовки и выделения определяемого соединения, позволяют проводить анализ вод, почв в экспедиционных условиях непосредственно на месте отбора проб. С их помощью возможно значительно упростить анализ самых разных, в частности природных объектов, оценивая на первой его стадии степень общего загрязнения и общей токсичности объекта для живого организма и целесообразность его дальнейшего детального анализа другими более сложными и дорогостоящими методами.

Следует отметить, что в последнее время все большее внимание ученых привлекают растительные индикаторы. Так, например по скорости роста, увеличению массы, разветвленности корней растений можно оценить содержание в почве тяжелых металлов (Pb, Cd).Рассмотрим применение индикаторных организмов в анализе.

Похожие статьи




Измерение аналитического сигнала в биологических методах. - Предмет аналитической химии

Предыдущая | Следующая