Как методы химического анализа применяется археологами

Билет 2. Методы археологического исследования.

Три этапа работы археолога:

Полевой. Этот этап включает разведки (обследование территории, поиски археологических памятников, их первичный осмотр, паспортизация, фиксация на карте). Затем производятся раскопки (только с разрешением – открытым листом).

Камерально-лабораторный. Основная задача – извлечь в ходе исследований как можно более полную информацию из представленных предметов.

Кабинетный. Подготовка материалов к публикации, написание статей и монографий, приход к выводам.

Методы археологического исследования:

Сравнительно-типологический метод. Метод предназначен для организации археологического материала. Он основан на классификации по материалу, способу обработки, форме, орнаменту, а также на выделении и исследовании типов древних вещей. В результате этого выделяется археологическая культура. На основе типологии может прослеживаться эволюция ископаемых предметов во времени и в пространстве. Археологическая культура — совокупность материальных памятников, которые относятся к одной территории и эпохе и имеют общие черты. Основные принципы этого метода были изложены в работах Оскара Монтелиуса и Ханса Хильдебранда, Питта-Риверса и Городцова.

Трасология. Это анализ следов человеческой деятельности, оставшихся на поверхности древних орудиях труда и на объектах, подверженных обработке этими орудиями. Цель – определение функций орудий и характеристика хозяйственных систем.

Металлография или структурный анализ. Он позволяет выявить технологические приемы изготовления металлических изделий. Основа анализа – исследование шлифа под микроскопом.

Спектральный анализ в археологии применяется для выявления химического состава меди и её сплавов, и других металлов.

Петрографический метод. Он определяет породы камня, а так же анализирует силикаты. Он позволяет выявить особенности месторождений и их локализацию. Определяется и характер глины и её примеси. Это позволяет выявить технологию керамического производства, центры производства керамики.

Спорово-пыльцевой анализ. Метод позволяет определить характер растительности того или иного периода, динамику её изменения.

Методы датирования источников:

Стратиграфический метод состоит в выявлении культурных отложений, порядке их чередования и в установлении хронологического соотношения между этими слоями. Данный метод основан на наблюдении за расположением слоев.

Метод перекрестной датировки – это обоснование одновременности двух культурных групп или археологических культур.

Датировка по письменным источникам состоит в привлечении письменных данных, имеющих точную хронологическую привязку. Этот метод применяется редко в связи со скудностью источников.

Дендрохронология — основана на исследовании годичных колец древесины. Используется для датирования деревянных предметов и фрагментов древесных стволов. Все годичные кольца одного дерева разнятся своей толщиной, в зависимости от климата. Существует шкала до 6000 тыс. до н. э. Метод основан на дендрохронологической шкале. Ограничения метода: датировка используется в Северном полушарии, умеренного климата. Абсолютную хронологию можно определить при знании абсолютной даты хотя бы одного кольца.

Метод ленточных глин. Метод основан на том же принципе, что и дендрохронологический, поскольку каждому году соответствует отложение на дне озер. Ограничения – им датируются только изменения в ледниках, на краю которых образовались водоемы.

Радиоуглеродный, или радиокарбонный метод, метод – осуществляет исследование путём измерения содержания в материале радиоактивного изотопа 14 C по отношению к стабильным изотопам углерода (С-12 и С-13). Метод определяет пропорцию этого изотопа. Предложен У. Либби в 1946.Однако метод в последнее время подвергся серьезной корректировке, поскольку исследования показали, что концентрация С-14 не является неизменными.

Калий-аргоновой метод основан на определении соотношения радиоактивного изотопа калий -40 и изотопа аргона-40 в вулканических минералах. Первый элемент, содержащийся в земной коре, превращается во второй с очень малой скоростью полураспада в 1,3 млн. лет. Этот метод эффективен для датирования памятников начала каменного века.

Палеомагнитный метод — метод датирования горных пород и глины с помощью выявления остаточной намагниченности.

Термолюминесцентный метод — физический метод датирования объектов минерального происхождения (например, глина) путём измерения энергии, излученной в результате нагрева образца (термолюминесценции).

На основе этого выделяется относительная и абсолютная хронологии. Затем, определяется принадлежность данного предмета материальной культуры к археологической культуре, виды деятельности древнего общества, и даже его социальные отношения.

Относительная хронология – устанавливает последовательность тех или иных событий.

Абсолютная хронология – устанавливает конкретную дату создания того или иного археологического памятника.

источник

Билет 2. Методы археологического исследования.

Три этапа работы археолога:

Полевой. Этот этап включает разведки (обследование территории, поиски археологических памятников, их первичный осмотр, паспортизация, фиксация на карте). Затем производятся раскопки (только с разрешением – открытым листом).

Камерально-лабораторный. Основная задача – извлечь в ходе исследований как можно более полную информацию из представленных предметов.

Кабинетный. Подготовка материалов к публикации, написание статей и монографий, приход к выводам.

Методы археологического исследования:

Сравнительно-типологический метод. Метод предназначен для организации археологического материала. Он основан на классификации по материалу, способу обработки, форме, орнаменту, а также на выделении и исследовании типов древних вещей. В результате этого выделяется археологическая культура. На основе типологии может прослеживаться эволюция ископаемых предметов во времени и в пространстве. Археологическая культура — совокупность материальных памятников, которые относятся к одной территории и эпохе и имеют общие черты. Основные принципы этого метода были изложены в работах Оскара Монтелиуса и Ханса Хильдебранда, Питта-Риверса и Городцова.

Трасология. Это анализ следов человеческой деятельности, оставшихся на поверхности древних орудиях труда и на объектах, подверженных обработке этими орудиями. Цель – определение функций орудий и характеристика хозяйственных систем.

Металлография или структурный анализ. Он позволяет выявить технологические приемы изготовления металлических изделий. Основа анализа – исследование шлифа под микроскопом.

Спектральный анализ в археологии применяется для выявления химического состава меди и её сплавов, и других металлов.

Петрографический метод. Он определяет породы камня, а так же анализирует силикаты. Он позволяет выявить особенности месторождений и их локализацию. Определяется и характер глины и её примеси. Это позволяет выявить технологию керамического производства, центры производства керамики.

Спорово-пыльцевой анализ. Метод позволяет определить характер растительности того или иного периода, динамику её изменения.

Методы датирования источников:

Стратиграфический метод состоит в выявлении культурных отложений, порядке их чередования и в установлении хронологического соотношения между этими слоями. Данный метод основан на наблюдении за расположением слоев.

Метод перекрестной датировки – это обоснование одновременности двух культурных групп или археологических культур.

Датировка по письменным источникам состоит в привлечении письменных данных, имеющих точную хронологическую привязку. Этот метод применяется редко в связи со скудностью источников.

Дендрохронология — основана на исследовании годичных колец древесины. Используется для датирования деревянных предметов и фрагментов древесных стволов. Все годичные кольца одного дерева разнятся своей толщиной, в зависимости от климата. Существует шкала до 6000 тыс. до н. э. Метод основан на дендрохронологической шкале. Ограничения метода: датировка используется в Северном полушарии, умеренного климата. Абсолютную хронологию можно определить при знании абсолютной даты хотя бы одного кольца.

Метод ленточных глин. Метод основан на том же принципе, что и дендрохронологический, поскольку каждому году соответствует отложение на дне озер. Ограничения – им датируются только изменения в ледниках, на краю которых образовались водоемы.

Радиоуглеродный, или радиокарбонный метод, метод – осуществляет исследование путём измерения содержания в материале радиоактивного изотопа 14 C по отношению к стабильным изотопам углерода (С-12 и С-13). Метод определяет пропорцию этого изотопа. Предложен У. Либби в 1946.Однако метод в последнее время подвергся серьезной корректировке, поскольку исследования показали, что концентрация С-14 не является неизменными.

Калий-аргоновой метод основан на определении соотношения радиоактивного изотопа калий -40 и изотопа аргона-40 в вулканических минералах. Первый элемент, содержащийся в земной коре, превращается во второй с очень малой скоростью полураспада в 1,3 млн. лет. Этот метод эффективен для датирования памятников начала каменного века.

Палеомагнитный метод — метод датирования горных пород и глины с помощью выявления остаточной намагниченности.

Термолюминесцентный метод — физический метод датирования объектов минерального происхождения (например, глина) путём измерения энергии, излученной в результате нагрева образца (термолюминесценции).

На основе этого выделяется относительная и абсолютная хронологии. Затем, определяется принадлежность данного предмета материальной культуры к археологической культуре, виды деятельности древнего общества, и даже его социальные отношения.

Относительная хронология – устанавливает последовательность тех или иных событий.

Абсолютная хронология – устанавливает конкретную дату создания того или иного археологического памятника.

источник

Рассмотрены современные методы физико-химических исследований, которые могут использоваться при анализе археологических объектов, в частности находок из металла. Особое внимание уделено спектроскопическим методам, имеющим наибольшее практическое значение. Представлены результаты рентгенофлюоресцентного анализа древнего железа и бронзы на портативном спектрометре. Полученные результаты сопоставлены с показаниями стационарного лабораторного спектрометра на примере ряда принципиально различных археологических объектов. Обоснована необходимость использования новейшего оборудования и современных методов анализа в археологических исследованиях.

Ключевые слова: археологический металл, спектрометрия, неразрушающиеметоды, рентгенофлюоресцентный анализ.

Application of physicochemical methods of analysis in the study of archaeological objects.

O.N. TSYBULSKAYA, I.Yu.BURAVLEV, A.A.YUDAKOV (Institute of Chemistry, FEB RAS, Vladivostok), Yu.G.NTKITIN (Institute of History’, Archaeology and Ethnography of the Peoples of the Far East, FEB RAS, Vladivostok).

Modern methods of physicochemical investigation, which can be applied in the analysis of archaeological sites, and particularly for metal findings, are considered in the paper. Particular attention is paid to spectroscopic methods, which are the most important practically. Results of X-ray fluorescence analysis of ancient bronze and iron using a portable spectrometer are presented. The obtained results are comparable with those from a stationary laboratory spectrometer, which is revealed on the basis of a series of fundamentally different archaeological sites. The necessity of application of the latest equipment and modern analytical methods in archaeological research is grounded.

Key words: archaeological metal, spectrometry, non-destructive methods, X-ray analysis.

Анализ древних изделий из металла затруднен из-за того, что историческая находка может являться ценным экспонатом, который нельзя исследовать разрушающими методами. При внешнем осмотре не всегда можно даже приблизительно определить тип металла и сплава, из которого сделана археологическая находка, кроме того, толщина слоя продуктов коррозии часто не позволяет оценить степень сохранности изделия и наличие в нем металлического керна. При этом необходимо учитывать, что древние металлические изделия зачастую имели несовершенную технологию изготовления, поэтому они являются негомогенными и часто многокомпонентными объектами, содержащими примеси. Входящие в их состав случайные элементы могут значительно влиять друг на друга. Важнейшая задача при изучении археологического металла и разработке технологии его консервации — определение состава металлического объекта.

При изучении древних изделий из металла в первую очередь необходимо определить наиболее приемлемый метод отбора пробы, чтобы максимально сохранить исторический объект. Более перспективен неразрушающий метод. Предварительные сведения о составе объекта исследования дает полный или частичный качественный анализ. Главные, побочные и примесные элементы в образце определяются при помощи полуколичественного анализа, но его недостаточно для получения информации о количестве примесей в тысячных долях процента и выше — необходим точный анализ. В некоторых случаях требуются сведения о распределении элементов по площади или глубине образца.

Если объект исследования является гетерогенной системой, возможно проведение качественного фазового анализа, при помощи которого, например, определяют состав неметаллических включений в металле. Этот метод требует разделения фаз и разрушения образца.

Спектроскопические методы основаны на способности атомов и молекул вещества испускать, поглощать или рассеивать электромагнитное излучение. При анализе металлов и сплавов чаще применяются методы атомной спектроскопии, позволяющие регистрировать электромагнитные или электронные спектры, линейчатая структура которых дает информацию для качественного и количественного анализов. Методы атомной спектроскопии делятся на оптические и рентгеновские. К оптическим относятся атомно-абсорбционная спектроскопия (ААС) и атомно-эмиссионная спектроскопия (АЭС), основанные на преобразовании анализируемых проб до состояния отдельных свободных атомов, концентрации которых затем замеряют спектроскопически. К рентгеновским методам относят рентгенофлюоресцентный анализ (РФА), не связанный с атомизацией пробы.

Метод ААС основан на поглощении излучения оптического диапазона невозбужденными атомами. Он применяется для массовых, быстрых и точных определений содержаний преимущественно металлов, однако это одноэлементный метод анализа, не позволяющий одновременно измерять аналитические сигналы двух элементов, так как для многоэлементного анализа для каждого элемента нужен свой источник излучения. Серьезным недостатком этого метода является необходимость растворения образца.

Для одновременного определения нескольких элементов наилучшим является метод АЭС, который основан на термическом возбуждении свободных атомов и регистрации оптического спектра испускания возбужденных атомов. Использование различных источников атомизации позволяет определять как основные, так и примесные компоненты пробы. Этот метод не требует специальной пробоподготовки, но является разрушающим. Кроме того, зарегистрированные спектры достаточно сложны, что делает их анализ трудоемким.

РФА относится к физическим неразрушающим методам анализа. Он основан на явлении флюоресценции, которое заключается в способности перехода атомов вещества в нестабильное состояние в результате воздействия возбуждающего первичного излучения рентгеновской трубки. При облучении образца мощным потоком излучения возникает характерное флюоресцентное излучение атомов, пропорциональное их концентрации в образце. Излучение разлагается в спектр при помощи кристалл-анализаторов, затем с помощью детекторов и счетной электроники измеряется его интенсивность. Зарегистрированный спектр представляет собой распределение интенсивности рентгеновского излучения по длинам волн. Математическая обработка спектра позволяет проводить количественный и качественный анализы, определять элементы, входящие в пробу, по излучению в спектре образца, а также концентрацию этого элемента в образце. Благодаря простоте, возможности экспресс-анализа, точности, отсутствию сложной пробоподготовки РФА широко используется как в промышленности, так и в научных лабораториях для анализа металлов, сплавов, горных пород, почв.

Первичный полуколичественный элементный анализ дает возможность определить экспресс-методом примерную концентрацию всех элементов в образце. Этот метод уместен при необходимости быстрого проведения анализа, классификации образцов по составу, определения направлений дальнейших исследований археологических изделий из металла. Подготовка проб для всех видов полуколичественного РФА не представляет сложности, при анализе металлических образцов желательна только шлифовка поверхности для удаления поверхностных наслоений. Возможна обработка растворами HCl, дистиллированной водой, спиртом с дальнейшей сушкой образцов. Также анализ может проводиться без подготовки.

Сочетание неразрушающего РФА с другими современными методами анализа (химическим, рентгеноструктурным и т.д.), а также использование методов металлографических исследований позволяет успешно изучать найденные при археологических раскопках металлические предметы.

Для проверки возможностей портативных рентгенофлюоресцентных спектрометров проведены исследования археологического металла с использованием прибора NITON XLt 898 (фирма ThermoNiton, специализирующаяся на выпуске оборудования для физико-химического анализа, США), который представляет собой портативный экспресс-анализатор с возможностями лабораторного XRF -спектрометра с применением технологии миниатюрной рентгеновской трубки и твердотельного детектора (рис. 1). Спектрометр данной модели позволяет осуществлять многоэлементный анализ, обеспечивая надежность и точность получаемых результатов. Портативность и небольшой вес дают возможность использовать его в полевых условиях в археологической экспедиции. Возможно применение спектрометров аналогичных моделей для экспертизы предметов древности и произведений искусства, оценки их подлинности и возраста, что наиболее актуально, когда транспортировка особо ценных или крупногабаритных экспонатов нежелательна или невозможна.

Нами проанализированы металлические образцы, предоставленные музеем археологии и этнографии ИИАЭ ДВО РАН, для дальнейшей разработки технологии консервации аналогичных по своему происхождению и типу музейных объектов. Изучались железные ломаные предметы из раскопок различных археологических памятников в Приморском крае. Для определения содержания легких элементов (Al, Mg, Si, P ) использовалась продувка гелием. Технология РФА с помощью данного спектрометра не накладывала ограничений на форму и размер анализируемого образца. Так как поверхность всех предметов была покрыта наслоениями, для получения более точных результатов поверхность в местах снятия замеров зашлифовывалась. Замеры проводились на каждом образце в нескольких точках в зависимости от формы, размера образца, состояния его поверхности (табл. 1).

Рис. 1. Рентгенофлюоресцентный спектрометр NITON XLt 898

Таблица 1. Содержание некоторых химических элементов в железных предметах различных археологических памятников

Все проанализированные образцы достаточно однородны по содержанию железа (95,30—99,41%). Технически правильно отнести их к сплавам железа с углеродом, т.е. к чугунам и сталям.

Некоторые образцы содержали в небольших количествах Си в растворенном состоянии, Sn, Mn. Наличие в пробах Si и Р — обычных примесей в сплавах — обусловлено тем, что они находятся в исходной руде или топливе и затем переходят в чугун и сталь.

Как известно, техника обработки металлов достигла удивительно высокого для того времени уровня 1 . Так, чжурчжэньские металлурги могли осуществлять твердую цементацию, в качестве карбюризатора использовали древесный уголь. Однако маловероятно, что добавки кремния они использовали для улучшения качества металла, а тем более знали способы раскисления стали, поэтому повышенное содержание кремния в отдельных образцах, особенно из раскопок Екатериновского городища, скорее всего, определяется составом используемой руды.

Следует отметить, что именно в образцах Екатериновского городища содержание фосфора, который даже в десятых и сотых долях процента делает сталь более хрупкой, было минимальным. Высокое содержание фосфора в изделиях Шайгинского городища объясняется тем, что для получения железа использовался бурый железняк из близлежащих месторождений 2 , а известно, что эти руды значительно загрязнены фосфором, который при плавке переходит в металл.

Бронзовые предметы XII — XIII вв. из раскопок Ананьевского городища в Приморском крае представляли собой детали поясного набора. Все изделия покрыты равномерным слоем продуктов коррозии, цвет которого зависит от состава медного сплава, на некоторых образцах видно начавшееся образование слоя солей меди. Так как уникальная коллекция имеет историческую ценность и нельзя было разрушать равномерный слой патины, защищающей медный сплав, спектральный анализ проводился без подготовки поверхности изделия, замеры снимались с лицевой и тыльной стороны каждого образца (табл. 2).

Таблица 2. Состав бронзовых изделий (обоймиц поясных) Ананьевского городища по результатам рентгенофлюоресцентного анализа, %

источник

Вопрос: Как применяют методы химического анализа в своей работе криминалисты, археологи, медики и искусствоведы

Как применяют методы химического анализа в своей работе криминалисты, археологи, медики и искусствоведы

Криминалисты определяют состав веществ, причины смерти и личность человека. Археологи определяют возраст и состав артефактов при раскопках. Медики определяют химический состав крови или мочи, и таким образом проводят диагностику заболеваний человека. Искусствоведы определяют возраст предметов старины и устанавливают их подлинность. ­­­­ С помощью химического анализа криминалисты могут по пятнам определить качественный состав жидкости, которая оставила это пятно. Например, была ли эта жидкость кровью или вином и т.д. По следам и остаткам грунта могут определить где по какой почве проходил человек или проезжала машина и зная составы окрестных грунтов определить в каких местах проходил человек или проезжала машина. С помощью химического анализаархеологи могут определять, как жили, из чего строили, что носили люди в данную эпоху, по остаткам пиши оставленной в черепках и сосудах могут определять, чем питались люди. С помощью химического анализакачественного и количественного в, медицине, сравнивая с нормой анализы крови, мочи и др. жидких сред организма человека, можно поставить диагноз и проводить курс лечение под контролем, отслеживая динамику изменения анализов, наблюдать успешность или не успешность данного курса лечения и при необходимости корректировать курс лечения. Старые мастера сами готовили краски, лаки. Зная, какие составы готовил конкретный мастер, искусствоведы с помощью химического анализа, могут с большой долей уверенностью утверждать – авторство художественного произведения. Реставраторы так же пользуются химическим анализом и открывают секреты древних мастеров.’ Как применяют методы химического анализа в своей работе криминалисты, археологи, медики и искусствоведы? Подготовьте сообщение об этом, используя дополнительную литературу. Криминалисты определяют состав веществ, причины смерти и личность человека. Археологи определяют возраст и состав артефактов при раскопках. Медики определяют химический состав крови или мочи, и таким образом проводят диагностику заболеваний человека. Искусствоведы определяют возраст предметов старины и устанавливают их подлинность. ­­­­ С помощью химического анализа криминалисты могут по пятнам определить качественный состав жидкости, которая оставила это пятно. Например, была ли эта жидкость кровью или вином и т.д. По следам и остаткам грунта могут определить где по какой почве проходил человек или проезжала машина и зная составы окрестных грунтов определить в каких местах проходил человек или проезжала машина. С помощью химического анализаархеологи могут определять, как жили, из чего строили, что носили люди в данную эпоху, по остаткам пиши оставленной в черепках и сосудах могут определять, чем питались люди. С помощью химического анализакачественного и количественного в, медицине, сравнивая с нормой анализы крови, мочи и др. жидких сред организма человека, можно поставить диагноз и проводить курс лечение под контролем, отслеживая динамику изменения анализов, наблюдать успешность или не успешность данного курса лечения и при необходимости корректировать курс лечения. Старые мастера сами готовили краски, лаки. Зная, какие составы готовил конкретный мастер, искусствоведы с помощью химического анализа, могут с большой долей уверенностью утверждать – авторство художественного произведения. Реставраторы так же пользуются химическим анализом и открывают секреты древних мастеров.’

источник

Здоровая спина. Ортопедические изделия

Медицина, здоровье: Физико-химических методы анализа лекарственный средств, Реферат. Вопрос: Как применяют методы химического анализа в своей работе криминалисты, археологи, медики и искусствоведы Законы поглощения излучения

Аналитическая химия. Задачи и этапы химического ана­лиза. Аналитический сигнал. Классификации методов анали­ за. Идентификация веществ. Дробный анализ. Системати­ческий анализ.

Основные задачи аналитической химии

Одной из задач при проведении природоохранных меро­приятий является познание закономерностей причинно-след­ственных связей между различными видами человеческой деятельности и изменениями, происходящими в природной среде. Анализ — это главное средство контроля за загрязнен­ностью окружающей среды. Научной основой химического ана­лиза является аналитическая химия. Аналитическая химия — наука о методах и средствах определения химического состава веществ и материалов. Метод — это достаточно универсаль­ный и теоретически обоснованный способ определения состава.

Основные требования к методам и методикам аналити­ческой химии:

1) правильность и хорошая воспроизводимость;

2) низкий предел обнаружения — это наименьшее содержа­ние, при котором по данной методике можно обнаружить присутствие определяемого компонента с заданной дове­рительной вероятностью;

3) избирательность (селективность) — характеризует ме­шающее влияние различных факторов;

4) диапазон измеряемых содержаний (концентраций) с по­мощью данного метода по данной методике;

6) простота в анализе, возможность автоматизации, экономичность определения.

Химический анализ — это сложный многостадийный про цесс, представляющий собой совокупность готовых приемов и соответствующих служб.

1. Идентификация объекта, т.е. установление природы объекта (проверка присутствия тех или иных основных компонентов, примесей).

2. Количественное определение содержания того или иногокомпонента в анализируемом объекте.

Этапы анализа любого объекта

1. Постановка задачи и выбор метода и схемы анализа.

2. Отбор проб (грамотный отбор части пробы позволяет сделать правильный вывод о составе всей пробы). Проба — эточасть анализируемого материала, представительно отра жающая его химический состав. В отдельных случаях в качестве пробы используют весь аналитический материал. Время хранения отобранных проб должно быть минималь ным. Условия и способы хранения должны исключать не контролируемые потери легколетучих соединений и любые другие физические и химические изменения в составе анализируемого образца.

3. Подготовка проб к анализу: переведение пробы в нужное состояние (раствор, пар); разделение компонентов или от­деление мешающих; концентрирование компонентов;

4. Получение аналитического сигнала. Аналитический сиг­нал — это изменение любого физического или физико-химического свойства определяемого компонента, функци­онально связанное с его содержанием (формула, таблица, график).

5. Обработка аналитического сигнала, т.е. разделение сигнала и шумов. Шумы — побочные сигналы, возникающие в из­мерительных приборах, усилителях и других аппаратах.

6. Применение результатов анализа. В зависимости от свой­ства вещества, положенного в основу определения, методы анализа подразделяются:

На химические методы анализа, основанные на хими­ческой аналитической реакции, которая сопровожда­ется ярко выраженным эффектом. К ним относятся гравиметрический и титриметрический методы;

— физико-химические методы, основанные на измере­нии каких-либо физических параметров химической системы, зависящих от природы компонентов системы и изменяющихся в процессе химической реакции (на­пример, фотометрия основана на изменении оптиче­ской плотности раствора в результате реакции);

— физические методы анализа, не связанные с исполь­зованием химических реакций. Состав веществ уста­навливается по измерению характерных физических свойств объекта (например, плотность, вязкость).

В зависимости от измеряемой величины все методы делятся на следующие виды.

Методы измерения физических величин

Измеряемая физическая величина

Равновесный потенциал электрода

Поляризационное сопротивление электрода

Эмиссионный спектральный анализ

Идентификация веществ основывается на методах качественного распознавания элементарных объектов (атомом, молекул, ионов и др.), из которых состоят вещества и материалы.

Очень часто анализируемую пробу вещества переводят в форму, удобную для анализа, путем растворения в подходящем растворителе (обычно это вода или водные растворы кислот) или сплавления с каким-либо химическим соединением с последующим растворением.

Химические методы качественного анализа основаны на использовании реакций идентифицируемых ионов с опреде­ленными веществами — аналитическими реагентами. Такие реакции должны сопровождаться выпадением или растворением осадка; возникновением, изменением или исчезновением окраски раствора; выделением газа с характерным запахом; образованием кристаллов определенной формы.

Реакции, протекающие в растворах, по способу выполнения классифицируются на пробирочные, микрокристаллоскопичсеские и капельные. Микрокристаллоскопические реакции проводят на предметном стекле. Наблюдают образование кристаллов характерной формы. Капельные реакции выполняют на фильтровальной бумаге.

Аналитические реакции, применяемые в качественном анализе, по области применения делятся:

1.) на групповые реакции — это реакции для осаждения целой группы ионов (применяется один реагент, который называется групповым);

а) селективные (избирательные) — дают одинаковые или сходные аналитические реакции с ограниченным числом ионов (2

б) специфичные (высокоселективные) — избирательны по отношению к одному компоненту.

Селективных и специфичных реакций немного, поэтому их применяют в сочетании с групповыми реакциями и со специальными приемами для устранения мешающего влиянии компонентов, присутствующих в системе наряду с определяемым веществом.

Несложные смеси ионов анализируют дробным методом, без предварительного отделения мешающих ионов с помощью характерных реакций определяют отдельные ионы. Мешающий ион — это ион, который в условиях обнаружения искомого дает сходный аналитический эффект с тем же реак­тивом либо аналитический эффект, маскирующий нужную ре­акцию. Обнаружение разных ионов в дробном анализе проводят в отдельных порциях раствора. При необходимости устранения мешающих ионов пользуются следующими способами отделе­ния и маскировки.

1. Перевод мешающих ионов в осадок. В основе лежит раз­личие в величине произведения растворимости получаю­щихся осадков. При этом ПР соединения определяемого иона с реагентом должно быть больше, чем ПР соединения мешающего иона.

2. Связывание мешающих ионов в прочное комплексное соединение. Получаемый комплекс должен обладать необ­ходимой устойчивостью, чтобы осуществить полное связы­вание мешающего иона, а искомый ион — совсем не реаги­ровать с вводимым реагентом либо его комплекс должен быть непрочным.

3. Изменение степени окисления мешающих ионов.

4. Использование экстракции. Метод основан на извлечении из водных растворов мешающих ионов органическими растворителями и разделении системы на составные части (фазы), чтобы мешающий и определяемый компоненты были в разных фазах.

Преимущества дробного анализа:

Быстрота выполнения, так как сокращается время на дли­тельные операции последовательного отделения одних ионов от других;

Дробные реакции легко воспроизводимы, т.е. их можно повторять несколько раз. Однако в случае трудности под­бора селективных (специфических) реакций обнаружения ионов, маскирующих реагентов, расчета полноты

удаления ионов и других причин (сложность смеси) прибегают к выполнению систематического анализа.

Систематический анализ — это полный (подробный) анализ исследуемого объекта, который проводится путем разделения всех компонентов в пробе на несколько групп в определенной последовательности. Деление на группы идет на основе сходства (внутри группы) и различия (между группами) аналитических свойств компонентов. В выделенной группе анализа применяется ряд последовательных реакций разделения, пока в одной фазе останутся лишь компоненты, дающие характер­ные реакции с селективными реагентами (рис. 23.1).

Разработано несколько аналитических классификаций ка тионов и анионов на аналитические группы, в основе которых лежит применение групповых реагентов (т.е. реагентов для выделения в конкретных условиях целой группы ионов). Группповые реагенты в анализе катионов служат как для обнаружения, так и для разделения, а в анализе анионов — только для обнаружения (рис. 23.2).

Групповыми реагентами в качественном анализе катионов являются кислоты, сильные основания, аммиак, карбонаты, фосфаты, сульфаты щелочных металлов, окислители и восстановители. Объединение веществ в аналитические группы осно­вано на использовании сходства и различий в их химических свойствах. К наиболее важным аналитическим свойствам отно­сятся способность элемента образовывать различные типы ионов, цвет и растворимость соединений, способность вступать в те или иные реакции.

Групповые реагенты выбирают из общих реактивов, по­скольку необходимо, чтобы групповой реагент выделял относи­тельно большое число ионов. Основной способ разделения — осаждение, т.е. деление на группы, основано на различной раст­воримости осадков катионов в определенных средах. При рас­смотрении действия групповых реагентов можно выделить следующие группы (табл. 23.2).

Кроме того, остаются три катиона (Na + , К + , NH4), не обра­зующие осадков с указанными групповыми реагентами. Их так­же можно выделить в отдельную группу.

Помимо указанного общего подхода, при выборе групповых реагентов исходят из значений произведений растворимости осадков, так как, варьируя условия осаждения, можно разделить вещества из группы действием одного и того же реагента.

Наибольшее распространение получила кислотно-ocновная классификация катионов. Достоинства кислотно-основного метода систематического анализа:

а) используются основные свойства элементов — их отношение к кислотам, щелочам;

б) аналитические группы катионов в большей степени со ответствуют группам периодической системы элементов Д.И. Менделеева;

в) значительно сокращается время проведения анализа посравнению с сероводородным методом. Исследование начинают с предварительных испытаний, в которых устанавливают рН раствора по универсальному индикатору и обнаруживают ионы NH 4 , Fe 3+ , Fe 2+ специфическими и селективными реакциями.

Разделение на группы. Общая схема деления на группы дана в табл. 23.3. В анализируемом растворе прежде всего отделяют катионы I и II групп. Для этого 10-15 капель раствора помещают в пробирку и добавляют по каплям смесь 2М HCl и 1М H 2 S0 4 . Оставляют осадок на 10 мин, затем его центрифугируют и промывают водой, подкисленной НС1. В осадке остается смесь хлоридов и сульфатов Ag + , Pb 2+ , Ва 2+ , Са 2+ . Возможно присутствие основных солей сурьмы. В растворе — катионы III-vi групп.

Из раствора отделяют III группу прибавлением несколь­ких капель 3%-ного Н 2 0 2 и избытка NaOH при нагревании и пе­ремешивании. Избыток пероксида водорода удаляют кипяче­нием. В осадке — гидроксиды катионов IV-V групп, в раство­ре — катионы III и VI групп и частично Са 2+ , который может неполностью осадиться в виде CaS0 4 при отделении I и II групп.

Из осадка отделяют катионы V группы. Осадок обрабаты­вают 2н Na 2 CO 3 и затем избытком NH 3 при нагревании. КатионыV группы переходят в раствор в виде аммиакатов, в осадке — карбонаты и основные соли катионов IV группы.

Достоинство систематического анализа — получение достаточно полной информации о составе объекта. Недостаток — громоздкость, длительность, трудоемкость. Полностью схемы систематического качественного анализа осуществляются редко. Обычно их используют частично, если есть сведения о происхождении, приблизительном составе образца, a так же в учебных курсах аналитической химии.

Гидроксид магния растворяется в смеси NH 3 + NH 4 C1. Таким образом, по­сле разделения катионов на группы получили четыре пробирки, содержа­щие а) осадок хлоридов и сульфатов катионов I-П групп; б) раствор смеси катионов III и VI групп; в) раствор аммиакатов катионов V группы; г) осадок карбонатов и основных солей катионов IV группы. Каждый из этих объек­тов анализируют отдельно.

Общая характеристика изучаемых анионов. Aнионы образуются в основном элементами групп IV, V, VI и VII периодической системы. Один и тот же элемент может образовывать несколько анионов, отличающихся своими свойствами. Haпример, сера образует анионы S 2 -, S0 3 2

Все анионы является составной частью кислот и соот ветствующих солей. В зависимости от того, в состав какого вещества входит анион, свойства его существенно меняются. Например, для иона SO 4 2 » в составе концентрированной cepной кислоты свойственны реакции окисления-восстановления, а в составе солей — реакции осаждения.

Состояние анионов в растворе зависит от среды раствора. Некоторые анионы разлагаются при действии концентрированных кислот с выделением соответствующих газов: С0 2 (анион СО 2- 3), H 2 S (анион S 2 «), N0 2 (анион N0 3) и др. При действии разбавленных кислот анионы МоО 4 2- , W0 4 2

, SiO 3 2 » образуют не растворимые в воде кислоты (H 2 Mo0 4 , H 2 W0 4 * H 2 0, H 2 Si О 3 ). Анионы слабых кислот (С0 3 2

, S 2 «) в водных растворах частично или полностью гидролизуются, например:

Большинство элементов, образующих анионы, обладают переменной валентностью и при действии окислителей или восстановителей изменяют степень окисления, при этом меняется состав аниона. Хлорид-ион, например, можно окислить до С1 2 , СlО», СlO 3 , СlO 4 . Иодид-ионы, например, окисляются до I 2 , IO 4 ; сульфид-ион S 2

— до S0 2 , SO 4 2- ; анионы N0 3 можно восстано-вить до N0 2 , NO, N 2 , NH 3 .

, I — , CI -) восстанавливают в кислой среде ионы Мп0 4 — , вызывая их обесцвечивание. Ионы-окислители (NO 3 , CrO 4 2 «, V0 3 — , Mn0 4

) окисляют иодид-ионы в кислой среде до свободного иона, окрашивают дифениламин в синий цвет.Эти свойства используются для качественного анализа, окислительно-восстановительные свойства хромат-, нитрат-, йодид-, ванадат-, молибдат-, вольфрамат-ионов лежат в основе их характерных реакций.

Групповые реакции анионов. Реагенты по своему действию па анионы разделяют на следующие группы:

1) реактивы, разлагающие вещества с выделением газов. К таким реактивам относятся разбавленные минеральные кислоты (НС1, H 2 S0 4);

2) реактивы, выделяющие анионы из растворов в виде мало-растворенных осадков (табл. 23.4):

а) ВаС1 2 в нейтральной среде или в присутствии Ва(ОН) 2 осаждает: SO 2- , SO, 2 «, S 2 0 3 2

, СО 3 2 «, РО 4 2 «, В 4 0 7 2

б) AgNO 3 в 2н HNO 3 осаждает: СГ, Br — , I — , S 2- (SO 4 2 только в концентрированных растворах);

3) реактивы-восстановители (KI) (табл. 23.5);

4) реактивы-окислители (КМп0 4 , раствор I 2 в KI, НNО 3(конц) , H 2 S0 4).

Анионы при анализе в основном не мешают обнаружению друг друга, поэтому групповые реакции применяют не для раз­деления, а для предварительной проверки наличия или отсут­ствия той или иной группы анионов.

Систематические методы анализа смеси анионов, основан­ные на делении их на группы, используются редко, главным обра­зом для исследования несложных смесей. Чем сложнее смесь анионов, тем более громоздкими становятся схемы анализа.

Дробный анализ позволяет обнаружить анионы, не мешаю­щие друг другу, в отдельных порциях раствора.

В полусистематических методах имеет место разделение анионов на группы с помощью групповых реактивов и последующее дробное обнаружение анионов. Это приводит к сокра­щению числа необходимых последовательных аналитических операций и в конечном итоге упрощает схему анализа смеси анионов.

Современное состояние качественного анализа не ограни­чивается классической схемой. В анализе как неорганических, так и органических веществ часто используются инструмен­тальные методы, такие как люминесцентный, абсорбционно-спектроскопический, различные электрохимические методы, «которые варианты хроматографии и т.д. Однако в ряде слу­чаев (полевые, заводские экспресс-лаборатории и др.) класси­ческий анализ ввиду простоты, доступности, дешевизны не утратил своего значения.

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

по предмету: Аналитическая химия

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

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.

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 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.

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.

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

Химический практикум Цель: исследование химической природы анализируемого образца Цель: исследование химической природы анализируемого образца Качественный анализ Количественный анализ Совокупность экспериментальных методик, позволяющих определить в анализируемом образце количественное содержание отдельных составных частей, выраженное в виде границ доверительного интервала или числа с указанием погрешности Совокупность экспериментальных методик, позволяющих определить в анализируемом образце количественное содержание отдельных составных частей, выраженное в виде границ доверительного интервала или числа с указанием погрешности

Подготовка образца Причины: образец представляет собой смесь веществ, не поддающуюся совместному определению образец представляет собой смесь веществ, не поддающуюся совместному определению содержание анализируемого вещества ниже предела чувствительности метода содержание анализируемого вещества ниже предела чувствительности метода Необходимые действия: Разделение Концентрирование

Подготовка образца Способы подготовки: Осаждение Выделение из раствора твердой фазы малорастворимого осадка Выделение из раствора твердой фазы малорастворимого осадка Экстракция Извлечение вещества из водной фазы не смешивающимся с ней органическим растворителем Извлечение вещества из водной фазы не смешивающимся с ней органическим растворителем Адсорбция Концентрирование вещества на границе раздела фаз Концентрирование вещества на границе раздела фаз Электромиграция Разделение ионов в растворе, основанное на различной подвижности ионов Разделение ионов в растворе, основанное на различной подвижности ионов

Обработка полученных данных Способы: Использование готовых формул Вывод формулы из основных законов Метод калибровочного графика Применение формул требует полного соблюдения условий эксперимента, для которых они разработаны! Применение формул требует полного соблюдения условий эксперимента, для которых они разработаны!

Обработка полученных данных Метод калибровочного графика 1. Приготовить несколько (3-5) образцов с заранее известным содержанием искомого вещества. Границы диапазона приготовленных концентраций должны заведомо включать в себя ожидаемые значения 2. Провести анализ стандартных образцов выбранным методом. 3. Нанести результаты анализа на график, отражающий зависимость величины аналитического сигнала от концентрации анализируемого вещества (занести в память компьютера). 4. Провести анализ неизвестного образца, полностью соблюдая условия эксперимента. 5. Графически, либо с помощью компьютерной обработки результатов определить концентрацию вещества в образце.

Обработка полученных данных Метод калибровочного графика С(m) Х o o o o Сх Сх Необходимо быть уверенным в том, что зависимость между концентрацией и величиной аналитического сигнала носит прямолинейный характер Необходимо быть уверенным в том, что зависимость между концентрацией и величиной аналитического сигнала носит прямолинейный характер

Оформление результатов Представление результата Совокупность экспериментальных методик, позволяющих определить в анализируемом образце количественное содержание отдельных составных частей, выраженное в виде границ доверительного интервала или числа с указанием погрешности Совокупность экспериментальных методик, позволяющих определить в анализируемом образце количественное содержание отдельных составных частей, выраженное в виде границ доверительного интервала или числа с указанием погрешности Примеры правильного представления результата: m к-ты на 100 мл р-ра = 350 мг m к-ты на 100 мл р-ра = мг 20 мг погрешность доверительный интервал

Непосредственный анализ Основные характеристики методов анализа: Чувствительность Та концентрация вещества, которая может быть определена на серийной аппаратуре со стандартной для данного метода погрешностью Та концентрация вещества, которая может быть определена на серийной аппаратуре со стандартной для данного метода погрешностью Предел обнаружения Предел обнаружения Минимальная концентрация вещества, которая может быть качественно обнаружена данным методом Минимальная концентрация вещества, которая может быть качественно обнаружена данным методом Воспроизводимость Повторяемость результатов нескольких экспериментов, выполненных в одних и тех же условиях для одного и того же образца Повторяемость результатов нескольких экспериментов, выполненных в одних и тех же условиях для одного и того же образца Правильность Процент ошибок определения данным методом и его систематическая погрешность Процент ошибок определения данным методом и его систематическая погрешность

КЛАССИФИКАЦИЯ МЕТОДОВ ХИМИЧЕСКОГО АНАЛИЗА Химические Физико-химические Физические Гибридные Предполагают использование химических реакций и визуальное определение результата Основаны на измерении с помощью приборов физических свойств вещества, зависящих от его количественного состава Основаны на измерении физических свойств, появляющихся или изменяющихся в ходе химической реакции Методы, в которых соединены способы разделения и определения, либо два или более способа определения

КЛАССИФИКАЦИЯ МЕТОДОВ ХИМИЧЕСКОГО АНАЛИЗА Химические методы Гравиметрия Титриметрия Основаны на измерении массы определяемого вещества, выделенного из анализируемого образца Основаны на измерении массы определяемого вещества, выделенного из анализируемого образца Основаны на постепенном добавлении к измеренному объему анализируемого вещества раствора реагента известной концентрации с одновременным наблюдением за изменениями в растворе Основаны на постепенном добавлении к измеренному объему анализируемого вещества раствора реагента известной концентрации с одновременным наблюдением за изменениями в растворе Преимущества: Недостатки: — высокая точность — длительность — низкие пороги обнаружения

ГРАВИМЕТРИЯ Метод осаждения Вещество осаждают в виде малорастворимого соединения, фильтруют, сушат и взвешивают. Пример Определение ионов Ag + с помощью иодидов Метод отгонки Вещество выпаривают, улавливают другим реагентом и по изменению массы реагента судят о количестве вещества. Пример При определении влажности объект нагревают, поглощают пар известным количеством безводного СаСl 2 и взвешивают его. Электролитические методы Осаждение определяемого вещества на поверхности электрода Осаждение определяемого вещества на поверхности электрода Пример Выделение ионов меди из кислого раствора в виде металла на поверхности медного электрода.

Реакция нейтрализации Пример: Точка эквивалентности – момент, когда вещества прореагируют в эквивалентных количествах. Объем титранта, затраченный для достижения точки эквивалентности, называют эквивалентным объемом Достижение точки эквивалентности фиксируют с помощью индикатора

Общие закономерности Эквивалентная и нейтральная точки не всегда совпадают. Эквивалентная точка и зона скачка титрования могут лежать как в щелочной, так и в кислотной области. Для обнаружения эквивалентной точки пригоден лишь тот индикатор, чей диапазон изменения окраски находится в зоне скачка титрования.

Основные понятия объемного анализа 1. ЭКВИВАЛЕНТ HnXHnXB(OH) m Me n m+ X m n- НО! Если в-во участвует в окислительно-восстановительной реакции реальная или условная частица, которая может присоединять или высвобождать в реакции нейтрализации один ион водорода

Основные понятия объемного анализа Показывает, какая доля реальной частицы вещества эквивалентна одному иону водорода (одному электрону) в данной конкретной реакции. HnXHnX B(OH) m Z = n Z = m Обратен эквивалентному числу z вещества. Фактор эквивалентности – f eq H 2 SO 4 + 2NaOH Na 2 SO 4 + 2H 2 O f eq (H 2 SO 4) = ½ H 2 SO 4 + NaOH NaHSO 4 + H 2 O Пример: f eq (H 2 SO 4) = 1 Но:

2. ЭКВИВАЛЕНТНАЯ МАССА Молярная масса эквивалента (M 1/z) – масса одного моля эквивалента вещества (г), г/моль Основные понятия объемного анализа H 2 SO 4 + 2NaOH Na 2 SO 4 + 2H 2 O f eq (H 2 SO 4) = ½ Пример: H 2 SO 4 + NaOH NaHSO 4 + H 2 O f eq (H 2 SO 4) = 1 Но: M 1/z (H 2 SO 4) = M f eq = 98 ½ = 49 г/моль M 1/z (H 2 SO 4) = M f eq = 98 1 = 98 г/моль

НОРМАЛЬНАЯ КОНЦЕНТРАЦИЯ (нормальность, молярная концентрация эквивалента) Показывает количество моль эквивалентов вещества в одном литре раствора N = С м, если M 1/z = М Поскольку M 1/z М, то N С м Основные понятия объемного анализа Обозначения: С н, N, С 1/z 4. ТИТР Т р-ра = N р-ра. M 1/z Размерность: г/л, мг/мл. Показывает, сколько миллиграммов вещества содержится в одном миллилитре раствора

При титровании в точке эквивалентности количество эквивалентов одного вещества равно количеству эквивалентов другого: 1/z (A) = 1/z (B) или С 1/z (A) V(A) = C 1/z (B) V(B) Или, как писали ранее: N 1. V 1 = N 2. V 2 ЗАКОН ЭКВИВАЛЕНТОВ m в-ва = N р-ра. M 1/z. V р-ра Расчет массы вещества в растворе: Отсюда: С 1/z (A) = C 1/z (B) V(B) V(A) N 1 = N2V2N2V2 V1V1

ТИТРИМЕТРИЯ Прямое титрование Непосредственное добавление стандартного реагента к анализируем ому раствору Непосредственное добавление стандартного реагента к анализируем ому раствору Пример NaOH(ан.р-р) + HCl (стандарт) = NaCl + H 2 O Индикатор — фенолфталеин Косвенное титрование Косвенное титрование Определяемое вещество не взаимодейст- вует с титрантом, но его можно связать количественно с другим веществом, взаимодействующим с титрантом. Пример Определение ионов Са 2+ Ca 2+ + KMnO 4 = не взаимодействуют, но Сa 2+ + (COOH) 2 = CaC 2 O 4 (осадок), далее CaC 2 O 4 + H 2 SO 4 + KMno 4 = CaSO 4 + CO 2 + MnO Реакция, лежащая в основе метода, должна быть. — избирательной- количественной- быстрой

ТИТРИМЕТРИЯ Обратное титрование Титрование непрореагировавшего вещества, которое прибавлено в избытке к анализируемому раство- ру в виде стандартного раствора Титрование непрореагировавшего вещества, которое прибавлено в избытке к анализируемому раство- ру в виде стандартного раствора Заместительное титрование Заместительное титрование Если определяемое вещество не реагирует с титрантом, к раствору добавляют вспо- могательный реагент, образующий с опре- деляемым веществом эквивалентное количество вещества-заместителя. Пример Определение KMnO 4 KMnO 4 + KI + H 2 SO 4 = I 2 (эквивалентное кол-во) +. I 2 + Na 2 S 2 O 3 = NaI + Na 2 S 4 O 6 (Индикатор — крахмал) Пример Определение содержания KBr KBr + AgNO 3 (изб.) = KNO 3 + AgBrг + AgNO 3 (ост.) AgNO 3 (ост.) + NH 4 CNS = NH 4 NO 3 + AgCNSг Индикатор — Fe 3+ (Fe CNS — = Fe(CNS) 3 (алый))

Физические методы анализа Электрохимические Основаны на процессах, протекающих в растворе под действием тока Основаны на процессах, протекающих в растворе под действием тока Потенциометрия (ионометрия) Вольтаметрия Кулонометрия Кондуктометрия Определение концентрации ионов ионоселективными электродами Измерение электродных потенциалов, зависящих от концентрации вещества Измерение количества электричества, израсходованного в ходе электродных реакций. Измерение концентрации электролита в растворе по его электропроводности.

ФИЗИЧЕСКИЕ МЕТОДЫ Спектральные методы Основаны на взаимодействии вещества с электромагнитным излучением. Основаны на взаимодействии вещества с электромагнитным излучением., м E = h = hC/ Микроволны Радиоволны УФ лучи Ренгеновское и -излучение ИК излучение Переориентация спина электрона некоторых атомов (1 Н, 13 С,…) Колебания атомов Переход электронов кратных связей на возбуж- денные уровни ЯМР спектроскопия ИК спектроскопия УФ спектроскопия

Спектроскопия ЯМР Решаемые задачи: — установление структуры неизвестных веществ — подтверждение чистоты и индивидуальности соединения известной структуры Объекты анализа: Жидкие органические вещества, растворы органических веществ ИК спектроскопия Объекты анализа: Твердые, жидкие, газообразные вещества любой природы УФ спектроскопия Объекты анализа: Твердые, жидкие, газообразные вещества, имеющие в структуре кратные связи. Спектральные методы Предел обнаружения г

Возможности современных методов химического анализа в медицине Возможности современных методов химического анализа в медицине Высокоэффективная газожидкостная хроматография Метаболический профиль органических компонентов мочи здорового человека Метаболический профиль органических компонентов мочи здорового человека I t

Возможности современных методов химического анализа в медицине Возможности современных методов химического анализа в медицине I t ,2,3-триметилбензол 3 — 1,2,4-триметилбензол 5 — м,п-диметилтолуол 8 — п-ксилол 9 — м-ксилол 11 — этилбензол 12 — нонан 13 — толуол 14 — н-октан 15 — н-гептан метилгексан метилгексан 18 — н-гексан метилпентан 20 — н-пентан Анализ пробы воздуха (проба взята на Выборгской набережной)

Аналитическая химия и 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).

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).

Классификация видов анализа по объектам определения или обнаружения

Объект определения илиобнаружения (аналит )

Атомы с заданными значениями заряда ядра имассового числа (изотопы)

Атомная энергетика, контроль загрязнения окружающей среды, медицина, археология и др.

Атомы с заданными значениями зарядаядра(элементы)

Атомы (ионы) элемента в данной степени окисления или в соединениях заданного состава (форма элемента)

С r (III ), Fe 2+ , Hg в составекомплексных соединений

Химическая технология,контроль загрязнения окружающей среды, геология, металлургия и др.

Молекулы с заданным составом и структурой

Медицина, контроль окружающей среды, агрохимия, хим. технология, криминалистика.

Структурно-групповой или функциональный

Сумма молекул с заданными структурными характеристиками и близкими свойствами

Предельные углеводороды, моносахариды спирты

Химическая технология, пищевая промышленность, медицина.

Отдельная фазаили элемент в составе данной фазы

Графит в стали, кварц в граните

Металлургия, геология, технологиястройматериалов.

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.

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 .

Рис.1. Классификацияметодов анализа

Кроме трех основных групп, существуют гибридные методы. На рис.1. они не показаны. В гибридных методахразделение, идентификация и определение компонентов органично сочетаются в одном приборе (или в едином приборном комплексе). Важнейшимиз таких методов является хроматографический анализ. В специальном приборе (хроматографе) компоненты исследуемой пробы (смеси) разделяются, поскольку они с разной скоростью двигаются сквозь колонку, заполненную порошком твердого вещества (сорбента). По времени выхода компонента из колонки судят о его природе и таким образом опознают все компоненты пробы. Вышедшие из колонки компоненты по очереди попадают в другую часть прибора, где специальное устройство – детектор — измеряет и записывает сигналы всех компонентов. Нередко тут же проводится автоматическое отнесение сигналов тем или иным веществам, а также расчет содержания каждого компонента пробы. Понятно, что хроматографический анализ нельзя считать только методом разделения компонентов, или только методом количественного определения, это именногибридный метод.

1.4. Методики анализа и требования к ним

Не следует путать понятия метода и методики .

Методика- это четкое и подробное описаниетого, как следует выполнятьанализ, применяянекоторый метод для решения конкретной аналитической задачи.

Обычно методика разрабатывается специалистами, проходит предварительную проверку и метрологическую аттестацию, официально регистрируется и утверждается.В названии методики указывают используемый метод, объект определенияи объект анализа

Чтобы подобрать оптимальную (лучшую) методику, в каждомслучае надо учитывать целый ряд практических требований.

1. Точность . Это главное требование. Оно означает, что относительная или абсолютная погрешность анализа не должна превышать некоторого предельного значения

2. Чувствительность . Этим словом в разговорной речи заменяютболее строгиетермины “предел обнаружения” и “нижняя граница определяемых концентраций ”. Высокочувствительные методики — это те, по которым мы можем обнаружить и определить компонент даже при низком его содержании в исследуемом материале. Чемниже ожидаемое содержание, тем более чувствительная методика требуется.

3. Селективность (избирательность). Важно, чтобы на результат анализа не оказывали влияниепосторонние вещества, входящие в состав пробы.

4. Экспрессность . Речь идет о продолжительности анализа одной пробы — от пробоотбора до выдачи заключения. Чем быстрее будут получены результаты, тем лучше.

5.Стоимость. Эта характеристика методики не требует комментариев. В массовом масштабе могут применяться лишь относительно недорогие анализы. Стоимость аналитического контроля в промышленностиобычно не превышает 1% стоимости продукции. Очень дорого стоят уникальные по своей сложности и редко выполняемые анализы.

Существуют и другие требования к методике -безопасность выполнения анализа, возможность проводить анализ без непосредственного участия человека,устойчивость результатов к случайным колебаниямусловий, и т.п.

1.5. Основные стадии (этапы) количественного анализа

Методику количественного анализа можно мысленно разделить на несколько последовательных стадий (этапов), причем практически любая методика имеет одни и те же стадии. Соответствующая логическая схема анализа показана на рис.1.2.Основнымиэтапами при проведении количественного анализа являются: постановка аналитической задачи и выбор методики, пробоотбор , пробоподготовка , измерение сигнала, расчет и оформлениерезультатов .

Постановка аналитической задачи и выбор методики. Работа специалиста-аналитикаобычно начинается с получения заказа на проведение анализа. К появлению такого заказа обычно приводит профессиональная деятельность других специалистов, возникновение какой-то проблемы . Такой проблемой может быть, например, постановка диагноза, выяснение причины брака в ходе производства некоторой продукции,определение подлинностимузейного экспоната,возможность присутствия некоторого токсичного вещества в водопроводной воде и т.п. На основе информации, полученной от специалиста (химика-органика, инженера-технолога, геолога, врача-стоматолога, следователя прокуратуры, агронома, археолога и т.п.), аналитик должен сформулировать аналитическую задачу . Естественно, надо учесть возможности и пожелания «заказчика». Кроме того, надо собрать дополнительную информацию (прежде всего о качественном составе того материала, который придется анализировать).

Постановка аналитической задачи требует очень высокой квалификации аналитика и является наиболее трудной частью предстоящего исследования. Недостаточно определить, какой материал придется анализировать и что именно надо в нембудет определять. Надо понять, на каком концентрационном уровне придется вести анализ, какие посторонние компоненты будут присутствовать в пробах,как часто надо будет проводить анализы, сколько времени и средств можно будет затратить на один анализ, можно ли будет доставлять в лабораторию пробы или придется выполнять анализ непосредственно «на объекте», не возникнут ли ограничения по массе и воспроизводимости свойствисследуемого материала и т.п. Асамое главное, надо понять:какую точность результатов анализа надо будет обеспечить и каким образомможно будетдобиться такой точности!

Четко сформулированная аналитическая задача является основой для выбора оптимальной методики. Поиск ведут, пользуясь сборниками нормативных документов (в т. ч. стандартных методик), справочниками,обзорами по отдельным объектам или методам. Например, если собираются определять фотометрическим методом содержание нефтепродуктов в сточной воде, то просматривают монографии, посвященные,во-первых, фотометрическому анализу, во-вторых, методам анализа сточных вод,в-третьих, разнымспособам определения нефтепродуктов. Существуют серии книг, каждая из которых посвящена аналитической химии какого-либо элемента. Выпущены руководства по отдельным методам и по отдельным объектам анализа. Если в справочниках и монографияхподходящих методик найти не удалось,поискпродолжают, пользуясь реферативными и научными журналами, поисковыми системами Интернета, консультациями специалистов и т. п. После отбора подходящих методик выбирают ту, что наилучшим образом отвечает поставленной аналитической задаче.

Нередко длярешения конкретной задачине только несуществует стандартных методик, но и вообще нет ранее описанных техническихрешений (особо сложные аналитические задачи, уникальныеобъекты). С такой ситуациейчасто приходится сталкиваться при проведении научных исследований.В этихслучаяхприходитсяразрабатывать методику анализа самостоятельно. Но, выполняя анализы по собственной методике, следует особо тщательно проверятьправильность получаемых результатов.

Отбор пробы. Разработать метод анализа, который позволял бы измерять концентрацию интересующего нас компонента непосредственно в исследуемом объекте, удается довольно редко. Примером может быть датчик содержания углекислого газа в воздухе, который устанавливают в подводных лодках и в других замкнутых помещениях.Гораздо чаще из исследуемого материала отбирают небольшую часть — пробу — и доставляют еедля дальнейшего исследования ваналитическую лабораторию. Проба должна быть представительной (репрезентативной), то есть ее свойства и состав должныприблизительно совпадать со свойствами и составом исследуемого материала в целом.Для газообразных и жидкихобъектов анализавзять представительную пробу довольно легко, поскольку они гомогенны. Надо лишь правильно выбрать время и место отбора. Например, при отборе проб воды из водоемовучитывают, что водаповерхностного слоя отличается по своему составу от воды из придонного слоя, вода вблизи берегов загрязнена сильнее,составречной водыв разное время годы неодинаков и т.п. В больших городахпробы атмосферного воздуха отбирают с учетом направления ветра и размещения источников выброса примесей. Пробоотбор не вызывает проблем и в том случае, когда исследуются чистые химические вещества, даже твердые, или однородные мелкодисперсные порошки.

Гораздо труднее правильно отобрать представительную пробунеоднородного твердого вещества (почвы, руды, угля, зерна и т.п.). Если взять пробы почвыв разных местах одного и того же поля, или с разной глубины,или в разное время — результаты анализа однотипных проб окажутся неодинаковыми. Они могут отличатьсяв несколько раз, особенно если сам материал был неоднороден, состоял из частиц разного состава и размера.

Дело осложняется тем, что пробоотбор зачастую проводит не сам аналитик, а недостаточно квалифицированные работники или, что гораздо хуже, — лица,заинтересованные в получении определенного результата анализа. Так, в рассказах М.Твена и Брет Гарта красочно описано, как перед продажей золотоносного участкапродавец стремился выбирать для анализа кусочки породы с явными вкраплениями золота, а покупатель -пустую породу. Не удивительно, что результаты соответствующих анализов давали противоположную, но в обоих случаях неправильнуюхарактеристику исследуемого участка.

Для обеспечения правильности результатов анализа для каждой группы объектов разработаны и приняты специальные правила и схемы пробоотбора . Примером может быть анализ почвы. В этом случае следует отбирать несколько больших порций исследуемого материала в разных местахисследуемого участкаи затем объединять их. Заранее рассчитывается, сколько должно быть точек пробоотбора , на каком расстоянии друг от друга должны располагаться эти точки. Указывается, с какой глубины должна быть взята каждая порция почвы, какой она должна быть массы, и т.п.Существует даже специальная математическая теория, позволяющая рассчитать минимальную массуобъединенной пробы с учетом размера частиц,неоднородности их состава и т.п. Чем больше масса пробы, тем она представительнее, поэтому для негомогенного материала общая масса объединенной пробы может достигать десятков и даже сотен килограммов. Объединенную пробу высушивают, измельчают, тщательно перемешивают и начинают постепенно уменьшать количество исследуемого материала (для этой цели существуют специальные приемы и устройства).Но даже после многократногоуменьшениямасса пробы может достигать нескольких сот граммов. Уменьшенную пробу в герметически закрытой таре доставляют в лабораторию. Там продолжают измельчение и перемешивание исследуемого материала (с целью усреднения состава), и лишь затемберут на аналитических весахнавеску усредненной пробыдля проведениядальнейшей пробоподготовки и последующего измерения сигнала.

Пробоотбор — важнейшая стадия анализа, поскольку ошибки, возникающие на этой стадии, очень трудно исправить или учесть. Часто ошибки пробоотбора вносят основной вклад в общую погрешность анализа. При неверном пробоотборе не сможет помочь даже идеальное выполнение последующихопераций — получить правильный результат уже не удастся.

Пробоподготовка . Это собирательное название всех операций, которым в лаборатории подвергают доставленную туда пробу перед измерением аналитического сигнала. В ходе пробоподготовки проводят самые разные операции:упаривание, высушивание, прокаливание или сжигание пробы,ее растворение в воде, кислотах или органических растворителях, предварительное окисление или восстановление определяемого компонента специально добавляемыми реагентами, удаление или маскированиемешающих примесей. Часто приходится проводить концентрирование определяемого компонента — из пробы большого объема компонент количественно переводят в малый объем раствора (концентрат), где и проводят потом измерение аналитического сигнала. Близкие по свойствам компоненты пробы в ходе пробоподготовки стараются отделить друг от друга, чтобы легче было определить концентрацию каждого в отдельности. Пробоподготовка требует большего времени и труда, чем другие операции анализа; ее довольно трудно автоматизировать. Следует помнить, что каждаяоперация пробоподготовки — это дополнительный источник погрешностей анализа. Чем меньше будет таких операций, тем лучше. Идеальными являются методики, вовсе не включающие стадию пробоподготовки (“пришел, измерил, рассчитал”), но таких методик сравнительно немного.

Измерение аналитического сигнала требует использования соответствующих средств измерения, прежде всего точных приборов (весы, потенциометры, спектрометры, хроматографы и т.п.), а также предварительно прокалиброванной мерной посуды. Средства измерений должны быть аттестованы («поверены »), то есть должно быть заранее известно, какую максимальную погрешность может дать измерение сигнала с помощью данного прибора. Кроме приборов,для измерения сигнала во многих случаях требуются эталоны известного химического состава (образцы сравнения, например, государственные стандартные образцы). По ним ведут градуировку методики (см. гл.5), поверяют и настраивают приборы. Результат анализа также рассчитывают с помощью эталонов.

Расчет и оформление результатов — самая быстрая и легкая стадия анализа. Надо только выбратьподходящийспособ расчета (по той или иной формуле, по графику и т.п.). Так, для определения урана в урановой руде сопоставляют радиоактивность пробы с радиоактивностью стандартного образца (руды с известным содержаниемурана), а затем содержание урана в пробе находят, решая обычную пропорцию. Однако этот простой способ годится далеко не всегда, а применение неподходящего расчетного алгоритма может привести к серьезным ошибкам. Некоторые способы расчета весьма сложны и требуют применения компьютера. В последующих главахбудут детально охарактеризованы способы расчета, применяемые в разных методах анализа,ихпреимущества, условия применимости каждого способа. Результаты анализа должны быть статистически обработаны. Все данные, относящиеся к анализу данной пробы, отражают в лабораторном журнале, а результат анализа вносят в специальный протокол. Иногда сам аналитик сопоставляет результаты анализа несколькихвеществдруг с другомили с некоторыминормативамии делает содержательные выводы. Например, о соответствии или несоответствии качества исследуемого материала установленным требованиям (аналитический контроль ).

источник