Хімічний аналіз I Всеросійська конференція з міжнародною участю на тему "Хімічний аналіз та медицина" Застосування методів хімічного аналізу в медицині

Рис.1. Класифікація методів аналізу

Крім трьох основних груп, існують гібридні методи. На рис.1. вони не показані. У гібридних методах поділ, ідентифікація та визначення компонентів органічно поєднуються в одному приладі (або в єдиному приладовому комплексі). Найважливішими з таких методів є хроматографічнийаналіз. У спеціальному приладі (хроматографі) компоненти досліджуваної проби (суміші) поділяються, оскільки вони з різною швидкістю рухаються крізь стовпчик, заповнений порошком твердої речовини (сорбенту). За часом виходу компонента з колонки судять про його природу і таким чином упізнають усі компоненти проби. Компоненти, що вийшли з колонки, по черзі потрапляють в іншу частину приладу, де спеціальний пристрій - детектор - вимірює і записує сигнали всіх компонентів. Нерідко відразу проводиться автоматичне віднесення сигналів тим чи іншим речовинам, і навіть розрахунок змісту кожного компонента проби. Зрозуміло, що хроматографічнийаналіз не можна вважати лише методом поділу компонентів, або лише методом кількісного визначення, це саме гібридний метод.

1.4. Методики аналізу та вимоги до них

Не слід плутати поняття методуі методики.

Методика - це чіткий і докладний опис того, як слід виконувати аналіз, застосовуючи деякий метод для вирішення конкретної аналітичної задачі.

Зазвичай методика розробляється фахівцями, проходить попередню перевірку та метрологічну атестацію, офіційно реєструється та затверджується. У назві методики вказують використовуваний метод, об'єкт визначення та об'єкт аналізу

Щоб підібрати оптимальну(найкращу) методику, у кожному разі треба враховувати низку практичних вимог.

1. Т очність. Це головна вимога. Воно означає, що відносна або абсолютна похибка аналізу не повинна перевищувати деякого граничного значення

2. Чутливість. Цим словом у розмовній мові замінюють більш строгі терміни "межа виявлення" та "нижня межа визначених концентрацій”. Високочутливі методики - це, якими ми можемо виявити і визначити компонент навіть за низькому його змісті в досліджуваному матеріалі. Чим нижчий очікуваний зміст, тим паче чутлива методика потрібна .

3. Селективність (виборчість).Важливо, щоб результат аналізу не впливали сторонні речовини, які входять до складу проби.

4. Експресність . Йдеться про тривалість аналізу однієї проби - від пробовідбору до видачі висновку. Чим швидше будуть отримані результати, тим краще.

5.С вартість.Ця характеристика методики не потребує коментарів. У масовому масштабі можна застосовувати лише відносно недорогі аналізи. Вартість аналітичного контролю у промисловості зазвичай не перевищує 1% вартості продукції. Дуже дорого коштують унікальні за своєю складністю і аналізи, що рідко виконуються.

Існують і інші вимоги до методики -безпека виконання аналізу, можливість проводити аналіз без безпосередньої участі людини,стійкість результатів до випадкових коливаньумов, і т.п.

1.5. Основні стадії (етапи) кількісного аналізу

Методику кількісного аналізу можна подумки розділити кілька послідовних стадій (етапів), причому практично будь-яка методика має одні й самі стадії. Відповідна логічна схема аналізу показана на рис.1.2.Основними етапами під час проведення кількісного аналізу є: постановка аналітичного завдання та вибір методики, пробовідбір пробопідготовка, Вимірювання сигналу, розрахунок та оформленнярезультатів.

Постановка аналітичного завдання та вибір методики. Робота спеціаліста-аналітика зазвичай починається з отримання замовленнядля проведення аналізу. До появи такого замовлення зазвичай призводить професійна діяльність інших фахівців, виникнення якоїсь проблеми. Такою проблемою може бути, наприклад, постановка діагнозу, з'ясування причини шлюбу під час виробництва деякої продукції, визначення справжності музейного експонату, можливість присутності деякої токсичної речовини у водопровідній воді тощо. На основі інформації, отриманої від спеціаліста (хіміка-органіка, інженера-технолога, геолога, лікаря-стоматолога, слідчого прокуратури, агронома, археолога тощо), аналітик має сформулювати аналітичне завдання. Звичайно, треба врахувати можливості та побажання «замовника». Крім того, треба зібрати додаткову інформацію (передусім про якісний склад матеріалу, який доведеться аналізувати).

Постановка аналітичного завдання вимагає дуже високої кваліфікації аналітика і є найважчою частиною подальшого дослідження. Недостатньо визначити, який матеріал доведеться аналізувати і що саме треба в ньому визначатиме. Треба зрозуміти, на якому концентраційному рівні доведеться вести аналіз, які сторонні компоненти будуть присутні в пробах, як часто треба буде проводити аналізи, скільки часу та коштів можна буде витратити на один аналіз, чи можна буде доставляти в лабораторію проби або доведеться виконувати аналіз безпосередньо. на об'єкті», чи не виникнуть обмеження щодо маси та відтворюваностівластивостідосліджуваного матеріалу і т.п. А найголовніше, треба зрозуміти: яку точність результатів аналізу треба буде забезпечити і яким чином можна буде досягти такої точності!

Чітко сформульована аналітична задача є основою вибору оптимальної методики. Пошук ведуть, користуючись збірниками нормативних документів (у т. ч. стандартних методик), довідниками, оглядами з окремих об'єктів чи методів. Наприклад, якщо збираються визначати фотометричним методом вміст нафтопродуктів у стічній воді, то переглядають монографії, присвячені, по-перше, фотометричним аналізом, по-друге, методам аналізу стічних вод, по-третє, різним способам визначення нафтопродуктів. Існують серії книг, кожна з яких присвячена аналітичній хімії будь-якого елемента. Випущено посібники з окремих методів та з окремих об'єктів аналізу. Якщо в довідниках і монографіях відповідних методик знайти не вдалося, пошук продовжують, користуючись реферативними та науковими журналами, пошуковими системами Інтернету, консультаціями фахівців тощо.

Нерідко для вирішення конкретної задачі не тільки не існує стандартних методик, але і взагалі немає раніше описаних технічних рішень (особливо складні аналітичні завдання, унікальні об'єкти). З такою ситуацією часто доводиться стикатися під час проведення наукових досліджень. У цих випадках доводиться розробляти методику аналізу самостійно. Але, виконуючи аналізи за власною методикою, слід особливо ретельно перевіряти правильність одержуваних результатів.

Вибір проби. Розробити метод аналізу, який дозволяв би вимірювати концентрацію цікавого для нас компонента безпосередньоу досліджуваному об'єкті вдається досить рідко. Прикладом може бути датчик вмісту вуглекислого газу в повітрі, який встановлюють у підводних човнах та інших замкнутих приміщеннях.Набагато частіше з досліджуваного матеріалу відбирають невелику частину пробу- І доставляють її для подальшого дослідження ваналітичну лабораторію. Проба має бути представницької(Репрезентативної), тобто її властивості і склад повинні приблизно збігатися з властивостями і складом досліджуваного матеріалу в цілому. Для газоподібних і рідких об'єктів аналізувати представницьку пробу досить легко, оскільки вони гомогенні. Треба лише правильно вибрати час та місце відбору. Наприклад, при відборі проб води з водойми враховують, що водоповерхневого шару відрізняється за своїм складом від води з придонного шару, вода поблизу берегів забруднена сильніше, складової води в різний час роки неоднакових і т.п. У великих містах проби атмосферного повітря відбирають з урахуванням напряму вітру та розміщення джерел викиду домішок. Пробовідбір не викликає проблем і в тому випадку, коли досліджуються чисті хімічні речовини, навіть тверді або однорідні дрібнодисперсні порошки.

Набагато важче правильно відібрати представницьку пробунеоднорідну тверду речовину (ґрунти, руди, вугілля, зерна тощо). Якщо взяти проби грунту в різних місцях одного і того ж поля, або з різної глибини, або в різний час – результати аналізу однотипних проб виявляться неоднаковими. Вони можуть відрізнятися у кілька разів, особливо якщо сам матеріал був неоднорідний, складався з часток різного складу та розміру.

Справа ускладнюється тим, що пробовідбір найчастіше проводить не сам аналітик, а недостатньо кваліфіковані працівники або, що набагато гірше, - особи, зацікавлені в отриманні певного результату аналізу. Так, в оповіданнях М. Твена і Брет Гарта барвисто описано, як перед продажем золотоносної ділянки продавець прагнув вибирати для аналізу шматочки породи з явними вкрапленнями золота, а покупець – порожню породу. Не дивно, що результати відповідних аналізів давали протилежну, але в обох випадках неправильну характеристику досліджуваної ділянки.

Для забезпечення правильності результатів аналізу для кожної групи об'єктів розроблено та прийнято спеціальні правила та схеми пробовідбору. Прикладом може бути аналіз ґрунту. У цьому випадку слід відбирати кількавеликих порцій досліджуваного матеріалу в різних місцях досліджуваної ділянки і потім об'єднувати їх. Заздалегідь розраховується, скільки має бути точок пробовідбору , на відстані один від одного повинні розташовуватися ці точки. Вказується, з якої глибини повинна бути взята кожна порція грунту, якою вона повинна бути маси, і т.п. Чим більша маса проби, тим вона більш представницька, тому для негомогенного матеріалу загальна маса об'єднаної проби може досягати десятків і навіть сотень кілограмів. Об'єднану пробу висушують, подрібнюють, ретельно перемішують і починають поступово зменшувати кількість досліджуваного матеріалу (для цієї мети існують спеціальні прийоми та пристрої). Але навіть після багаторазового зменшення маси проби може досягати декількох сотень грамів. Зменшену пробу в герметично закритій тарі доставляють до лабораторії. Там продовжують подрібнення і перемішування досліджуваного матеріалу (з метою усереднення складу), і лише потім беруть на аналітичних вагах навішення усередненої проби для проведення подальшої пробопідготовкита наступного вимірювання сигналу.

Пробовідбір - найважливіша стадія аналізу, оскільки помилки, що виникають у цій стадії, дуже важко виправити чи врахувати. Часто помилки пробовідбору роблять основний внесок у загальну похибку аналізу. При неправильному пробовідборі зможе допомогти навіть ідеальне виконання наступних операцій - отримати правильний результат не вдасться.

Пробопідготовка . Ця збірна назва всіх операцій, яким у лабораторії піддають доставлену туди пробу перед виміром аналітичного сигналу. В ході пробопідготовкипроводять різні операції: упарювання, висушування, прожарювання або спалювання проби, її розчинення у воді, кислотах або органічних розчинниках, попереднє окислення або відновлення обумовленого компонента спеціально додаються реагентами, видалення або маскування домішок, що заважають. Часто доводиться проводити концентрування обумовленого компонента - з проби великого об'єму компонент кількісно переводять у малий об'єм розчину (концентрат), де проводять потім вимір аналітичного сигналу. Близькі за властивостями компоненти проби в ході пробопідготовкинамагаються відокремити один від одного, щоб легше було визначити концентрацію кожного окремо. Пробопідготовкапотребує більшого часу та праці, ніж інші операції аналізу; її досить важко автоматизувати. Слід пам'ятати, що кожна операція пробопідготовки– це додаткове джерело похибок аналізу. Чим менше таких операцій, тим краще. Ідеальними є методики, які зовсім не включають стадію. пробопідготовки("Прийшов, виміряв, розрахував"), але таких методик порівняно небагато.

Вимірювання аналітичного сигналу вимагає використання відповідних засобів вимірювання, насамперед точних приладів (ваги, потенціометри, спектрометри, хроматографи тощо), а також попередньо прокаліброваного мірного посуду. Засоби вимірювань мають бути атестовані («повірені»), тобто має бути заздалегідь відомо, яку максимальну похибку може дати вимірювання сигналу за допомогою даного приладу. Крім приладів, для вимірювання сигналу у багатьох випадках потрібні зразки відомого хімічного складу (зразки порівняння, наприклад, державні стандартні зразки). За ними ведуть градуювання методики (див. гл.5), повіряють та налаштовують прилади. Результат аналізу також розраховують за допомогою стандартів.

Розрахунок та оформлення результатів - Найшвидша і найлегша стадія аналізу. Треба тільки вибрати відповідний спосіб розрахунку (за тією чи іншою формулою, за графіком тощо). Так, для визначення урану в урановій руді зіставляють радіоактивність проби з радіоактивністю стандартного зразка (руди з відомим вмістоммура), а потім вміст урану в пробі знаходять, вирішуючи звичайну пропорцію. Однак цей простий спосіб годиться не завжди, а застосування невідповідного розрахункового алгоритму може призвести до серйозних помилок. Деякі способи розрахунку дуже складні та вимагають застосування комп'ютера. У наступних розділах будуть детально охарактеризовані способи розрахунку, що застосовуються в різних методах аналізу, їх переваги, умови застосування кожного способу. Результати аналізу мають бути статистично опрацьовані. Усі дані, які стосуються аналізу цієї проби, відбивають у лабораторному журналі, а результат аналізу вносять у спеціальний протокол. Іноді сам аналітик зіставляє результати аналізу декількох речовин один з одним або з деякими нормативами робить змістовні висновки. Наприклад, про відповідність або невідповідність якості досліджуваного матеріалу встановленим вимогам ( аналітичний контроль).

3315 0

Забруднення важкими металами (ТМ) надає дуже різноманітний несприятливий впливом геть життєдіяльність живих організмів й у цілому біосферу Землі. Поруч із пестицидами, діоксинами, нафтопродуктами, фенолами, фосфатами і нітратами, важкі метали становлять ту «пекельну суміш», яка у майбутньому може поставити під питання саме існування цивілізації. Збільшення масштабу забруднення навколишнього середовища обертається зростанням частоти генетичних мутацій, онкологічних, серцево-судинних, професійних захворювань, інтоксикацій, дерматозів, клінічно значущих порушень імунітету. Настала епоха нанотехнологій супроводжується попаданням у біосферу рідкісних і рідкісноземельних елементів, з якими раніше жива природа практично не стикалася, і тому не має протидіючих біохімічних механізмів можливого недружнього впливу цих елементів на живі системи.

У умовах стає абсолютно необхідним використання аналітичної хімії, що займається засобами визначення хімічного складу природних і штучних матеріалів. Техніку та методи цієї науки застосовують для ідентифікації речовин у складі об'єкта, та для їх точного кількісного визначення. У медицині аналітична хімія становить основу клінічних лабораторних тестів, які допомагають лікарям діагностувати захворювання та досягати успіхів у їх лікуванні. Хімічні аналізи використовують також з метою оцінки ступеня забруднення довкілля та визначення поживної цінності продуктів харчування. Оскільки з підходами аналітичної хімії до аналізу знайомі далеко не всі, слід сказати кілька слів про термінологію. Термін селективнийозначає реакцію з кількома речовинами, термін специфічнийозначає реакцію з однією речовиною. Терміни аналізуватиі визначатинерівнозначні. Пробу (об'єкт) аналізують на вміст у ній одного або декількох компонентів ( аналітів), а процес вимірювання змісту аналіту називається визначенням.

Методи скринінговогодослідження змісту певних елементів у медицині не розроблено; Список елементів для аналізу визначають залежно від клінічних проявів. У Додатку наведено таблиці найважливіших захворювань, синдромів, ознак дефіциту та надлишку есенціальних(= життєво необхідних) мікроелементів за А.П. Авцину та ін. (1991). Дуже часто багатоелементний аналіз використовують у судовій медицині при з'ясуванні причин гострих та хронічних отруєнь. Важливим є такий аналіз і при діагностиці та лікуванні професійних хвороб, викликаних хронічним впливом на організм важких металів (як виробничого, так і екологічного походження).

Для профілактичної медицини в цілому, і особливо для санітарних лікарів дуже важливими є дані про якісний та кількісний склад забруднень середовища проживання та шкідливих домішок у продовольчій сировині та харчових продуктах, що дозволяють розробляти відповідні законодавчі та організаційні заходи. Єдиний надійний спосіб їх отримання - аналіз складу повітря, води, ґрунту та інших об'єктів середовища продовольчої сировини, харчових продуктів. Дані аналізу не можна замінити вивченням технічної документації, оскільки при виробництві нерідкі порушення технології та аварії, а взаємодія забруднювачів у реальному середовищі може бути непередбачуваним, наприклад, антагоністичним або, навпаки, синергічним.

Медична біонеорганіка. Г.К. Барашків

В основі хімічних методів виявлення та визначення лежать хімічні реакції трьох типів: кислотно-основні, ОВР та комплексоутворення. Найбільше значення мають гравіметричний та титриметричний.

Гравіметричнийаналіз полягає у виділенні речовини в чистому вигляді та її зважуванні.

Найчастіше виділення проводять осадженням. Недоліком гравіметричних методів є тривалість визначення, особливо при серійних аналізах великої кількості проб, а також неселективність – реагенти-осадники рідко бувають специфічними, тому часто потрібні попередні поділи.

Титриметричний аналізполягає в точному визначенні об'єму розчину хімічного реактиву з відомою концентрацією, який необхідний для повного протікання реакції з даним об'ємом аналізованого розчину.

Титриметричний аналіз широко застосовується у клінічних та санітарно-гігієнічних лабораторіях для аналізу крові, шлункового соку, сечі, харчових продуктів, питних та стічних вод.

Фізико-хімічні методи

Крім хімічних методів якісного аналізу, відомі інші методи ідентифікації хімічних елементів та їх сполук. Так, ту чи іншу речовину можна виявити фізичними методами аналізу, не вдаючись до хімічних реакцій, або фізико-хімічними методами шляхом вивчення та спостереження фізичних явищ, що відбуваються при хімічних реакціях.

До таких методів, які називають часто інструментальними, належать такі методи якісного аналізу:

спектральний;

Люмінесцентний;

Хроматографічний;

Полярографічний

деякі інші.

Дуже часто хімічні методи поєднують з фізичними та фізико-хімічними методами аналізу, що забезпечує більш високу чутливість та точніші результати аналізу. Підвищення чутливості та вибірковості методів має велике значення для аналізу особливо чистих речовин, що містять слідові кількості домішок. Для визначення малих кількостей (слідів) домішок використовують методи попереднього виділення, концентрування (збагачення) домішок. До цих методів належать:

хроматографічні методи;

екстрагування;

співосадження;

дистиляція (відгін) летких сполук та деякі інші методи.

Поєднуючи ті чи інші методи концентрування з фізичними або фізико-хімічними методами аналізу, можна досягти високого ступеня чутливості, яка у багато разів перевищує чутливість окремих методів.

Електрохімічні методи аналізу та дослідження засновані на вивченні та використанні процесів, що протікають на поверхні електрода або в приелектродному просторі. Будь-який електричний параметр (потенціал, сила струму, опір та ін.), функціонально пов'язаний з концентрацією аналізованого розчину та виміряний, може бути аналітичним сигналом.

Розрізняють прямі та непрямі електрохімічні методи. У прямих методахвикористовують залежність сили струму (потенціалу тощо) від концентрації обумовленого компонента. У непрямих методахсилу струму (потенціал і т.д.) вимірюють з метою знаходження кінцевої точки титрування обумовленого компонента відповідним титрантом, тобто. використовують залежність вимірюваного параметра від об'єму титранту.

Існують різні методи класифікації електрохімічних способів.

Класифікація електрохімічних методів аналізу за параметром електрохімічного осередку, що вимірюється.