WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!


Pages:     || 2 |
GAS CHROMATOGRAPHY ГАЗОВАЯ ХРОМАТОГРАФИЯ IN MEDICINE В МЕДИЦИНЕ K. N. ZELENIN..

One of modern analytical -‰‡fl ‡‡‰fl, ‡-·„ methods, the method of gas chromatography, is Введение. Знакомство школьников с аналитичеdescribed. The capabiliскими химическими методами обычно ограничиваties of this method are ется отдельными пробирочными реакциями. Межillustrated with its applicaду тем современный арсенал физико-химических методов анализа чрезвычайно широк, а чувствиtions to clinical and bioтельность и избирательность многих из них могут logical tasks.

поразить воображение даже искушенного специалиста. Цель статьи – ознакомиться с одним из современных аналитических методов и получить ‡‡‚‡fl ‰ представление о том, какие возможности метод дает ‚ ‡‡хотя бы в одной из практических областей. Для это го выбран метод газовой хроматографии в приложении к медицинским проблемам.

‡ ‰‚ – Хроматография включает группу аналитических ‰ „‡‚ ‡„‡методов, применяемых для разделения смесей со. единений на основании определенных физических свойств отдельных веществ. Принцип, лежащий в ‰‡ fl основе процесса, – избирательное распределение „ ‚ компонентов смеси между двумя несмешивающи‰-·„ мися фазами: подвижной и неподвижной. Неподвижной фазой могут быть твердое вещество или ‰‚‡fl.

жидкость, закрепленная на пористом носителе, а подвижной – жидкость или газ.

Честь открытия хроматографии принадлежит русскому ботанику М.С. Цвету, который в 1903 году впервые разделил растительные пигменты. Тогда Цвет писал: “Следовало ожидать... что всевозможные порошкообразные вещества окажут воздействие на хлорофилловые пигменты в лигроиновых растворах, и возникла надежда, что систематическое изучение вопроса бросит некоторый свет на сущность адсорбционных явлений и позволит выработать на их основании новый метод физического отделения веществ”. Вот как в 1942 году английский химик Стрейн оценил открытие Цвета: ”Был предложен новый остроумный метод химического анализа, которому предназначено оказать влияние на жизнь человечества и всего живого мира”. Неудивительно, что другой английский химик предлагал назвать этот метод “цвет-анализом”, чтобы отдать должное М.С. Цвету. Принятое название метода “хроматография” в переводе с греческого означает “цветопись” и перекликается с именем первооткрывателя.

К настоящему времени разработано множество видов хроматографических техник: колоночная, тонкослойная, бумажная, ионообменная, весь спектр электрофоретических методов, аффинная хроматография, высокоэффективная жидкостная,, ‹11, ©.., сверхкритическая жидкостная и, наконец, газовая хроматографические колонки, детектор, система хроматография. Впервые идея использования газа в регистрации и обработки данных.

качестве подвижной фазы была высказана МартиИспаритель служит для перевода жидкой пробы ном и Синджем (1941 год), а практически реализов паровую фазу. Объем жидкой пробы, вводимой вана Джеймсом и Мартином (1952 год) в разделешприцем-дозатором, не превышает 10 микролитров.

нии летучих жирных кислот.

Сердце газового хроматографа – хроматографиВ чем суть метода Газовая хроматография – ческая колонка. Существуют два основных типа коуниверсальный метод разделения смесей разнооб- лонок: насадочные и капиллярные. Насадочные разных веществ, испаряющихся без разложения.

колонки представляют собой стеклянные или меПри этом компоненты разделяемой смеси переме- таллические трубки длиной от 1 до 5 м со внутренщаются по хроматографической колонке с потоком ним диаметром от 1,5 до 5 мм. Они заполнены “наинертного газа (газа-носителя). Разделяемая смесь садкой” – твердой основой с нанесенной на нее многократно распределяется между газом-носите- неподвижной фазой. В качестве твердой основы ислем (подвижной фазой) и нелетучей неподвижной пользуются различные пористые вещества, на пожидкой фазой, нанесенной на инертный материал верхности которых должна образоваться тончайшая (твердый носитель), которым заполнена колонка.

пленка неподвижной фазы.

Принцип разделения – неодинаковое сродство орМожно использовать саму стенку колонки как ганических веществ к летучей подвижной фазе и твердую основу. Тогда речь идет о капиллярной костационарной фазе в колонке. Компоненты смеси лонке. Технология изготовления капиллярной коселективно удерживаются неподвижной фазой, а лонки – это нанесение на стенку длинного капилзатем выходят из колонки и регистрируются детекляра из кварцевого стекла (как правило, до 30 м) тором. Сигналы детектора записываются в виде тончайшего слоя неподвижной фазы. Эта технолохроматограммы автоматическим потенциометром гия позволила существенно улучшить параметры (самописцем) или же регистрируются на экране разделения смесей. У капиллярных колонок предкомпьютера. Эффективность разделения смеси распочтение отдают малым диаметрам (0,25 мм).

тет с увеличением числа элементарных актов расЧисло стационарных фаз безгранично. Для выпределения веществ между подвижной и неподвижполнения хроматографического анализа необходиной фазами.

мо подобрать характеристики колонки. Наиболее Разделение многокомпонентных проб и их региважный этап – выбор стационарной фазы. Непострация находят применение в нефтяной, металдвижная фаза должна соответствовать следующим лургической, химической, фармацевтической, пикритериям: химическая стойкость, низкое давление щевой и других отраслях промышленности. С пара в диапазоне рабочих температур колонки, доповышением экологических требований к среде статочные коэффициенты распределения, достаобитания, продуктам, лекарствам можно ожидать точная селективность по отношению к исследуееще более широкого внедрения газовой хроматомым веществам, низкая вязкость. В повседневной графии в повседневную жизнь. Оправдано и понятпрактике используются сотни жидких фаз, обладано применение газовой хроматографии в рутинном ющих хорошими коэффициентами разделения к анализе, например бензина или природного газа.



различным классам веществ. Жидкая фаза наносится на твердый носитель, обладающий большой Устройство газового хроматографа. Газовый хроудельной поверхностью, прочный и химически матограф отличается замечательной простотой. Неинертный. Чаще всего это особым образом подгосмотря на многочисленные усовершенствования, товленные диатомитовые земли или полимерные ключевые компоненты его конструкции неизменадсорбенты.

ны (рис. 1). Основные узлы газового хроматографа следующие: источник газа-носителя и блок подго- Температуру и скорость газа-носителя можно варьтовки газов, испаритель, термостат колонок и сами ировать в широких пределах. Использование легких газов-носителей (гелий) ускоряет анализ, а относительно тяжелых (азот) улучшит качество разделения в ущерб скорости. Скорость газа выбирают экспе1 2 3 4 риментально для удовлетворительного разделения компонентов смеси и максимального ускорения анализа. Так как характер разделения находится в завиПроба симости от температуры, хроматографическая колонка размещается в программируемом термостате.

Рис.1. Принципиальная схема газового хроматоРазделение смеси веществ с широким диапазоном графа: 1 – газ-носитель, 2 – испаритель, 3 – хротемператур кипения начинают при низкой темпераматографическая колонка, 4 – детектор, 5 – самотуре термостата, а затем программируют постоянное пишущий регистратор, 6 – измеритель скорости повышение температуры для элюирования высокопотока, 7 – термостат.

кипящих компонентов. Казалось бы, с увеличением.. длины колонки и уменьшением скорости передви- Сигнал, мв жения эффективность разделения должна возрасtR А тать. На практике, однако, при этом вещества разtR Б мываются из-за диффузии. Поэтому существует оптимальный компромисс между эффективностью работы колонки, диффузией и временем анализа.

h/А Б Выбор детектора – ключ к успеху. Эволюция газовой хроматографии во многом – история соверВремя, мин Ввод пробы шенствования способов детектирования. Детектор фиксирует изменение какого-либо физического Рис. 2. Типичная хроматограмма. А, Б – пики сосвойства газа-носителя при попадании в поток исответствующих компонентов, tR A и tR Б – время удерживания соединений А и Б, h/2 – полувысота следуемого вещества. В настоящее время в практике пика А, – ширина пика А на его полувысоте.

газовой хроматографии применяются следующие основные виды детекторов: детектор по теплопроводности (катарометр), пламенно-ионизационный Определение количественного состава смеси осдетектор, термоионный детектор, детектор элекновано на допущении того, что интенсивность пика тронного захвата, масс-спектрометр. Кроме того, каждого компонента пропорциональна его содердостаточно широко применяются фотоионизацижанию в смеси. В качестве меры интенсивности онный детектор, детектор хемилюминесценции, принимается площадь пиков S. Обычно для этого атомно-эмиссионный детектор, спектрофотометумножают его высоту h на ширину, измеренную рические детекторы.

на полувысоте пика: S = h.Конкретным примером хроматограммы может служить хроматограмма смеВыбор детектора принципиально важен для анаси карбоновых кислот (рис. 3). Анализ данных в солиза биологических проб. Критериями выбора яввременных хроматографах автоматизирован. Как ляются чувствительность и диапазон применения.

правило, полученные данные обрабатываются ЭВМ, Катарометр позволяет определить вещество, содерсопоставляются с базами данных, подвергаются жание которого в пробе составляет 10- 3%. Чувствистатистической обработке.

тельность ионизационных детекторов к органическим веществам значительно выше (10- 8%). Для Хромато-масс-спектрометрия – новый этап. Притермоионного детектора чувствительность по отноменение масс-спектрометра в качестве детектора шению к фосфорсодержащим соединениям возрастает еще на 3–4 порядка. Электронозахватный детектор практически нечувствителен к соединениям без атомов галогенов, зато по отношению к полигалогенпроизводным на 2–3 порядка чувствительнее, чем ионизационно-пламенный детектор. Таким образом, при правильном выборе колонки, детектора и с учетом малого объема пробы предел обнаружения веществ методом газовой хроматографии составляет 10- 12–10- 13 г, что превосходит многие другие методы анализа.

Что такое хроматограмма Каждому компоненту смеси на хроматограмме соответствует отдельный пик (рис. 2). Время от начала хроматограммы до появления вершины пика называется временем Рис. 3. Хроматограмма смеси карбоновых кисудерживания (tR). При строгом воспроизведении лот: 1 – уксусная, 2 – пропионовая, 3 – масляная, всех условий время удерживания является такой же 4 – валериановая.

физико-химической характеристикой вещества, как его плотность, показатель преломления и т.д.

газового хроматографа явилось событием такого Определение качественного состава смеси промасштаба, что потребовало самостоятельного наиводится путем сопоставления времени удерживания менования. Эта комбинация называется хроматоданного компонента и эталона – вещества известмасс-спектрометрия. Масс-спектрометр обладает ной структуры. Совпадение времени удерживания способностью не только зарегистрировать появлеэталона и определяемого компонента может указыние в нем разделяемого компонента, но и установать на их идентичность. Эталон чаще всего добаввить его структуру. Широкое применение хроматоляется в исследуемую смесь (метод метки). При этом число пиков на хроматограмме не должно из- масс-спектрометров вызвало необходимость создаменяться, а интенсивность пика одного из компо- ния гигантских библиотек – баз данных масс-спекнентов должна увеличиваться. тров всевозможных соединений. Итак, в методе, ‹11, газожидкостной хроматографии (ГЖХ) широко ва- ганизмов, обладающих способностью к быстрому рьируются температура, скорость газа-носителя, росту, эти этапы исследования занимают не менее параметры хроматографической колонки, жидкая двух суток. С помощью газовой хроматографии фаза, тип детектора. Это создает совершенно уни- можно проводить ускоренную (менее двух часов) кальные условия для решения различных аналити- идентификацию микроорганизмов по спектру спеческих задач. цифических компонентов их мембран или специфическим продуктам пиролиза.





‰ fl Угроза газовой гангрены. Каждый двадцатый ра„‡‚ ‡„‡ неный в годы второй мировой войны страдал от Газовая хроматография используется во многих гнойно-септических осложнений, вызванных анаэ областях медицины: в гигиене и экологии для опре- робными бациллами – возбудителями газовой гангделения содержания вредных примесей в воздухе, рены. Успехи в лечении позволили снизить число воде и пищевых продуктах; в токсикологии и судеб- осложнений, вызванных анаэробными микроорганой медицине для диагностики отравлений техниче- низмами почти в 100 раз. Немалую роль в этом сыгскими жидкостями (хлорпроизводными углеводоро- рал тот факт, что определение карбоновых кислот дов, алкоголем и его суррогатами) и пестицидами сделало возможным верификацию диагноза анаэсамой различной структуры; в фармакологии и фар- робной инфекции в течение нескольких часов, тогмации для контроля качества препаратов, исследо- да как традиционные бактериологические методы вания метаболизма лекарственных средств. Любой дают ответ в лучшем случае через 4–5 суток. В качеиз этих примеров мог бы стать предметом отдельно- стве примера на рис. 4, а дана хроматограмма гнойго разговора, но мы остановимся лишь на некото- ных выделений легких больного, пораженного анарых аспектах использования газовой хроматогра- эробной инфекцией, в которых присутствует набор фии в клиническом анализе.

жирных кислот. Из рис. 4, б видно, как под действием антибиотика эти кислоты исчезают, кроме уксусПрименение газовой хроматографии в биохиминой кислоты, являющейся нашим естественным ческих целях сравнительно долго не получало должметаболитом. Таким образом, метод ГЖХ становитной оценки. Считалось, что биологические объекты ся методом клинического контроля.

недостаточно летучи и малоустойчивы к различным физико-химическим воздействиям, применяемым в Исследования состава липидов крови привели к газохроматографическом анализе. Успехи в разработпониманию проблемы атеросклероза – болезни, веке методов расщепления липидов, углеводов и белдущей к появлению ишемической болезни сердца, ков до более простых компонентов и превращение их нарушениям мозгового кровообращения. Для пракв летучие соединения открыли широкую дорогу для тической медицины разработаны простые и эффекприменения метода в биохимическом анализе.

тивные средства диагностики нарушений метабоАнализ карбоновых кислот не устаревает. В исслелизма липидов. В повседневной практике врачи довании липидов, в особенности жирных кислот, ежедневно назначают исследования холестерина, газовая хроматография произвела настоящую ревотриглицеридов, липопротеидов. При разработке люцию и до настоящего времени не имеет альтернаэтих рутинных методик газовая хроматография тивы. Первым анализом, выполненным с помощью использовалась как референтный метод, то есть газовой хроматографии, стало определение Джеймметод-эталон. Широкое внедрение во врачебную сом и Мартином карбоновых кислот. В процессе практику исследований метаболизма липидов метаболизма микробные клетки производят низшие карбоновые кислоты, причем набор кислот является как бы визитной карточкой того или иного 1 2 микроорганизма. Самый авторитетный справочник по таксономии, то есть по классификации микроорганизмов, “Определитель Bergey” содержит сведения о наборе карбоновых кислот, вырабатывае- мых в процессе сбраживания различных субстратов разными микроорганизмами.

Традиционные пути идентификации микроорганизмов – возбудителей инфекционных заболеваний или гнойно-воспалительных процессов включают в себя несколько этапов: посев биологического мате- аб риала на питательные среды, затем получение чисРис. 4. Хроматограмма гноя из плевральной потых (то есть состоящих из одинаковых микробов) лости при анаэробном сепсисе: а – до лечения, культур, выращивание их на средах обогащения и б – после двухнедельного лечения антибиотиком лишь затем их идентификацию по характеру разруцефалоспорином; 1 – уксусная кислота, 2 – прошения тех или иных субстратов. Даже для микроор- пионовая, 3 – масляная, 4 – изовалериановая.

Pages:     || 2 |










© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.