Еталонна відповідь

Варіант №27

1. Проаналізувати роботу аналітичних індикаторів в біологічних методах.

Найбільш часто в якості індикаторних організмів використовують мікроорганізми: бактерії (роду Bacilus, Pseudomonas, Escherichia, стафілококи), актиноміцети, цвілеві гриби, дріжджі, водорості. Мікроорганізми широко поширені в природі - вони присутні в грунті, водоймах, мулах, повітрі; володіють високою чутливістю до дії біологічно активних речовин; прості у культивуванні та зберіганні; тривалий час зберігають свої властивості у вигляді ліофілізованих препаратів.

Методи визначення речовин з використанням мікроорганізмів припускають культивування чистих індикаторних культур на твердих або рідких поживних середовищах при постійних умовах (температурі, рН, повітрообміні, вологості), а також облік фаз їх росту, що залежать від фізіологічного стану клітини. Зміна хімічного складу живильного середовища призводить до пригнічення або стимуляції зростання як окремої клітини мікроорганізму, так і популяції в цілому, і зіставлення спостережуваного відгуку організму з контрольним досвідом, проведеним в постійній за складом живильного середовища, є основою біологічного методу аналізу.

На щільних поживних середовищах реєструють зміни зовнішнього вигляду колоній, їх розмірів і форми, характерної для кожного виду мікроорганізмів. Методи визначення біологічно активних речовин при цьому засновані на дифузії їх в агаризованому середу з утворенням зон пригнічення або стимуляції росту. Діаметр цих зон є лінійною функцією концентрації визначуваних речовин в деякому її інтервалі. При постійному складі середовища, оптимальних для даного організму рН і температурі величина зон залежить від товщини живильного шару: чим товще шар, тим менше зона. Для аналізу мікробіологічних систем можливе використання явища дифракції світла на мікроорганізмів. В залежності від кількості визначуваного компонента, введеного в прозору живильне середовище, що змінюється помутніння культурального розчину порівняно з контрольним розчином: при придушенні зростання культури інтенсивність помутніння наростає повільно, при стимулюючому дії визначуваної речовини або іона аналізований розчин каламутніє значно швидше контрольного. За даними нефелометрических (фотометричних) вимірювань будують градуірований графік залежності інтенсивності зміни оптичної щільності досліджуваного розчину від концентрації визначуваної речовини, з допомогою якого і отримують результати аналізу. Тривалість аналізу з використанням швидко зростаючих культур становить не менше 3,5-4 ч. залежно від характеру середовища інтенсивність росту (розмноження, пригнічення) популяцій оцінюють оптичними, дифузійними або електрохімічними методами.

При виборі індикаторної культури для вирішення конкретної аналітичної задачі слід брати до уваги харчові потреби організмів. Так, наприклад, автотрофные мікроорганізми, що харчуються в основному неорганічними солями і не потребують органічних сполуках. Для живлення гетеротрофних бактерій, дріжджових культур, цвілевих грибів необхідні органічні речовини.

До широко використовуваних в неорганічному аналізі мікроорганізмів відносяться цвілеві гриби роду Aspergillus. Найбільшим токсичною дією на ці культури мають нітрати ртуті (II), кадмію, талію, що пояснюється блокуванням ними SH-груп молекул білка мікроорганізмів. З аніонів найбільш токсичними для досліджених грибів є і в концентраціях 1,0 і 0,1 мМ відповідно.

Гриби як аналітичні індикатори широко використовують при аналізі грунтів на вміст (на рівні 1 пг/мл - 10 нг/мл) біогенних елементів мінерального живлення рослин, наприклад цинку, міді, марганцю, заліза, молібдену. Можливо також визначати в грунтах засвоювані форми калію, фосфору, вуглецю, азоту, сірки. При цьому враховують те, що ефективності фізіологічного впливу різних елементів на рослини і мікроорганізми принципово не розрізняються. Мікробіологічні методи аналізу в даному випадку часто виявляються більш інформативними, ніж хімічні, так як дозволяють визначати не валовий вміст елементів, а їх фізіологічно активні форми, що впливають на життєдіяльність рослин. Це дозволяє найбільш повно характеризувати родючість ґрунтів.

Ростові реакції мікроорганізмів, що змінюються під дією різних хімічних сполук, застосовують в аналізі природних і стічних вод. З використанням бактерій і дріжджів розроблений дифузійний метод виявлення в стічних водах фенолів, нафтопродуктів, фосфор - та елементорганічних сполук.

Надзвичайно високою чутливістю визначення деяких біологічно активних сполук відрізняється биолюминесцентный метод, заснований на реакції окислення киснем повітря субстрату люциферина, каталізуються ферментами люциферазами. Поряд з люциферином і люциферазой для протікання зазначеної реакції необхідна аденозинтрифосфорная кислота (АТФ), яка бере участь у численних метаболічних реакціях в організмі, будучи акумулятором енергії і її джерелом для самих різних процесів, що протікають в живій клітині. Вміст АТФ в тканинах рослинних і живих клітинах свідчить про енергетичний стан клітин. При пригніченому або стимулююче дії яких-небудь речовин на ріст мікроорганізмів вміст АТФ в них відповідно знижується або підвищується. Специфічність дії люциферази світлячків по відношенню до АТФ, високий квантовий вихід реакції дозволили створити на цій основі високочутливі (з межами виявлення 10-17-10-15 М) і селективні методи визначення АТФ, а також різних метаболітів, у процесі перетворення яких утворюється АТФ. Мікроорганізми широко застосовують при вивченні антибіотичної активності речовин, їх біологічній ролі, контролі технологічних процесів промислового виробництва антибіотиків, вітамінів і амінокислот. Слід відзначити ще один важливий аспект застосування мікроорганізмів у хімічному аналізі концентрування і виділення мікроелементів з розбавлених розчинів. Споживаючи і засвоюючи мікроелементи в процесі життєдіяльності, мікроорганізми можуть селективно накопичувати деякі з них у своїх клітинах, очищаючи при цьому поживні розчини від домішок. Наприклад, цвілеві гриби застосовують для виборчого осадження золота з хлоридних розчинів, очищення розчинів від іонів міді, цинку, заліза.