Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования
ПЕТРОЗАВОДСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
ВВЕДЕНИЕ В ЛАБОРАТОРНУЮ ДИАГНОСТИКУ
Для студентов II курса медицинского факультета
Специальностей 060101 Лечебное дело и 060103 педиатрия
Петрозаводск
Издательство ПетрГУ
2014
Рассмотрена и утверждена к печати на заседании редакционной комиссии по отрасли и науки и техники
Печатается по решению редакционно-издательского совета
Петрозаводского государственного университета
Составители:
В.П. Андреев, доктор химических наук, профессор
П.С. Соболев, кандидат химических наук, старший преподаватель
ВВЕДЕНИЕ
Настоящие методические указания позволяют на примере некоторых классов органических соединений, присутствующих в живом организме (аминокислоты, пептиды, белки, углеводы, липиды и нуклеиновые кислоты), познакомиться с основными физико-химическими методами их выделения из биологического материала, а также освоить принципы установления их структуры и количественного содержания.
В качестве способов выделения и очистки компонентов сложных смесей в лекционном курсе дисциплины “Введение в лабораторную диагностику” рассмотрены различные хроматографические методы. К ним относятся газовая и жидкостная (жидко-жидкостная, адсорбционная, ионообменная, ситовая, аффинная) хроматография, которые подразделяются на два варианта – колоночная и в тонком слое.
В данном пособии для качественного и количественного анализа соединений привлекаются такие аналитические методы исследований как электронная и инфракрасная спектроскопия, спектроскопия комбинационного рассеяния, ядерный магнитный резонанс и масс-спектрометрия.
Крайне важно, что все эти физико- химические методы в настоящее время широко используются в различных современных приборах в клинической диагностике. В то же время квалифицированный медик обязан понимать достоинства и границы применения используемых аналитических методов.
В конце методических указаний приведены вопросы к коллоквиумам и зачету, а также список рекомендуемой литературы.
Физико-химические методы исследования структуры органических соединений
Среди многообразных физических методов, которые применяются при исследовании строения органических молекул, наибольший интерес представляет взаимодействие вещества с элетромагнитным излучением в широком интервале частот, начиная с радиоволн и кончая γ-лучами, т.е. по всему электромагнитному спектру. При этом происходит изменение энергии молекул, которое определяется соотношением Бора
ΔЕ = Ек- Ен = hν
где ΔЕ – изменение энергии системы; Ек и Ен – энергия системы в конечном и начальном состояниях; h – постоянная Планка; ν – частота излучения.
Энергия переходов между двумя энергетическими уровнями может быть измерена в электрон-вольтах (эВ) или калориях (кал).
Связь между энергетическими и волновыми параметрами выражается следующими соотношениями:
λ нм = 107/ν см-1 = 28591/Е ккал/моль = 1239,8/E эв;
ν см-1 = 0,34976·103·E ккал/моль = 8,0658·103·E эв = 107/λ нм;
Е ккал/моль = 23,061·E эв = 2,8591·10-3·ν см-1 = 28591/λ нм;
E эВ =012398·10-3·ν см-1 = 4,3363·10-2·Е ккал/моль = 1239,8/λ нм
Например, длине волны 400 нм соответствует волновое число 25 000 см-1, энергия 3,100 эв/молекулу или 71,5 ккал/моль.
В табл.1 приведен полный спектр электромагнитных волн, который выражен как в энергетических единицах (в электрон-вольтах), так и в волновых параметрах.
Таблица 1 Электромагнитный спектр
Электромагнитный спектр простирается от γ-лучей с длиной волны 10-10 см до радиоволн с длиной волны порядка 104 см; таким образом, длины волн изменяются по электромагнитному спектру на 15 порядков. Энергия по спектру также отличается на 15 порядков и изменяется от 107 эв и более для жестких лучей до 10-8 эв для радиоволн.
Высокоэнергетическая область спектра начинается γ-лучами с энергией 107 эв и более и длиной волны порядка 10-11 см. Это излучение вызывает изменение в энергетическом состоянии ядер, и изучение его дает возможность получить сведения о ядерных силах и взаимодействиях (область спектроскопии γ –резонанса).
Энергия порядка сотен тысяч электрон-вольт (длина волны 10-8 см) соответствует рентгеновским лучам, при действии которых происходит изменение энергетического состояния внутренних электронов атома, расположенных вблизи ядра. Изучение этого взаимодействия дает возможность определить энергию связи внутренних электронов ( область рентгеноспектральных исследований).
Энергия порядка десятков электрон-вольт (длина волны более 10-8 см) отвечает ультрафиолетовой и видимой областям спектра и соответствует изменению энергии валентных электронов (область электронной спектроскопии).
Следующая, инфракрасная, область простирается от 10-4 до 10-2 см. Энергия в этой области соответствует энергии переходов между колебательными уровнями атомов в молекулах и составляет доли электрон-вольта (область колебательной спектроскопии).
К инфракрасной области примыкает микроволновая область. Микроволновое поглощение связано с изменением энергии вращения атомов в молекуле и с колебаниями атомов в кристаллической решетке (область микроволновой спектроскопии).
Далее идет идет область радиоспектроскопии (область спектроскопии ядерного магнитного резонанса, ядерного квадрупольного резонанса и электронного парамагнитного резонанса).
Область электромагнитного спектра, которая изучается при помощи спектральных приборов, основанных на оптическом методе разложения излучения, называется областью оптических спектров.