4. Газо-адсорбционная хроматография и газо-жидкостная хроматография: определение, сущность, применение в медико-биологических исследованиях.

ГАЗО-АДСОРБЦИОННАЯ ХРОМАТОГРАФИЯ - метод анализа смесей газов и легколетучих веществ. Разделение основано на различии в адсорбции на поверхности твердого носителя (адсорбента). Адсорбция может быть обусловлена неспецифическими (ориентационными, индукционными и дисперсионными) и специфическими взаимодействиями (комплексообразованием, либо образованием водородной связи) и зависит от природы адсорбента и сорбата. В качестве адсорбентов используют пористые носители, которые обладают химической, физической и термической стабильностью. Адсорбционная активность зависит от удельной поверхности (определяется геометрической структурой носителя) и удельной поверхностной энергии (определяется химической структурой поверхности). ГАЗО-ЖИДКОСТНАЯ ХРОМАТОГРАФИЯ -вид хроматографии, в которой подвижной фазой служит газ, а неподвижной - жидкость, нанесенная тонким слоем на твердый носитель; вариант газовой хроматографии. Неподвижная жидкая фаза должна быть термически стабильной, химически устойчивой, иметь небольшую вязкость. ГЖХ применяют для разделения и анализа соединений, которые могут быть переведены в парообразное состояние без разложения, а также для определения таких физико-химических характеристик вещества, как константа распределения, константа комплексообразования, теплота растворения.

5. Методы количественной обработки хроматограмм: абсолютная калибровка, метод простой и внутренней нормировки, метод внутреннего стандарта.

КОЛИЧЕСТВЕННЫЙ ХРОМАТОГРАФИЧЕСКИЙ АНАЛИЗ основан на измерении различных параметров пика, зависящих от концентрации хроматографируемых веществ. ОСНОВНЫМИ МЕТОДАМИ КОЛИЧЕСТВЕННОГО АНАЛИЗА являются следующие: метод абсолютной калибровки, метод внутреннего стандарта, метод простой нормировки и нормировки с калибровочными коэффициентами. В МЕТОДЕ АБСОЛЮТНОЙ КАЛИБРОВКИ экспериментально определяют зависимость высоты или площади пика от концентрации вещества и строят градуировочные графики. Далее определяют те же параметры пиков в анализируемой смеси и по градуировочному графику находят концентрацию анализируемого вещества.  МЕТОД ВНУТРЕННЕГО СТАНДАРТА основан на введении в анализируемую смесь точно известного количества стандартного вещества. В качестве стандартного выбирают вещество, близкое по физико-химическим свойствам к компонентам смеси. Это вещество должно отсутствовать в исследуемой смеси и давать на хроматограмме пик, отдельный от других компонентов. После хроматографирования измеряют площади пиков анализируемого компонента и стандартного вещества.  МЕТОД ПРОСТОЙ НОРМИРОВКИ основан на том предположении, что вещества, взятые в одинаковом количестве, дают одну и ту же площадь пика, независимо от их строения. Это приближенно выполняется, если вещества химически сходны. МЕТОД ВНУТРЕННЕЙ НОРМИРОВКИ с калибровочными коэффициентами основан на учете различия чувствительности детектора по отношению к компонентам анализируемой смеси.

6. Электрическая подвижность ионов , факторы, влияющие на ее величину.

Скорость направленного движения иона, т. е. путь, пройденный ионом в растворе под действием электрического поля в направлении к электроду за единицу времени, зависит от действующей на ион силы, т. е. от напряженности электрического поля:

V ⁼ иЕ

где V — скорость движения иона, м/с; Е - напряженность поля, В/м; и - коэф­фициент пропорциональности, называемый электрической подвижностью иона или просто подвижностью иона, м²/(В • с).

ПОДВИЖНОСТЬ ИОНА характеризует его способность преодолевать со­противление среды при направленном движении в электрическом по­ле. Рассмотрим основные факторы, влияющие на подвижность иона в водных растворах при наличии электрического поля.

Заряд и радиус иона, т. е. его природа: чем больше заряд и чем меньше радиус иона, тем сильнее гидратируется ион, тем ниже подвижность иона в растворе.

Природа растворителя, его диэлектрическая проницаемость и вязкость. Чем полярнее растворитель, тем больше размеры гидратированного иона и меньше его подвижность. Вязкость растворителя обуславливает сопротивление среды движущемуся иону: чем больше вязкость, тем меньше подвиж­ность иона.

Температура раствора. При повышении температуры уменьшают­ся вязкость растворителя и толщина сольватных оболочек ионов, а также снижается межионное взаимодействие. Все это приводит к уве­личению подвижности ионов.

Ионная сила раствора. Чем больше ионная сила раствора, тем сильнее межионное электростатическое взаимодействие и создаваемые им тормозящие эффекты.

Концентрация ионов. Чем больше концентрация ионов в раство­ре, тем сильнее электростатическое взаимодействие ионов, снижающее их подвижность. Концентрация ионов зависит от силы электролита и его количества в растворе. При разбавлении растворов сильных электро­литов подвижность соответствующих ионов растет, поскольку уменьша­ется их концентрация, а следовательно, снижается межионное взаимо­действие в растворе. В растворах слабых электролитов (обычно а < 0,03) подвижность ионов практически не зависит от разбавления, так как концентрация ионов в этих растворах всегда невелика.

Поскольку подвижность ионов зависит от многих факторов, и прежде всего от их концентрации в растворе, то для характеристики свойств ионов используются значения предельной электрической под­вижности ионов в данном растворителе при данной температуре.

Предельной подвижностью иона (и°, м²/(В • с)) называется средняя скорость его направленного движения, приобретаемая им в бесконечно разбавленном растворе в однородном элек­трическом поле напряженностью 1 В/м.

7. Удельная электрическая проводимость

Количественной характеристикой способности растворов проводить ток служит электрическая проводимость.

Электрической проводимостью называется физическая вели­чина, обратная электрическому сопротивлению проводника: ω = 1 /R.

Единицей электрической проводимости в СИ является сименс (См), 1 См - 1 .

Электрическое сопротивление однородного проводника прямо про­порционально его длине l и обратно пропорционально площади попе­речного сечения в:

В = (рl)/s

где р - удельное сопротивление, характеризующее природу проводника и вы­ражаемое в Ом • м.

Удельная электрическая проводимость характеризует свойства про­водящей среды — раствора электролита.

Удельная электрическая проводимость раствора электро­лита равна количеству электричества, переносимому содер­жащимися в нем ионами через поперечное сечение раствора площадью 1 м² в однородном электрическом поле напряженно­стью 1 В/м за 1 секунду.

Удельная электрическая прово­димость зависит от многих факторов, и прежде всего от природы электро­лита, его концентрации и температу­ры. Анализ позволяет сделать следующие выводы:

1. Удельная электрическая проводимость максимальна у растворов сильных кислот и несколько меньше у растворов сильных оснований, что объясняется полной диссоциацией этих электролитов и высокой подвижностью ионов Н₃0+ и ОН^-.

2. Наименьшие значения во всем интервале концентраций имеет удельная электрическая проводимость растворов слабых электролитов (СН3СООН) в связи с низкой концентрацией ионов в их растворах (а « 1).

3. Удельная электрическая проводимость растет с концентрацией до некоторых максимальных значений, что отвечает увеличению ко­личества ионов в единице объема раствора. Достигнув максимума, удельная электрическая проводимость начинает снижаться несмотря на рост концентрации электролита. Подобный характер зависимости связан у сильных электролитов с уменьшением подвижности ионов из-за возрастающего по мере увеличения концентрации раствора межионного взаимодействия, а у слабых электролитов - со снижением степени электролитической диссоциации, а значит, с уменьшением ко­личества ионов.

При снижении концентрации электролита до очень малых значе­ний (при с —> 0) удельная электрическая проводимость растворов элек­тролитов стремится к удельной электрической проводимости чистой воды (10"⁶-1()-⁵ См/м).

Увеличение температуры повышает удельную электрическую про­водимость, так как возрастают подвижность ионов и степень электро­литической диссоциации слабого электролита.

8. МОЛЯРНАЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ ПРОВОДИМОСТЬ

Молярная электрическая проводимость электролита (λ)равна удельной электрической проводимости его раствора с концентрацией 1 моль/м³.

Между значениями удельной и молярной электрической проводи­мости существует соотношение:

λ = x(капа)/с'

где x - удельная электрическая проводимость, См/м; с' - концентрация элек­тролита в растворе, моль/м³.

Молярная электрическая проводимость в СИ выражается в См • м²/моль.

Значение молярной электрической проводимости любого электролита при разбав­лении раствора (при с —> 0) увеличивается, стремясь к постоянной величине, называемой пре­дельной молярной электрической проводимостью и обозначаемой λ°.

Предельной молярной электрической проводимостью элек­тролита (λ°) называется значение молярной электрической проводимости его бесконечно разбавленного раствора.

Увеличение λ при с —> 0 связано у слабых электролитов с ростом степени диссоциации при разбавлении раствора ( -> 1 при с —> 0), т. е. связано с увеличением количества ионов, образуемых 1 моль электролита при данной температуре. Так как даже при очень боль­шом разбавлении полная диссоциация слабого электролита не дости­гается, то экспериментально значения для слабого электролита не могут быть измерены.

У сильных электролитов при бесконечном разбавлении уменьшается межионное взаимодействие, подвижность ионов достигает предельных значений поэтому молярная электрическая проводимость перестает зависеть от концентрации и становится постоянной величиной. Молярная электрическая проводимость при данном разбавлении λ все­гда меньше значения предельной молярной электрической проводимости λ°.

9. Предельная молярная электрическая проводимость.

Предельной молярной электрической проводимостью иона называется количество электричества, переносимое 1 моль ионов данного сорта в бесконечно разбавленном растворе в од­нородном центрическом поле напряженностью 1 В/м через поперечное сечение раствора площадью 1 м² за 1 секунду.

Значения предельной молярной электрической проводимости ио­нов позволяют рассчитать предельную молярную электрическую про­водимость данного электролита на основании закона Кольрауша.

Предельная молярная электрическая проводимость данно­го электролита равна сумме предельных молярных проводимостеи ионов, входящих в его состав.

На основе экспериментально определенной величины л для иссле­дуемого раствора и величины λ°, вычисленной для соответствующего электролита по закону Кольрауша, можно рассчитать:

1. степень диссоциации слабого электролита в растворе а=λ/λ0

2. константу его диссоциации

3. коэффициент электрической проводимости сильного электроли­та в растворе

10. КОНДУКТОМЕТРИЧЕСКИЕ МЕТОДЫ АНАЛИЗА

КОНДУКТОМЕТРИЕЙ называется метод анализа, основанный на определении электрической проводимости жидких сред.

В основе кондуктометрии лежит измерение электрического со­противления исследуемых объектов. Кондуктометрия применяет­ся, например, для определения суммарного содержания электро­литов в различных биологических средах (в плазме и сыворотке крови, желудочном соке, моче, тканевой жидкости), для контро­ля качества минеральных вод и различных напитков, чистоты фармацевтических препаратов, качества посола мясных и рыб­ных консервов, степени очистки воды, ионитов и т. п. Во всех случаях сопротивление образца сравнивается со стандартной ве­личиной, отклонение позволяет судить о качестве продукта.

Кондуктометрия является одним из наиболее точных методов определения констант диссоциации физиологически важных сла­бых электролитов, изоэлектрических точек аминокислот, пептидов и белков. Кондуктометрию применяют для изучения проницаемо­сти биологических мембран, для сравнения объема клеток и меж­клеточного пространства, например объема эритроцитов в крови.

Кондуктометрическим титрованием называется титриметрический метод анализа, в котором точка эквивалентно­сти определяется по изменению электрической проводимости раствора в ходе титрования.

Кондуктометрическое титрование состоит в том, что к точ­ному объему исследуемого раствора, помещенного в электро­химическую ячейку, добавляют из бюретки равными порциями титрант и после каждого добавления измеряют электрическое сопротивление в ячейке.

1. Титрование сильной кислоты сильным основанием, на­пример раствора НСL раствором NаОН.

2. Титрование слабой кислоты (сн3соон) раствором силь­ного основания

3.Титрование смеси кислот: сильной (НС1) и слабой (сн3соон) — раствором сильного основания.

11. ЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ ПРОВОДИМОСТЬ БИОЛОГИЧЕСКИХ ОБЪЕКТОВ В НОРМЕ И ПАТОЛОГИИ

Живой организм с точки зрения электрохимии можно рас­сматривать как систему, состоящую из клеток и межклеточно­го пространства, заполненных растворами электролитов. В об­щую электропроводимость вносят вклад неорганические ионы: калия, натрия, хлора, карбонатов, фосфатов; а также ионы ор­ганических кислот, белков и других органических соединений. Большое влияние на электрическую проводимость биологиче­ских сред оказывают меж- и внутриклеточные мембраны, осо­бенно при использовании постоянного тока. В этом случае на мембранах под действием постоянного электрического поля за счет перераспределения ионов возникает нарастающая до неко­торого предела электродвижущая сила (ЭДС) противоположного направления, что уменьшает электрическую проводимость сис­темы в целом.

В соответствии с законами электрической проводимости луч­ше проводят ток биожидкости и ткани небольшой плотности, со­держащие много воды и высокоподвижных ионов.

Изучение электропроводящих свойств тканей и органов жи­вых организмов имеет большое значение для понимания особен­ностей их строения и функционирования в норме и патологии. Так, удельная электрическая проводимость мочи в норме лежит в пределах 1,6-2,3 См/м. При заболеваниях почек (нефрит, нефросклероз, гломерулонефрит) электрическая проводимость мо­жет уменьшаться до 0,9-1,4 См/м, что связано с уменьшением концентрации NаСl и увеличением содержания белка. При диабете электрическая проводимость мочи также понижена до 0,9-1,4 См/м из-за повышенного содержания сахара, являюще­гося неэлектролитом.

Электрическая проводимость желудочного сока зависит глав­ным образом от содержания в нем свободной соляной кислоты. В норме удельная электрическая проводимость желудочного со­ка составляет 1,0-1,25 См/М. Значения свыше 1,25 См/м указы­вает на гиперкислотность, в пределах 0,8-1,0 - на гипокислот- ность, а менее 0,8 - свидетельствуют о бескислотности.

Показано, что при воспалительных процессах электрическая проводимость клеток сначала уменьшается вследствие набуха­ния клеток и увеличения клеточного объема, затем увеличива­ется в связи с ростом проницаемости мембран.

Электрическая проводимость крови изменяется в процессе свертывания. На определе­нии электрической проводимости крови основано изучение кро­венаполнения органов и сосудов. Электрическая проводимость цельной крови меньше, чем других клеточных жидкостей, по­этому при наполнении сосудов кровью их электрическое сопро­тивление повышается.

Определение электрической проводимости тканей широко используется в диагностике. Электрическая проводимость боль­шинства тканей и сред организма лежит в основе таких физио­терапевтических методов лечения, как ионофорез, электростиму­ляция, диатермия, ультравысокочастотная терапия и т. п.

Измерение электрического сопротивления кожи имеет боль­шое практическое значение для клинической рефлексологии, так как позволяет объективно определять местонахождение био­логически активных (акупунктурных) точек на нашем теле. В области акупунктуры (1-3 мм²) кожа имеет низкое электросо­противление (1-3 кОм), тогда как остальные участки кожи име­ют электросопротивление 20-100 кОм.

Знание и понимание основных закономерностей электриче­ской проводимости клеток и тканей необходимо для того, что­бы освоить соответствующие разделы таких курсов, как физио­логия человека, патофизиология, физиотерапия, общая и ком­мунальная гигиена.