Эмиссионный и абсорбционный спектральный анализ, его медицинское применение

Спектры поглощения и испускания вещества являются источником информации о качественном составе (из каких молекул или атомов состоит вещество), количественном соотношении различных компонентов вещества, их состоянии и структурной организации.

В спектральном анализе используют как спектры испускания (эмиссионный спектральный анализ), так и спектры поглощения (абсорбционный спектральный анализ).

В зависимости от энергии (частоты) фотона, испускаемого или поглощаемого атомом (или молекулой), классифицируют следующие виды спектроскопии: радио-, ИК, УФ, видимого излучения, рентгеновская.

По типу вещества источника спектра различают атомные, молекулярные спектры и спектры кристаллов.

В медицинских целях эмиссионный анализ служит в основном для определения микроэлементов в тканях организма, небольшого количества атомов металлов в консервированных продуктах с гигиенической целью, некоторых элементов в трупных тканях для целей судебной медицины и так далее.

Абсорбционные спектры широко используются в современных биохимических и биофизических работах.

Различают качественный (определение состава вещества) и количественный (определение концентраций соединений, входящих в данное вещество) спектральный анализ.

Имеется три основных формы гемоглобина: дезоксигемоглобин (степень окисления иона железа 2+, нет лиганда), оксигемоглобин (степень окисления иона железа 2+, лиганд - молекула кислорода), метгемоглобин (степень окисления иона железа 3+, лигандом является молекула воды). Каждая из форм гемоглобина характеризуется своим спектром поглощения (рис. 5.) Таким образом, в рассматриваемом нами образце гемоглобина, как мы можем заключить качественно, присутствуют оксигемоглобин (полосы поглощения 541 и 577 нм) и метгемоглобин полосы поглощения 500 и 630 нм).

Рис. 5. Спектры электронного поглощения оксигемоглобина (1), дезоксигемоглобина (2), метгемоглобина (3). Фосфатный буфер; рН 7.

Для количественных оценок необходимо знать величины экстинкций (e) форм гемоглобина на определенных длинах волн. Величина экстинкции равна поглощению (оптической плотности) определенного вещества, взятого в концентрации 1 моль (при l =1см). Учитывая, что оптическая плотность разбавленных растворов гемоглобина определяется формулой:

(8)

где с – концентрация гемоглобина в молях, e - экстинкция форм гемоглобина в (моль^.см)^-1, l- длина кюветы в см (обычно l =1 см).

Измерив оптическую плотность на двух длинах волн (577 и 500 нм), легко найти концентрации форм гемоглобина (с_met и c_oxy), решив систему двух уравнений:

(9)

В рассматриваемом случае (см. рис. 4): D₅₇₇=0.650, D₅₀₀=0.310, e_{577, oxy}=15.370 л^.мМ^-1.см^-1, e_577,met=4.1 л^.мМ^-1.см^-1,

e_{500, oxy}=5.05 л^.мМ^-1.см^-1, e_500,met=9.04 л^.мМ^-1.см^-1.

Подставляя величины в систему уравнений, получаем величины концентрации форм гемоглобина: с_oxy=4,2^.10^{-5 М, c}_met=1,08^.10^{-5 М.}

Подобным образом рассчитывают концентрации форм гемоглобина в крови пациентов в клинике.

Ряд фотометрических методов по определению концентрации вещества в окрашенном растворе (концентрационная колориметрия) разработан на основе закона Бугера-Ламберта-Бера В этих методах измеряют световые потоки, прошедшие через раствор, коэффициент пропускания или оптическую плотность. Нижние границы концентраций, определяемых с помощью колориметров, в зависимости от рода вещества составляют 10^-3 ¸ 10^-8 моль/л.

Приборы, используемые в концентрационной колориметрии, имеют общее название - колориметры; их подразделяют на субъективные (визуальные) и объективные (фотоэлектроколориметрические). ФЭК используют в клинической практике, в частности, для измерения насыщения крови кислородом, то есть для определения количества оксигемоглобина. Соответствующие приборы называют оксигемометрами или оксигемографами.

.

Дата добавления: 2014-01-07