Диссертация (1150300), страница 3
Текст из файла (страница 3)
Следует отметить, что подобные методы анализасостоянияотдельныхмалоинвазивностьюиклетокиотсутствиеморганизмавнеобходимостицеломхарактеризуютсяполученияклеточногоматериала. Эти технологии, позволяющие визуализировать физиологические ипатофизиологические сдвиги, приобрели особое значение в биомедицинскихнауках.Разработка методов измерения показателей оксигенации биологическихобъектов, активно развивается уже на протяжении многих лет. Изначально ееформирование началось с использования в исследованиях кислородных сенсоровКларка [15], специальных фотометрических (с использованием миоглобина) [16],[17] и ЭПР-систем [18], которые показали свою информативность дляфундаментальных исследований в сфере изучения процессов биоэнергетики,метаболизма, клеточной биологии и токсикологии.В дальнейшем возможности детектирующих систем были существеннорасширены за счет микроэлектродов [19], [20], [21], систем для смежных клеток[22],ЭПР-зондов[23],19F-изотопныхисследований[24],примененияпимонизадола в качестве красителя [25], фибро-оптических сенсоров [26], О2сенсоров, основанных на гашении фосфоресценции и использовании растворимыхзондов [27], кислородного имаджинга в реальном времени [28], а также былоулучшено техническое обеспечение ранее разработанных инструментальныхметодов.В настоящее время описан и апробирован достаточно широкий спектрразличных кислородных сенсоров, протоколов измерения и прикладныхинструментов для его осуществления, причем каждый из них имеет своипреимущества и ограничения.
Для того чтобы адекватно подобрать и использоватьих в отношении конкретной биологической модели или исследовательской задачи,необходимо оценить их аналитические возможности для рассматриваемых условийэксперимента, установить структурно-функциональные взаимоотношения иразработать детальный протокол измерения.131.2.3 Технологические водные средыСнижение содержания растворенного кислорода в водных технологическихсредахявляетсяважнейшейзадачейсовременнойпромышленности.Вбольшинстве случаев основная достигаемая при этом цель - резкое снижениекоррозионного износа конструкционных материалов при их контакте с воднымитеплоносителями. Ощутимого снижения скорости коррозии технологическогооборудования удается достичь при содержании растворенного кислорода в воде науровне 50 мкг/дм3 и менее [29].
Это требование относится и к высокочистой воде,используемой для других целей. В частности, присутствие кислорода в воде,используемой в электронной промышленности, становится причиной образованияоксидного слоя на поверхности подложек изделий, скорость роста которогозависит от времени взаимодействия воды с поверхностью и от концентрациирастворенного кислорода.
Образование оксидного слоя происходит даже тогда,когда используется ультрачистая вода с низким уровнем растворенного кислорода– (40 - 60) мкг/дм3 [30]. В фармацевтической промышленности присутствиекислорода в воде способствует окислению лекарственных препаратов, чтонегативно сказывается на их качестве и сроке хранения. В настоящее время припроизводствепродуктоввнутривенного(парентерального)питания,деоксигенацию воды для приготовления растворов, содержащих биологическиактивные субстанции, осуществляют путём прямого барботажа азота высокойчистоты [31]. При этом контроль содержания растворенного кислородаосуществляется в обязательном порядке, так как критичным параметромстановится ограничение времени проведения процесса приготовления субстанций- высокочистая вода сохраняет свою апирогенность не более 24 часов.
В это времявходит и стадия деоксигенации.1.3 Методы определения концентрации растворенного кислородаШироко используемые методы определения концентрации растворенногокислорода в воде условно можно разделить на несколько групп: химические,оптические и электрохимические.14Основой химических методов определения являются химические реакции сучастием аналита с последующим определением тем или иным способомокончания химических реакций (регистрация реагирующих масс, объемовреагентов).Достоинствамихимическихметодовявляютсяпростотаихосуществления, отсутствие необходимости использования сложной аппаратуры, вомногих случаях удовлетворительная обеспечиваемая точность.К оптическим методам анализа относят физико-химические методы,основанные на взаимодействии электромагнитного излучения с веществом,которое приводит к различным энергетическим переходам.
Такие переходырегистрируются экспериментально в виде поглощения, отражения или рассеянияэлектромагнитного излучения.К электрохимическим методами анализа относят совокупность методованализа,основанныхнапроцессах,происходящихнаэлектродах.Дляаналитического определения выбирают электродный процесс, параметры которого(электродныйпотенциал,силатока,количествоэлектричестваит.д.),пропорциональны концентрации определяемых веществ.Для разделения и выделения из водных растворов кислорода и других газовтак же применяется метод жидкостно-газовой хроматографии, основанный нахроматографическом процессе со стационарной газовой фазой.1.3.1 Химические методы определения растворенного кислородаТитрование по Винклеру – первый известный метод определенияконцентрации растворенного кислорода.
Предложенный более 100 лет назад, этотметод до сих пор не потерял своей актуальности. Метод основан наколичественном взаимодействии растворенного кислорода со свежеосажденнойгидроокисью Mn(II). Для реализации метода к пробе воды добавляются растворысульфата марганца, гидроксида калия и иодида калия. В результате образуетсягидроксид Mn(II). Растворенный в пробе кислород вступает в реакцию с Mn (II) ипоследовательно окисляет его до Mn(III) или Mn (IV):Mn2+ + 2OHˉ → Mn(OH)2152Mn(OH)2 + 1/2O2 + H2O → 2Mn(OH)32Mn(OH)2 + O2 → 2MnO2·H2OПри подкислении соединения марганца (III), (IV) образуется свободный иодиз раствора иодида, который далее титруется тиосульфатом натрия:MnO2·H2O + 4H+ + 2Iˉ → Mn2+ + I2 +3H2OI2 + Iˉ → I3 ˉI3ˉ + 2S2O32ˉ → 3Iˉ + S4O62ˉНа определение кислорода методом Винклера оказывает мешающее влияниемножество факторов, в том числе присутствие нитрит-иона, двух- и трехвалентного железа и других редокс примесей, а так же взвешенных частиц илиорганических веществ.
Тем не менее, уже в 1925 году метод был включен в сборникстандартных химических методов анализа вод [32], благодаря своей надежности ипростоте исполнения. Для устранения влияния редокс примесей были разработаныразличные модификации метода Винклера [33], [34], [35], часть которых впоследствие так же была включена в сборник «Standard methods» [32].Основнойметрологическихпроблемойобсуждаемогохарактеристикявляетсяметодаприопределениистандартизацияегоконцентрациирастворенного кислорода. Для этого используется процедура насыщения водыкислородом воздуха при фиксированной температуре. Однако отсутствиеединообразия процедуры зачастую приводит к значительным погрешностям.Источниками перечисленных и многих других проблем этого метода являются:частая стандартизация из-за малой устойчивости растворов тиосульфата натрия[36], использование крахмала в качестве индикатора (его нестойкость иуменьшение чувствительности с повышением температуры) [37], а такжепроцедура фиксации кислорода в растворе.
Кроме того, наличие органическихпримесей как явных восстановителей будет оказывать влияние на определениесодержания кислорода на всех этапах анализа [8], [38].В работе Поттера [39] утверждается, что даже на уровне 0,0007 мгО2/дм3стехиометрия основополагающих реакций сохраняется, и что основным фактором,определяющим нижний предел является чувствительность иод-крахмальной16реакции, которая оценивается как 0,02 - 0,05 мгО2/дм3. Таким образом можносказать, что уровень 0,05 мгО2/дм3 - это нижний предел обнаружения, а уровень 0,2мгО2/дм3 можно трактовать, как нижний предел метода, на котором погрешностьдостигает 10-20% и более.Согласно аттестованным методикам, используемым в аналитическойпрактике в Российской Федерации, метод Винклера обеспечивает диапазонопределения растворенного кислорода от 1,0 до 15,0 мг/дм3 с погрешностью 10%длявсегодиапазона[40],[41].Дляпроизводственныхводтепловыхэлектростанций был разработан отдельный отраслевой стандарт, содержащийописание определения растворенного кислорода по методу Винклера в диапазонеот 50 до 200 мкг/дм3 [42].
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
