Приглашаем посетить сайт

Большая медицинская энциклопедия (1970)
СПЕКТРАЛЬНЫЙ АНАЛИЗ

СПЕКТРАЛЬНЫЙ АНАЛИЗ

СПЕКТРАЛЬНЫЙ АНАЛИЗ, один из методов анализа, в к-ром используются спектры (см. Спектроскопия, спектроскоп), даваемые тем» или иными телами при их накаливании! или при пропускании через растворы лучей, дающих сплошной спектр. Для исследования растворов и получения спектров поглощения каких-либо пигментов может быть с успехом использован в качестве источника света также и солнечный луч, к-рый и сам дает спектр поглощения, о чем свидетельствует наличие в нем Фраунгоферовых линий. Фраунгоферовы линии- это узкие полоски, пересекающие солнечный спектр, полосы же спектров растворов пигментов имеют довольно большую ширину и их легко можно отличить от Фраунгоферовых линий, хотя по существу и те и другие представляют собой следы лучей, задержанных растворами пигментов или накаленными парами или газами. Фраунгоферовы линии были открыты немецким ученым Фраунгофером в 1802 г. Они играют большую роль в целях ориентировки. Благодаря им весь спектр разделяется на -определенные участки, а это способствует определению места нахождения исследуемых полос или-линий. Определение длины волн, соответствующих разным цветным лучам, Фраунгофер произвел при помощи диффракционной решотки, и поэтому, наблюдая солнечный спектр по Фраунгоферовым линиям, можно определять не только место расположения полосы, но и самые длины 'волн, выраженные в тц. С. а. был открыт в 1859 году Кирхгофом (Kirchhoi), и с тех пор область его применения все время расширяется. В последнее время ов стал находить себе применение в клин, лабораториях для исследования гл. обр. крови и мочи с диагностическими целями. Растворы кровяного пигмента-гемоглобина (НЬ)-способны поглощать нек-рые лучи, входящие! в состав белого солнечного луча, и поэтому при рассматривании в спектроскоп такого солнечного луча, прошедшего через раствор НЬ, мы будем наблюдать т. н. адсорпционный спектр, или спектр поглощения НЬ, т. е. наряду с узкими Фраунгоферовыми линиями мы будем видеть довольно широкие темные полоски в разных участках спектра шириной в 10-30 т/«, Для каждого пигмента имеются свои полосы поглощения и по этим полосам, по месту расположения их можно судить о наличии того или другого пигмента. Так напр. находящийся в нормальной крови здорового человека оксиге-моглобин дает спектр с 2 полосами поглощения I Я= 589-577 тц и IIЯ =556-536 тр. Чтобы получить этот спектр, необходимо кровь развести по крайней мере в 200 раз. При меньшем разведении обе полосы могут сливаться и давать одну сплошную полосу поглощения. Несомненно, при этом играет роль также ширина сосуда, в к-ром находится раствор крови. При прибавлении к этому раствору 1-2 капель зернистого аммония [(NH₄)₂S] картина изменится: получается спектр восстановленного, редуцированного НЬ с одной широкой полосой А =596-543 т/г. При отравлении окисью углерода в крови появляется пигмент карбоксигемоглобин, характеризующийся спектром с 2 полосами поглощения, сдвинутыми несколько в сторону фиолетового конца спектра, если сравнить его со спектром оксигемоглобина. Длина волн поглощенных лучей I А =579-564 и II А =548-530 т/г. При восстановлении сернистым аммонием этого раствора картина не должна изменяться в случае, если количество карбоксигемогло-бииа составляет 15 - 20% по Цимке (Ziemke) и 10% по Шумму (Schumm).-В случае отравления анилином в крови появляется пигмент метгемоглобин, дающий опять характерный спектр. Но чтобы его обнаружить, необходимо наблюдение производить на более густом растворе крови, примерно 0,1 см³ крови в 0,5 см³ Н₂0. При таком разведении в спектре появится характерная для метгемоглобина полоса поглощения в красном участке спектра с А =630-620 m/i. При разбавлении водой в желто-зеленом и зеленом участках спектра появятся еще 2 полосы, совпадающие с полосами оксигемоглобина, и наконец 4-я полоса, характерная для метгемоглобина, лежит между 518-486 m/i. Эта полоса мало заметная, а поэтому присутствие метгемоглобина в крови может быть установлено уже, как было сказано, по наличию полосы в "красном участке спектра.- При отравлении мышьяковистым водородом, а также и при других заболеваниях в крови могут произойти гемолиз кровяных шариков и в связи с гемолизом распад пигмента на гло- бин и гемохромоген; но т. к. в плазме крови имеется большой избыток 0₂, то гемохромоген находится в состоянии окисления-в виде ге-матина, и при рассматривании этого пигмента в спектроскоп мы обнаружим полосу в красном свете с А =640-630 т/г. В области желто-зеленого и зеленого цветов будут находиться также полосы поглощения, но характерной является полоса в красном свете. При прибавлении (NH₄)₂S гематин восстанавливается и превращается в гемохромоген с двумя полосами поглощения I А=565-554 и ИА=536-523 т/л. В случае, если полоса в красном свете обусловлена наличием метгемоглобина, то при восстановлении (NH₄)₂S получится спектр НЬ с 1 широкой полоской А =596-543 т/г, а не гемохро-могена с 2 полосами. Из пигментов, легко распознаваемых в спектроскопе, надо упомянуть еще об уробилине и порфирине. Последний встречается в незначительных количествах и в моче здоровых людей, но при нек-рых заболеваниях количество этого пигмента может быть значительно увеличено. Порфирин характеризуется спектром с полосами I А =597-587 т/г, II А-- тень около576-565 и III Я = 557 - 541 т/г. Получить его можно из мочи при свинцовом отравлении по методу Геррода, осадив из 200 см³ мочи 40 см³10%-ного NaOH (порфирин увлекается осаждающимися фосфатами). Промытый осадок растворяется затем в 0,5-1,0 см³ 25%-ной НС1, и спектр поглощения рассматривается в спектроскоп. При отравлении сульфоналом, при врожденной порфиринурии в моче появляется порфирин, по спектру весьма похожий, но по хим. свойствам отличный от порфирина,-т. н. уропорфирин. Уробилин, встречающийся в моче при нек-рых заболеваниях, характеризуется спектром с широкой полосой поглощения А = 510 - 490 т/г. Для подобного анализа весьма удобным является карманный спектроскоп (см. Спектроскопия, спектроскоп).

К. Лавровский. Спектральный анализ биологический--чрезвычайно интересный и важный новый метод исследования тонкого метаболизма тканей и клеток, идущий- без нарушения их структуры. Применение биол. С. а. стало возможным благодаря открытию митогенетических лучей (см.). Удалось установить, что различные химические процессы, лежащие в основе возникновения этих лучей, качественно отличаются один от другого набором присущих им длин волн (линий). Так. обр. для каждого хим. источника излучения имеется свой характерный спектр. Исследуя источник митогенетического излучения, в настоящее время необходимо знать его спектр. Сравнивая полученную картину с уже изученными шаблонами главных источников излучения (гликолиз, протеолиз, расщепление фосфорной кислоты и т. д.), удается в каждом конкретном случае выяснить характер процессов, лежащих в основе данного излучения. Сложные физиол. источники излучения оказались содержащими по существу целый набор простых хим. процессов--гликолитических, протеолитических и т. д. В дальнейшем выяснилось, что колебания спектральных картин чрезвычайно тонки и позволяют делать выводы, значение к-рых выходит далеко за пределы проблемы митогенеза, представляя существенное значение для физиологии, химии и др. дисциплин. Так, методом С. а. были установлены тонкие различия химизма нервного возбуждения , вызванного различными раздражителями- термическим, механическим и т. д.; совершенно своеобразный спектр получается в случае физиол. возбуждения. Спектрально отличается характер метаболизма в месте раздражения от места проведения и т. д. Нек-рые данные С. а. представляют интерес при решении ряда вопросов биологической и общей химии. Особый интерес представляет то обстоятельство, что т. н. вторичное излучение (см. Митогене-тические лучи) является резонантным, т. е. отвечает спектрально на спектр первичного облучения; очень важно отметить, что при монохроматическом воздействии достаточно одной линии данного спектра, чтобы вызвать вторично весь спектр в целом. Это явление, к изучению к-рого только сейчас приступают, представляет высокий теоретический интерес. Сама техника эксперимента чрезвычайно проста и сводится к тому, что исследуемый источник излучения располагается перед входной щелью кварцевого спектрографа, в выходной плоскости к-рого на местах, соответствующих различным длинам волн и отмечаемых особой шкалой, располагается детектор излучения-жидкая или твердая дрожжевая культура. По наличию или отсутствию эффекта в том или ином детекторе можно судить о присутствии различных линий спектра. Путем сличения с простейшими в хим. отношении источниками выясняется содержание данного спектра. Этот метод, позволяющий исследовать спектральное содержание источника с точностью до 10 А, может быть значительно уточнен при работе с монохроматорной подвижной щелью, снабженной шкалой и позволяющей вырезать по всему протяжению спектра участки шириной в несколько (1-3) А. Этот же метод за- а В С

D

E b

F

750 700 650

600

550

500 450 ' Оксигемо-глобин Гемоглобин Метгемогло- бин (вейтр. р.) Гематип кис.1. р. Гематин щел. р. Карбоксиге- моглобин Гемохромо-ген Гематопир-фнрин ВИСЛ, р- Гематопор->ирин (щсл. р.) Уробилин ьммиач. p.+Znl'lj Хлорофил

750 700 650

600

550

500

I)

Kb

F

ставляет пересмотреть первоначальный грубый спектр. Выясняется, что во многих широких линиях митогенетически активной является полоска шириной в несколько А, остальные участки (полосы) митогенетически пусты. Для получения общих ориентировочных результатов практикуются шаблоны-_грасположение детектора только в нескольких пунктах спектра, соответствующих главнейшим хим. процессам. Главные спектрально исследованные источники излучения (см. рисунок): 1) Гликолиз-наилучше изученными источниками его являются: а) молочнокислое брожение, б) гемолизиро-ванная кровь с добавлением глюкозы, в) алкогольное брожение и др. Совпадение спектров этих химически весьма различных процессов говорит зато, что гликолитическое излучение связано с первым этапом процесса- распадом молекулы глюкозы на две составляющие ее триозы; только в этом начальном этапе химизм таких процессов, как например молочнокислое и алкогольное (дрожжи) брожение, совпадает; дальнейший ход гликолиза в различных случаях различен. Наиболее характерными для гликолиза являются следующие линии-1 900-20 А, 1 940- 50 А, 1 960-70 А, 2 170-80 А. 2) Протеолитический спектр - примером служит переваривание фибрина или серум-альбумина желудочным соком и дипептидов (глицил-гли-цина) эрепсином. Совпадение в спектрах этих двух процессов заставляет связывать излучение с общим для них моментом отщепления группы NH₂. Наиболее характерные линии-1 980- 90 А, 2030-50 А, 2110-30 А, 2 300-10 А, 2 340-50 А, 2 390- 2 400 А, 2 410-20 А. 3) С п е к т р фосфатазы --в качестве объекта исследовалось действие фосфатазы на лецитин и нуклеиновую к-ту. Наиболее характерные линии, изученные нафосфатазе раковой клетки,-2 150-60 А, 2 240-50 А, 2280-90 А, 2 350-60 А, 2 460-80 А, 2 480-2 500 А-самая длинная из известных нам пока линий митогенетического излучения. Действие фосфатазы печени показывает новые линии-'1980 - 90 А, 1990 - 2 000 А. 4) Спектр распада д и-и полисахаридов - в качестве объекта были использованы мальтоза и сахароза; в соответствии с различием их хим. структуры получены были и различия в спектральной картине. Эти различия позволяют подойти к вопросу о структуре полисахарида (крахмал); совпадение его спектра с таковым мальтозы позволяет утверждать, что он является полимером этой последней. Характерные для мальтозы линии 1970-80А, 1 980-90А, 2 020-30А, 2 230-40А, 2 320-30 А, 2 370-80 А, 2 400-10 А, 2 410- 20 А, 2 430-40 А; для сахарозы характерно отсутствие первых двух линий. 5) Спектр распада креатин-фосфорной к-ты обнаруживается в целом ряде физиол. источников излучения-в мышцах, нерве, текущей крови и т. д., характеризуется линиями 2 000- 20 А, 2 030-60 А, 2 090-2 110 А и т. д. з ы (вызывающей распад мочевины) совпадает со спектрами поглощения и разрушения этого вещества; наиболее характерные линии 1 940 - 50 А, 1950-60 А, 2 040-50 А, 2 050-60 А, 2 080-90 А, 2 290-2 300 А. 7) С п е к т р окислительных процессов изучен на окислении пирогаллола в щелочной среде, окислении глюкозы перманганатом и сыворотки крови перекисью водорода, в особенности же на неорганических окислительных моделях, напр. K₂Cr₃0₇+FeS0₄, HgCl₂+SnCl₂ и т. д. (Браунштейн и Потоцкая). Во всех этих случаях окислительные процессы понимаются в самом широком смысле как процессы обмена электронами между двумя хим. системами (ок

* 20 *0 60 80 4 20 40 00. 2100

2200

2*00

2500 6) Спектр действия фермента у р е а - Диаграмма спектров митогенетического излучения различных химических источников. сиредукционные процессы); специальные опыты показьшают, что момент излучения связан с процессом присоединения электронов к системе, т. е. с редукцией. Спектры различных окислительных реакций весьма сходны, но не идентичны; характерны линии в средней части спектра, для окисления пирогаллолом напр. типичны линии 2 250-70 А, 2 280-2 300 А. Ряд линий, обнаруженных в нек-рых физиол. источниках излучения, в наст, время не может еще быть химически идентифицирован. с. Запкиид.

Лит.: Фриш С, Современные теории спектров, М.-Л., 1931; Хвольсон О., Курс физики, том II, Берлин, 1923; Hicks W., Treatise on the analysis of spectra, Cambridge, 1922; Hund F., Linienspektren und periodisches System der Elemente, Lpz., 1927; К а у -ser H., Tabelle der Hauptlinien der Linienspektra aller Elemente, В., 1926. Биол. спектральный анализ.-Г у р в и ч А., Митогене-тическое излучение, Л., 1934; ЗалкиндС, Проблемы митогенетического излучения, Природа, 1932, № 2; Billig Е., Kannegiesser N. u. Solowjew, Die Spektralanalyse der mitogenetischen Strahlung bei Pepsinverdauung, Ztschr. I. physiol. Chemie, В. ССХ, 1932; Braunstein A. und Potozky A., Unter-suchungen tiber den Chemismus der mitogenetischen Strahlung, Mitt.l, Biochem. Ztschr., B. CCXLIX, 1932; Braunstein A. u. Severin В., то те, Mitt. 3, ibid., B. CCLV, 1932; Golischewa K., Die mitogeneti-sche Spektralanalyse der Blutstrahlung, Mitt. 2, ibid., B. CCXXXVІ, 1931; К a lend ar о t f &., Die Spektralanalyse der Strahlung des markhaltigen Nerven, Pfliig. Arch., B. CCXXXI, 1932; Kannegiesser N., Die mitogenetische Spektralanalyse, Mitt. 1, Biochem. Ztschr., B. CCXXXVІ, 1931; К 1 e n i t z к у S. u. Proko-piewaE., Mitogenetische Spektralanalyse des Polysa-ccharidablauf, ibid., B. CCLXV, 1933; Ponomarewa S., Die mitogenetiscbe Spektralanalyse, Mitt. 3, ibid., B. CCXXXIX, 1931; P о t о z к у A., Untersuchungen ttber den Chemismus der mitogenetischen Strahlung, Mitt. 2, ibid., B. CCXLIX, 1932; Ziemke E., Che-misehe, mikroskopische und physikalische Methoden der Blutuntersuchung (Hndb. d. biol. Arbeitsmethoden, hrsg. v. Abderlialden, Abt. IV, T. 12, В., 1924). См. также лит. к ст. Спектроскопия, спектроскоп.