СПЕКТРАЛЬНЫЙ АНАЛИЗ

СПЕКТРАЛЬНЫЙ АНАЛИЗ (лат. spectrum представление, видение + греч. analysis освобождение, разложение) — физический метод качественного и количественного определения атомного и молекулярного состава вещества, изучения его структуры и характера внутримолекулярных связей. Различные виды

C. а. широко используются в практике медико-биологических исследований, и в частности для определения в различных биол. жидкостях содержания белков, нуклеиновых к-т, витаминов и других веществ.

С. а. основан на спектроскопии атомов и молекул и проводится путем изучения их спектров (см. Спектроскопия). Различают С. а. атомный (АСА), молекулярный (MCA), эмиссионный и абсорбционный. С помощью АСА определяют элементный состав образца по атомным (ионным-спектрам испускания и поглощения) MCA позволяет определять молекулярный состав вещества по молекулярным спектрам поглощения, люминесценции, комбинационному рассеянию света. Эмиссионный С. а. основывается на анализе спектров испускания атомов, ионов и молекул, возбужденных различными способами, а абсорбционный С. а.— на анализе спектров поглощения электромагнитного излучения объектами исследования (атомами, молекулами, ионами вещества, находящегося в различных агрегатных состояниях).

В биологии и медицине чаще используют эмиссионный и абсорбционный С. а. Пробу анализируемого материала тем или иным способом вводят в так наз. атомизатор — устройство, обеспечивающее испарение твердых или жидких проб и диссоциацию соединений на атомы (ионы). В эмиссионном С. а. атомы (ионы) пробы переводятся в возбужденное состояние, их излучение в спектральном приборе преобразуется в спектр, к-рый и регистрируется (см. Молекула). О наличии в пробе атомов того или иного элемента судят по появлению в спектрограммах аналитических линий этого элемента. При количественном АСА сравнивают интенсивности двух спектральных линий в спектре пробы, одна из к-рых принадлежит определяемому элементу, а другая, называемая обычно линией сравнения,— основному элементу пробы, концентрация к-рого должна быть известна, или специально вводимому в пробу элементу известной концентрации («внутренний стандарт»). Для количественной оценки строят градуировочные графики, отражающие зависимость интенсивности анализируемой спектральной линии от концентрации исследуемого элемента в наборе эталонных проб.

Для возбуждения излучения в эмиссионном С. а. используют дугу постоянного или переменного электрического тока, искровой разряд, пламя и пр. Важной в практическом отношении разновидностью эмиссионного С. а. является пламенная фотометрия (см.).

Абсорбционный С. а. основан на измерении поглощения атомным паром светового потока, испускаемого источником дискретного излучения (обычно лампой с полым катодом). Приборы, работающие по данному принципу, получили название атомно-абсорбционных спектрофотометров (см. Спектрофотометрия).

При проведении MCA осуществляют качественное и количественное сравнение спектра исследуемого образца со спектрами индивидуальных веществ. В мед.-биол. исследованиях наибольшее распространение получил С. а. молекулярных спектров поглощения в инфракрасной (ИК), ультрафиолетовой и видимой областях спектра. В ряде случаев MCA комбинируют с другими методами идентификации веществ, напр, с хроматографическими (см. Хроматография).

MCA в ИК-области спектра связан с изучением спектров поглощения, обусловленных основными колебаниями почти всех группировок, встречающихся в органических соединениях. Молекулы, имеющие одинаковые структурные элементы (группы), обнаруживают общие черты в ИК-спектрах поглощения, например группа С=0 соответствует полосе 5,49—6,17 мкм (1820— 1620 см-1), SH-группа — 3,90— 3,88 мкм (2565—2575 см~х), CN-группа — 4,54—4,35 мкм (2200— 2300 см~г) и т. д. Присутствие таких характеристических полос в колебательных спектрах различных веществ позволяет установить наличие определенных функциональных групп и во многих случаях определить структурный тип вещества. Интерпретация спектров органических соединений, основанная на характеристических частотах групп, является в значительной мере эмпирической и связана с тщательным сравнением многих спектров, поскольку на них сильно влияют межмолекулярные взаимодействия и многие внутримолекулярные факторы.

MCA в видимой и УФ-областях спектра, так же как и ИК-спектроскопия, может служить для идентификации тех или иных хим. соединений. Наибольшее применение MCA находит при количественном анализе, выявлении структурных параметров макромолекул, а также при анализе течения нек-рых хим. реакций. Поглощение света сложными органическими соединениями определяется наличием в них определенных хим. группировок, напр, содержащих двойные связи (олефины, диены, полиены) или тройные связи (полиины и енины). Интенсивно поглощают свет в видимой и УФ-областях спектра карбонильные и ароматические группировки. По мере усложнения структуры молекулы (увеличения длины цепочки, числа сопряженных двойных связей) максимум поглощения, как правило, сдвигается в длинноволновую область спектра. Спектр поглощения хромофоров, обусловленный в первую очередь их хим. структурой, зависит также от величины pH, полярности растворителя или свойств близлежащих молекул. Иногда для целей биол. исследований в структуру изучаемой молекулы вводят дополнительный хромофор («репортерную» группу), отличающийся в спектральном отношении от остальных частей молекулы.

MCA — один из ведущих методов в практике биол. исследований. Он широко используется для определения содержания в биол. жидкостях различных ионов, измерения концентрации белков, нуклеиновых к-т, витаминов, ферментов и т. д.

Важной в практическом отношении разновидностью MCA является люминесцентный С. а. (см. фосфоресценции (см.), можно получить сведения о концентрации и конформации молекул, их взаимодействии с растворителем и пр. Люминесцентный метод анализа благодаря его высокой чувствительности используют для выявления и локализации в живых клетках таких веществ, к-рые невозможно обнаружить обычными методами.

См. также Рентгеноспектральный анализ.

Библиография: Гусинский М. Н. и Лобачев К. И. Состояние и тенденции развития атомно-абсорбционной спектрофотометрии, М., 1975; Карякин А. В. и Грибовская И. Ф. Эмиссионный спектральный анализ объектов биосферы, М., 1979, библиогр.; Прайс В. Дж. Аналитическая атомноабсорбционная спектроскопия, пер. с англ., М., 1976; Райхбаум Я. Д. Физические основы спектрального анализа, М., 1980, библиогр.; Тарасов К. И. Спектральные приборы, Л., 1977; Фрайфелдер Д. Физическая биохимия, пер. с англ., М., 1980.

Р. Р. Лидеман.