Металлы в живых организмах

Приготовим отдельно в чистом виде точно такой же комплекс и растворим отмеренное (известное) его количество в определенном (известном) объеме воды. Сравним окраски полученного раствора (стандарта) и исследуемого раствора. Если они одинаковы, значит и концентрации окрашенного комплекса в растворах одинаковы. А если разные, то можно приготовить такой стандартный раствор, у которого окраска будет совпадать по интенсивности с окраской исследуемого. Допустим, что исходный стандарт пришлось разбавить вдвое. Значит ли это, что исследуемый раствор имеет концентрацию вдвое меньшую, чем исходный стандарт? Да, безусловно! Но ведь можно и еще проще поступить — сравнить поглощение света в тонких слоях стандарта и данного раствора. Предположим, что стандарт поглощает больше светового излучения, чем данный раствор. Это значит, что концентрация вещества в стандарте больше. В результате тщательных исследований было доказано (закон Бугера-Ламберта-Бера), что между интенсивностью потока света I_о, падающего перпендикулярно слою раствора толщиной I, интенсивностью потока света l, прошедшего через слой раствора, и концентрацией раствора с существует математическая зависимость:

Между интенсивностью потока света I_о, падающего перпендикулярно слою раствора толщиной I, интенсивностью потока света l, прошедшего через слой раствора, и концентрацией раствора с существует математическая зависимость

где: k — коэффициент пропорциональности, характерный для данного вещества (коэффициент поглощения).

Очевидно, зная отношение I/I_о и величину k, можно вычислить и концентрацию вещества с. Длину слоя обычно берут равной единице (например 1 см). В точных приборах — спектрофотометрах — интенсивность потока света определяют по величине тока, возбуждаемого светом в фотоэлементе, поставленном за кюветой с раствором.

Целесообразно сначала измерить отношение I/I_о для ряда растворов с известным содержанием окрашенного вещества и построить график зависимости lg I/I_о от концентрации; он будет иметь вид прямой, по наклону которой к оси концентраций можно определить коэффициент поглощения. Имея такой график и зная отношение I/I_о для исследуемого раствора, легко найти и значение концентрации с.

Наша промышленность выпускает спектрофотометры с автоматической записью, в которых перо самописца вычерчивает на бумаге кривую зависимости величин логарифма отношения I/I_о от длины волны поглощаемого света. Пользуясь таким прибором, можно быстро построить калибровочный график. Для менее точных оценок применяют приборы без автоматической записи, в которых поглощение относится не к узкой области длин волн, а к широкому интервалу, выделяемому светофильтрами. Описанные устройства предназначены для исследования поглощения электромагнитных волн определенной длины, характеризующих соединения данного элемента.

Другой путь определения содержания металлов в биологических материалах заключается в изучении спектров испускания, т. е. в использовании методов спектрального анализа. Для того чтобы получить спектр испускания вещества, необходимо подвести к нему энергию — возбудить атомы. Известны различные приемы возбуждения: можно ввести вещество в вольтову дугу, в зону искрового разряда или в пламя, имеющее высокую температуру (например в ацетиленово-кислородное пламя). Полученное таким путем излучение направляют на призму спектрографа, в которой оно разлагается на узкие пучки волн различной длины; электромагнитные волны оставляют отпечаток на фотопластинке в виде ряда линий различной интенсивности. Последняя зависит от количества излучающего вещества. Сравнивая эту спектрограмму со спектрограммой, отвечающей известному количеству вещества, можно судить о концентрации изучаемого элемента в образце.

Существуют и иные методы анализа биологических материалов — все они требуют большого и кропотливого труда по подготовке образцов, но зато обеспечивают высокую точность анализов. Гораздо труднее задача — определить виды связей данного металла в биологически активных молекулах. Она отчасти также решается оптическими методами, в частности изучением инфракрасных спектров поглощения.

Исследование свойств комплексных ионов металлов ведет к раскрытию широких перспектив в биологии, практической медицине, сельском хозяйстве и позволяет разработать методы сознательного управления тонкими процессами жизнедеятельности.

Закончим на этом наш краткий обзор аналитических определений и вместе с тем закончим и книгу о металлах в организме в надежде, что читатель оценит исключительную роль металлов в поддержании жизни на Земле.