биологические методы анализа

БИОЛОГИЧЕСКИЕ МЕТОДЫ АНАЛИЗА

методы качеств. обнаружения и количеств. определения неорг. и орг. соединений, основанные на применении живых организмов в качестве аналит. индикаторов. Живые организмы всегда обитают в среде строго определенного хим. состава. Если нарушить этот состав, напр., исключив из питательной среды определяемый компонент или введя его дополнительно, организм через некоторое время подаст соответствующий сигнал. В Б. м. а. устанавливаются связи характера и (или) интенсивности ответного сигнала с количеством определяемого компонента. В качестве индикаторов применяются микроорганизмы (бактерии, дрожжи, плесневые грибы), водоросли и высшие растения, водные беспозвоночные и позвоночные животные (простейшие, ракообразные, моллюски, личинки комаров, олигохеты, пиявки, рыбы и др.), насекомые, черви, а также ткани, разл. органы и системы (нервная, кровеносная, половая и др.) теплокровных. Питательная среда м. б. естественной, искусственной или синтетической.

Ответный сигнал индикаторного организма на нарушение хим. состава среды м. б. самым разнообразным: изменение характера поведения, интенсивности роста, скорости метаморфоза, состава крови, биоэлектрич. активности органов и тканей, нарушение функций органов пищеварения, дыхания, размножения, патологоанатомич. изменения организма, летальный исход. Например, при применении микроорганизмов в качестве аналит. индикаторов исследуемый компонент можно определять по характеру и интенсивности пигментации и люминесценции (для фотобактерий), динамике накопления биомассы, диаметру зоны угнетения роста микробов, изменению электропроводности растворов, pH, по качеств. составу и интенсивности газообмена и др. Все изменения оценивают визуально или измеряют с помощью приборов, напр. спектрофотометров, потенциометров, аналит. весов. Для обработки сигналов индикаторного организма применяют вычислительную технику.

Диапазон определяемых содержаний веществ, как и предел обнаружения, зависит от ряда факторов: направленности и продолжительности воздействия хим. соед. на организм, температуры и pH среды, уровня организации биол. объекта, его индивидуальных, возрастных, половых особенностей и др. Предел обнаружения, как правило, понижается с увеличением продолжительности наблюдения за индикаторным организмом и повышением температуры (до температуры свертывания белка). Эксперимент может продолжаться до 40–50 сут. Предел обнаружения C_min можно оценить по уравнению: , где-интервал времени с момента начала воздействия до появления аналит. сигнала, n и K-эмпирич. константы, зависящие от биол. активности организма и определяемого вещества в растворе. Значения п и К неодинаковы для разных видов организмов и могут характеризовать избирательность Б. м. а. Иногда, даже при учете ряда переменных факторов, влияющих на предел обнаружения, ответная реакция организма на одно и то же количество определяемого вещества не воспроизводится. Эти отклонения трудно объяснимы и описываются законами мат. статистики.

Как правило, Б. м. а. отличаются высокой чувствительностью и избирательностью определения биологически активных веществ, напр. предел обнаружения тиамина с помощью бактерий Streptococcus salivarius составляет 1∙10⁻⁵ мкг/мл, хлорофоса с помощью некоторых ветвистоусых рачков — 1∙10⁻⁴ мкг/мл. Кроме того, в ходе анализа можно получить информацию о воздействии определяемых веществ на жизнедеятельность организмов.

Б. м. а. применяют для определения ядов разл. назначения (в т. ч. средств защиты растений), витаминов, аминокислот, большого числа продуктов орг. и неорг. синтеза, в частности при контроле загрязнений окружающей прир. среды, оценке эффективности работы промышленных очистных сооружений.

При своем росте и развитии организмы извлекают из среды некоторые элементы и накапливают их в клетках, что можно использовать для концентрирования и селективного извлечения катионов.

^{Лит.: Рубенчик Л. И., Микроорганизмы — биологические индикаторы. К., 1972; Микробиологические методы определения витаминов, аминокислот и антибиотиков, пер. с англ., М., 1968; Туманов А. А., в кн.: Анализ окружающей природной среды, Горький, 1980, с. 3-13: Ausgewahlte Methoden der Wasserun-tersuchung, 2 Aufl., Bd 2, Jena, 1982.}

_{А. А. Туманов}