Комплексное моделирование процесса измерения биохимического потребления кислорода в жидких инкубационных средах

• Автор: Миняев, Михаил Владимирович
• Шифр специальности: 03.00.04
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2007
• Место защиты: Тверь
• Количество страниц: 179 с. : ил.

ВВЕДЕНИЕ.
ГЛАВА 1. Современные представления о методах изучения биохимического потребления кислорода

1.1. Классификация методов измерения концентрации растворенного кислорода.

1.1.1. Физические методы

1.1.2. Химические методы

1.1.3. Оптические методы

1.1.4. Электрохимические методы.

1.1.5. Прочие методы

1.2. Полярографический метод измерения концентрации растворенного кислорода.

1.2.1. Принцип полярографического метода

1.2.2. Полярографическое обнаружение кислорода и измерение

его концентрации
1.2.3. Закрытые полярографические кислородные датчики.
1.3. Факторы, влияющие на точность динамического измерения биохимического потребления кислорода
1.3.1. Автопотребление
1.3.2. Осмотические явления на мембранах закрытых кислородных датчиков
1.3.3. Диффузия атмосферного кислорода в среду инкубации
1.3.4. Собственная емкость закрытых кислородных датчиков
ГЛАВА 2. Материалы и методы исследования
2.1. Объекты исследования.
2.1.1. Кислородный датчик.
2.1.2. Измерительная ячейка.
2.1.3. Вспомогательное оборудование.
2.1.4. Модельная система
2.2. Методы исследования
2.2.1. Подготовка измерительной системы.
2.2.2. Запись кривых поглощения.
2.2.3. Контроль поглощения кислорода объемным методом
2.2.4. Запись кривых насыщения
2.2.5. Измерение собственной кислородной емкости системы
2.2.6. Статистическая обработка результатов.
ГЛАВА 3. Выявление факторов, оказывающих искажающее воздействие на результаты измерения биохимического потребления кислорода биологическими объектами
3.1. Анализ ошибок, допускаемых при изучении потребления кислорода биологическими объектами
3.2. Основные подходы к моделированию процессов, происходящих в измерительной системе во время изучения потребления кислорода биологическими объектами
г 3.2.1. Моделирование аэробного биологического объекта
3.2.2. Моделирование инкубационной среды
3.2.3. Моделирование закрытого кислородного датчика.
ГЛАВА 4. Влияние диффузии атмосферного кислорода в инкубационную среду на результаты измерения потребления кислорода
4.1. Изучение динамики диффузии кислорода из атмосферы в среду инкубации
4.2. Калибровка измерительной системы на поступление кислорода
из атмосферы в среду инкубации.
4.3. Корректировка результатов измерения.
ГЛАВА 5. Собственная кислородная емкость измерительной системы и ее влияние на результаты измерения потребления кислорода
5.1. Вычисление собственной кислородной емкости измерительной системы по косвенным данным
5.2. Экспериментальное определение собственной кислородной емкости измерительной системы
5.2.1. Быстрая кислородная емкость.
5.2.2. Медленная кислородная емкость.
5.3. Корректировка результатов измерения потребления кислорода на
влияние собственной кислородной емкости измерительной системы
ЗАКЛЮЧЕНИЕ.
ВЫВОДЫ.
ЛИТЕРАТУРА


Методы определения концентрации растворнного кислорода, по заложенным в них принципам, обычно подразделяются на три основные группы физические, химические и физикохимические 6, 8, , 3, 6. Но подобную классификацию, при всей е методологической строгости, нельзя признать удобной, так как практическая реализация методов, относящихся к различным группам, зачастую весьма сходна, например, среди объмных методов встречаются как физические, так и химические 8. С другой стороны, методы, объединнные общим принципом спектрометрические могут существенно различаться по исполнению массспектрометрические 3, 0, 7, парамагнитные , 3, оптические , , 4 и др По этой причине более удобной с практической точки зрения является классификация, рассмотренная в обзоре А. Н.Е. Хомутова , в основу которой положены не только принципы методов, но и особенности их практической реализации. По этой классификации методы измерения концентрации кислорода подразделяются на следующие группы физические, химические, оптические, электрохимические и прочие. Физические методы. К физическим относятся волюмометрический, манометрический и гравиметрический методы. В основе гравиметрического метода лежит реакция окисления водорода кислородом исследуемой газовой смеси. Образовавшаяся вода поглощается соответствующим поглотителем. Содержание кислорода в смеси вычисляется по значению разности масс поглотителя до и после поглощения воды. Погрешность определения концентрации кислорода гравиметрическим методом обычно находится в пределах 0,1 3,0 8. Волюмометрический метод 1 также основан на сожжении водорода в исследуемой газовой смеси, которое проводится либо путем взрыва, либо путем пропускания исследуемой смеси и водорода через раскаленный платиновый капилляр , 4. В обоих случаях расходуются один объем кислорода исследуемой газовой смеси и два объема водорода с образованием воды, то есть содержание кислорода составляет от убыли объема газовой смеси 8. Погрешность волюмометрических методов составляет 0,3 0,7 . Гравиметрический и волюмометрический методы в принципе могут быть использованы и для определения растворнного кислорода, но в этом случае кислород должен быть предварительно выделен из раствора . Манометрический метод основан на измерении изменения давления пробы анализируемой газовой смеси в постоянном объме при избирательном поглощении кислорода 8, 8. В качестве поглотителей кислорода в газовых смесях или растворах обычно используются фосфор, щелочной раствор пирогаллола, хлористый хром и другие вещества , . Особой разновидностью манометрического метода является широко применяемый в биохимических исследованиях метод Варбурга , который основан на определении изменения давления воздуха над раствором, где происходит потребление кислорода. Обычная ошибка манометрического определения 5 . Сравнительно высокой точности физических методов сопутствует ряд существенных недостатков, затрудняющих работу с биологическими объектами, к которым относятся необходимость использования больших объмов проб и дегазации жидкости, многократной градуировки, контроля чистоты кислорода, создания больших термостатов, длительность и трудомкость анализа, невозможность непрерывного контроля содержания кислорода и др. Химические методы. Среди химических методов определения концентрации растворенного кислорода наибольшее распространение получил метод Винклера , 6, 5. В его основе лежит реакция окисления МпОНг молекулярным кислородом, растворенным в исследуемой жидкости в сильнощелочной среде. При подкислении в присутствии иодида выделяется свободный йод в количестве, эквивалентном концентрации растворнного кислорода, который определяют титрованием тиосульфатом натрия . Погрешность определения содержания растворенного кислорода этим методом составляет 0,5 , 3. Чувствительность и точность метода могут быть заметно улучшены при использовании потенциометрического и амперометрического титрования 1,3. Основными недостатками метода Винклера являются высокая чувствительность к примесям , и невозможность использования для измерений i i , по этой причине данный метод обычно используется лишь для градуировки приборов, а также для проверки других методов 3,4.