Кинетические методы анализа основаны на свойстве катализаторов ускорять протекание химических реакций. Объектами анализа в этом случае являются часто сами катализаторы. Принцип метода основан на том, что начальная скорость реакции зависит от количества введённого в систему катализатора, т.е. эта скорость выступает в роли аналитического сигнала (пример 38).
Рис. 8. Определение неизвестной концентрации по градуировочной зависимости кинетического метода |
Вначале по изменению состава стандартной реакционной смеси строят имеющий линейный характер градуировочный график зависимости начальной скорости реакции от количества введенного в смесь катализатора. Затем к стандартной реакционной смеси добавляют исследуемый раствор, содержащий тот же самый катализатор в неизвестной концентрации, измеряют начальную скорость реакции по изменению состава смеси за строго определенный промежуток времени и находят по графику концентрацию определяемого вещества (рис. 8). |
Количество катализатора, которое можно определить таким путем, на несколько порядков меньше количества, определяемого при помощи большинства химических ме-тодов, основанных на равновесных процессах. Особенно эффективными катализаторами являются ферменты, составляющие так назваемый класс биокатализаторов. Область аналитической химии, использующая эти катализаторы, называется ферментным анализом.
Активность биокатализаторов и селективность их действия позволяют повысить чувствительность и селективность определений. Область использования ферментного анализа: пищевая, микробиологическая, фармацевтическая промышленность, мониторинг окружающей среды, медицинские и биохимические задачи.
При помощи ферментных методов анализа можно определять сами ферменты, субстраты (вещества, превращение которых катализируют ферменты) и так называемые эффекторы ферментов - активаторы или ингибиторы, которые действуют на каталитическую активность ферментов. Разновидностью ферментного анализа является иммуноферментный анализ. С его помощью можно определять в живых организмах чужеродные белки (антигены), используя способность возникающих антител к их поглощению. При этом фермент играет роль метки антигена.
Ферменты находят также применение в качестве чувствительного слоя в новых типах аналитических устройств - биосенсорах. Этот слой непосредственно реагирует на присутствие определяемого компонента, генерируя сигнал, функционально связанный с концентрацией определяемого вещества. Большинство биосенсоров ориентированы на анализ биологических жидкостей, например глюкозы в крови диабетиков, ключевых метаболитов, супертоксикантов и боевых отравляющих веществ.
Биосенсоры обеспечивают уникальные возможности для быстрого анализа природных и сточных вод: определение БПК (анализ на определение совокупности орга-нических соединений, которые могут быть использованы микроорганизмами). Решение этой задачи традиционными методами анализа занимает несколько дней, с помощью биосенсоров - несколько минут.
Пример 38. В отсутствие катализатора иодид-иона реакция между ионами мышьяка (III) и церия (IV) идет чрезвычайно медленно. Но если добавить иодид-ион, она намного ускоряется. Это позволяет определить содержание иодид-ионов в растворе следующим образом. Анализируемый раствор ионов I- добавляют к раствору, содержащему избыток мышьяковистой кислоты, а затем вводят небольшое количество сульфата церия Ce(SO4)2 и измеряют концентрацию ионов Се(IV) через определенный промежуток времени.