Содержание к диссертации
Введение
Глава 1 Обзор литературы 9
1.1. Структура воды на атомном и молекулярном уровнях 9
1.1.1. Модели жидкого состояния воды 12
1.1.2. Аномалии свойств воды 17
1.2. Фрактальные структуры воды 20
1,2,1, Структура воды на супрамолекулярном уровне 21
1.2,2- Диссипативные структуры 25
1.3. Активация воды. Физико-химические и биологические аспекты... 27
1.3.1. Проблема метастабильного состояния воды 27
1.3.2. Влияние изотопного состава на биологическую активность воды 28
1.3.3. Активность воды с «пониженным» содержанием дейтерия,.. 29
1.3.4. Свойства и активность тяжелой воды 30
1.3.5. Методы биотестирования вод с различным изотопным составом 34
1.3.6. Влияние электромагнитных процессов на активацию воды,,, 36
1.3.7. Понятие о спин-модифицированной воде 41
1.4. Минеральные воды 43
1.4.1. Питьевые воды как сложные водные растворы 43
1.4.2 Общие сведения о минеральных водах 44
1.4.3. Химический состав подземных вод 45
1.4.4. Микрофлора подземных вод 47
1.4.5. Газы подземных вод , 47
1.4.6. Классификация минеральных вод 48
1.4.7. Оценка качества вод методами биотестирования 52
1.5. Методы стандартизации и контроля качества минеральных вод и жидких лекарственных форм 59
1.5.1. Общие методы анализа минеральных вод 61
1.5.2. Метод лазерной дифракции 65
Глава 2 Материалы и методы исследований 69
2.1. Объекты исследования 69
2.2. Лазерные методы исследования частиц дисперсной фазы 73
2.2.1. Метод лазерной дифракции 73
2.2.2. Метод визуализации динамики движения дисперсной фазы 76
2.2.3. Метод лазерной интерферометрии 76
2.2.4. Компьютерная обработка цифровых кадров видеозаписи 77
2.2.5. Исследование кинетики релаксации гигантских гетерофазных водных кластеров 77
2.3. Метод ядерного магнитного резонанса... 79
2.4. Метод рассеяния моноэнергетических нейтронов 80
2.5. Исследования с использованием клеточного биосенсора 81
2.6. Определение содержания микроэлементов методом атомно-абсорбционной спектрометрии с электротермической атомизацией 83
Глава 3 Результаты исследований 85
3.1. Влияние химического состава водных растворов на структуру и свойства гигантских гетерофазных кластеров воды 85
3.1.1. Гетерогенная природа воды 85
3.1.2. Роль дейтерия в стабилизации гигантских гетерофазных кластеров воды 90
3.1.3. Влияние рН на гигантские гетерофазные кластеры воды 94
3.1.4. Влияние ионной силы раствора на гигантские гетерофазные кластеры воды 97
3.1.5. Влияние растворенных газов на размерные спектры гигантских гетерофазных кластеров воды 101
3.2. Атлас размерных спектров гигантских гетерофазных кластеров воды гомогенных водных образцов различного происхождения 103
3.3. Элементы валидации метода анализа 107
3.4. Разработка лазерных экспресс-методов определения подлинности минеральных вод и гомогенных водных жидких лекарственных форм 110
Глава 4 Обсуждение результатов 113
4.1. Строение гигантских гетерофазных кластеров воды и возможные механизмы их формирования 113
Заключение 119
Выводы 121
Библиографический список 122
Приложение 139
- Структура воды на супрамолекулярном уровне
- Методы стандартизации и контроля качества минеральных вод и жидких лекарственных форм
- Исследование кинетики релаксации гигантских гетерофазных водных кластеров
- Атлас размерных спектров гигантских гетерофазных кластеров воды гомогенных водных образцов различного происхождения
Введение к работе
Актуальность проблемы. Структура воды и водных растворов — предмет многолетних исследований. Созданы различные теории и разработаны структурные модели воды: квазикристаллические теории жидкого состояния, подход Бернала, структурные дефекты Самойлова, мерцающие кластеры Франка и Вена, гидраты Полинга [122, 130,32, 119, 154, 62]. Уникальная структура молекулы воды как «симметричного двойного донора и акцептора протонов» определяет способность молекул Н20 к образованию ассоциатов линейных размеров до 1нм и временами релаксации 10"'- 10"9с [177,161].
Новые исследовательские подходы к изучению структуры воды [99,73] позволили наблюдать необычные свойства воды, свидетельствующие о возможности существования в воде гигантских (до 0,1 мм) упорядоченных структур — супрамолекулярных комплексов, названные академиком Гончаруком В.В. «гигантскими гетерофазными кластерами воды» [87, 88].
Тенденция увеличения спроса и предложения лекарственных средств на фармацевтическом рынке способствует развитию фундаментальных научных исследований по внедрению в фармацию современных методов стандартизации и контроля качества лекарственных средств и минеральных вод. Расширение ассортимента лечебных и столовых минеральных вод (в том числе предназначенных для приготовления детского питания), особенности технологий водо подготовки, условия хранения бутылированных вод — факторы, стимулирующие научные и эколого-гигиенические исследования в области контроля качества воды [22].
Исследования показали, что природная вода, обедненная тяжелыми изотопами водорода и кислорода, обладает стимулирующим действием на различные биологические объекты и даже лечебными свойствами [71, 173]. Эти результаты свидетельствуют о способности живой клетки реагировать на изменения содержания дейтерия в воде, являющегося компонентом минерального питания [90, 5].
Установлено [86], что на упорядочивание гигантских водных кластеров влияют такие характеристики, как содержание тяжелой воды D20, рН, ионная сила раствора и растворенные газы. Сочетание этих свойств в воде приводит к
уникальному распределению гигантских водных кластеров и предоставляет возможность определять подлинность водных образцов по размерным спектрам кластеров.
Цель настоящей работы — изучение гетерогенности воды на супрамолекулярном уровне для разработки новых методов стандартизации и контроля качества столовых минеральных вод и жидких лекарственных форм. Для достижения этой цели были поставлены следующие задачи:
1. Исследовать размерные спектры гигантских гетерофазных кластеров (ГГК)
воды с помощью лазерного малоуглового измерителя дисперсности.
2. Изучить влияние на размерные спектры и интегральные показатели
дисперсности ГГК воды изотопного состава водных образцов, рН, ионной силы,
растворенных газов.
Определить молекулярно-динамические характеристики воды с различным содержанием дейтерия с помощью метода рассеяния моноэнергетических нейтронов и ЯМР-спинового эха.
Составить атлас размерных спектров ГГК воды для жидких водных образцов: подземных минеральных и искусственно приготовленных питьевых вод, поверхностных пресных, морских и дождевых вод.
Разработать метод экспресс-анализа минеральных вод и гомогенных жидких лекарственных форм по показателю «подлинность», основанный на дифракции лазерного света.
Научная новизна. Теоретически обоснована и экспериментально подтверждена пространственная гетерогенность воды. Доказано, что очищенная в лабораторных условиях высокоомная вода и природная минеральная вода, не содержащая частиц дисперсной фазы, пространственно неоднородна: состоит из континуальной воды и гигантских гетерофазных водных кластеров. Впервые в научных исследованиях гомогенных водных растворов применен метод лазерной дифракции для измерения их размерных спектров. Установлено, что размерные спектры ГГК воды зависят от химического и изотопного состава водного раствора, причем устранение гетерогенности воды по изотопному составу сопровождается возрастанием гомогенности по структуре на субмиллиметровом уровне размеров. Выявлено, что
среди многообразия вод природных и искусственно приготовленных, можно выделить два типа, отличающихся коэффициентом экстинкции. Практическая значимость работы
Результаты проведенных исследований по изучению структуры жидкой воды на супрамолекулярном уровне легли в основу нового лазерного экспресс-метода контроля качества воды и водных растворов. Атлас размерных спектров ГГК воды, составленный для бутылированных питьевых вод 32 торговых наименований общей минерализацией до 1 г/л, может быть использован для контроля их качества по показателю «подлинность».
Результаты диссертационной работы используются в учебном модуле «Современные физические и физико-химические методы стандартизации и контроля качества лекарственных средств» на кафедре фармацевтической и токсикологической химии медицинского факультета РУДН и включены в «Руководство к лабораторно-практическим занятиям по токсикологической химии» (Изд. РУДН, 2007 г). Подана патентная заявка на экспресс-определение подлинности минеральных вод и жидких лекарственных форм с использованием лазерных методов (Успенская Е.В. и др., 2007). Результаты диссертационной работы внедрены также в практику экспресс-анализа природных вод в рамках Федеральной целевой программы «Мировой океан» и Федеральной целевой научно-технической программы «Исследования и разработки по приоритетным направлениям развития науки и техники».
Основные положения, выносимые на защиту:
Методом лазерной дифракции показано существование в воде, не содержащей частиц дисперсной фазы, микрообластей, отличающихся от объемной воды физическими свойствами, в частности диэлектрической проницаемостью, что обусловливает структурную гетерогенность воды.
Обнаружено, что водные кластеры размером до 0,1 мм вызывают рассеяние монохроматического света, что позволяет применять метод лазерной дифракции для обнаружения гигантских r-етерофазных кластеров воды.
Показано, что изотопный и химический состав водных растворов влияет на размерные спектры и концентрацию ГГК воды: удаление
дейтерия из воды приводит к диспергированию водных кластеров и снижению ыалоуглового рассеяния света; в интервале рП от 6 до 8 происходят значимые изменения концентрации ГГК воды; изменение ионной силы раствора влияет на ранжирование водных кластеров по размеру; влияние растворенных газов менее значимо для формирования ГГК воды,
4. Полученные размерные спектры ГГК воды жидких образцов стали основой для создания идентификационного атласа для экспресс-анализа гомогенных водных лекарственных форм и минеральных вод. Апробация работы:
Результаты диссертационной работы доложены и обсуждены па конференциях: 2-ая Всероссийская научно-методическая конференция «Фармобразование- 2005» (Воронеж, 2005), VI Международная научно-практическая конференция «Здоровье и Образование в XXI веке» (Москва, 2005), IV Международная научная конференция студентов и молодых ученых «Актуальные вопросы спортивной медицины, лечебной физической культуры, физиотерапии и курортологии» (Москва- 2005); научно-практическая конференция «Разработка, исследование и маркетинг новой фармацевтической продукции» (Пятигорск 2006), The 8-th Symposium of Drug Analysis (Namur, Belgium, 2006); научно-практическая конференция «Новая технологическая платформа биомедицинских исследований» (Ростов-на-Дону, 2006). Публикации: но теме диссертации опубликовано 12 печатных работ. Структура и объем диссертации.
Диссертационная работа изложена на 150 страницах и состоит из следующих
разделов: обзора литературы, методов исследования, результатов исследования,
обсуждения результатов, заключения, выводов, библиофафического списка 188
источников, из них 108 на русском и 88 на иностранных языках и приложения-
Работа содержит 12 таблиц. 30 рисунков.
Структура воды на супрамолекулярном уровне
Значительная доля «фрактальных» исследований связана с супрамолекулярными структурными элементами - кластерами - группами молекул, объединенными водородными связями [150, 153]. Изучением подобных ассоциативных структур занимается супрамолекулярная химия - химия молекулярных ансамблей и межмолекулярных взаимодействий. Термин «супрамолекулярная химия» (от латинского «supra» - нал, сверх) был введен в 1978 году Ж- М Леном. В настоящее время супрамолекулярная химия с помощью, так называемых, «невалентных» взаимодействий [135] создает из одних и тех же молекул разнообразные олигомолекулярные образования и полимолекулярные ансамбли («супрамолекулярные ансамбли»), В супрамолекуярной химии определяющую роль иірают размер и форма или геометрическая комплементарность молекул, а не их реакционная способность. «Супрамолекулярные» принципы позволяют объединить координационно-насыщенные молекулы, не вступающие в химическое взаимодействие друг с другом, в новые химические объекты, обладающие индивидуальным набором физических и химических свойств [77, 140], Считается, что в кластерах воды движения молекул более коррелированны, чем в объемной воде. Определяется также влияние размера агрегатов на их устойчивость [18].
В водных кластерах за счет взаимодействия между ковалентними и водородными связями между атомом кислорода и атомами водорода, как показывают квантово-химические расчеты, может происходить миграция протона (Н+) по эстафетному механизму, приводящая к дслокализации протона в пределах кластера [157, 142]. Это позволяет рассматривать водные кластеры как полипрототропные системы. Наличие делокализации протона в пределах кластера способствует стабилизации последнего, поэтому укрупнение кластеров будет повышать их устойчивость, но не бесконечно, а только до определенных критических размеров. По имеющимся сведениям, такие кластеры в зависимости от их структуры могут содержать от 50 до 1000 и более молекул воды [159, 171, 156]. Крупные кластеры при тепловом движении могут распадаться на более мелкие кластеры. Последние, выступая в качестве «зародышей», могут самопроизвольно достраиваться в более крупные структуры, воспроизводя строение «материнского кластера». Кроме кластеров с критическими размерами, в системе всегда присутствуют и более мелкие кластеры, продолжительность жизни которых меньше, И крупные, и мелкие кластеры "структурированной" воды постоянно обмениваются молекулами воды с "деструктурировапной" водой, за что их называют мерцающими кластерами.
Под понятие кластеров до недавнего времени подходило определение «фрагменты воды с измененными свойствами». Уникальная структура молекул воды как двойных симметричных доноров и акцепторов протонов определяет способность молекул Н20 к образованию кластеров с линейными размерами до 1нм и временами релаксации 10" -10 с [185]. Критериями устойчивости кластеров служат максимум энтропии или минимум одного из термодинамических потенциалов [174].
Однако способность молекул воды к самоорганизации вследствие межмолекулярных водородных связей приводит к образованию более крупных ассоциатов с большими временами релаксации- Поведенные эксперименты по наблюдению водных кластеров показали существование структур, размеры которых достигаюг 0,1 мм [72]. И, как оказалось, классическое определение кластеров уже не является всеобъемлющим. Связано это, во-первых, с тем. что в подобных гигантских водных кластерах свойства не обязательно изменены; во-вторых, с тем, что в их состав могут входить кластеры более мелких размеров. Гигантские водные кластеры могут содержать до 1013 - 10 17 молекул воды. Формирование устойчивых образований в жидкой воде - гигантских гстсрофазных кластеров, отличающихся от континуальной воды величиной диэлектрической проницаемости, представляется нетривиальным явлением, которое может быть ключом к объяснению многих аномальных свойств воды.
В работе [99, 63]. Обсуждаются данные о флуктуациях коэффициентов пропускания в ИК-диапазоне в тонких слоях воды при условии, когда диаметр луча составляет около 1 мм. При этом авторы столкнулись с рядом неожиданных эффектов, один из которых - нестабильность во времени спектральных параметров тонкого слоя воды. Динамические свойства воды в 3 и 5 мкм слоях изучались, регистрируя валентные и деформационные колебания воды на частотах 3450 см"1, идентифицируемыми как молекулярные О-Н-валентпые колебания и 1650 см"1, отнесенные к Н-О-Н-деформационным колебаниям» Обнаружено, что как положение, так и интенсивность обеих полос варьируют не только с изменением температуры, но и в процессе наблюдения, нося хаотический, случайный характер. Авторы полагают, что наблюдаемые флуктуации спектральных свойств тонкого слоя воды могут возникать в результате образования или распада больших кластеров, инициируемых образованием или разрывом водородных связей. Надо отметить, что в случае контрольной жидкости - четыреххлористого углерода ССЦ. не было обнаружено каких-либо флуктуации спектральных параметров в процессе наблюдения. Попытки оценить линейные размеры этих кластеров привели к величинам порядка Ы0" м.
Квантово-механичеекий расчет кластеров молекул воды указывает на то, что относительная их устойчивость возрастает и размером [18]- Этот факт позволяет предположить [63, 99J, что в жидком состоянии воды может формироваться нить, когда молекула воды соединена с двумя (тремя) соседями. Таким образом, структура жидкой воды может быть представлена, как набор изогнутых полос (цепочек), подобно нематическим жидким кристаллам (образованными длинными сигарообразными или нитевидными молекулами, параллельными друг другу, но беспорядочно сдвинутыми вдоль своих осей) [104]. Эти полосы могут соединяться друг с другом относительно редкими водородными связями. Каждая полоса может быть скручена вокруг своей оси любое число раз, При этом рвутся старые и образуются новые водородные связи. Сама ось «нити» непрерывно меняет свое направление в пространстве от точки к точке и принимает различные направления в разных частях жидкой воды. Полосы разделены каналами, сформированными из гексагональных циклов, в которых молекулы Н20 отсутствуют. Дефекты скручивания являются топологическими дефектами, они очень устойчивы и могут перемешаться по полосе на большое расстояние без потери формы и энергии. Таким образом, жидкая вода может быть похожа на пематический жидкий кристалл с переменной длиной жидкокристаллической «молекулы». Базируясь на предложенной модели воды, авторы исследовали наблюдаемые в эксперименте [99] явления.
Методы стандартизации и контроля качества минеральных вод и жидких лекарственных форм
На сегодняшний день обеспечение населения чистой и качественной водой стало действительно государственно проблемой [105, 60, 97]. Сброс антропогенных веществ в водные объекты привел к тому, что ряд водоемов стал практически непригодным для осуществления питьевого водоснабжения. Положение усугубляется отсутствием на отечественных станциях водоподготовки современных технологий: озонирования, сорбции на активных углях, мембранных процессов и т.д.
В то же время тенденция увеличения спроса и предложения лекарственных средств на фармацевтическом рынке способствует развитию фундаментальных научных исследований по внедрению в фармацию современных методов стандартизации и контроля качества лекарственных средств и минеральных вод. Расширение ассортимента лечебных и столовых минеральных вод (в том числе предназначенных для приготовления детского питания), особенности технологий водоподготовки, условия хранения бутылиро ванных вод — факторы, стимулирующие научные и эколого-гигиенические исследования в области контроля качества воды [22, 96, 37,93].
Производство питьевой воды встало на «широкую ногу». На сегодняшний день ее продается более 500 различных видов. По мнению директор НИИ экологии человека и гигиены окружающей среды им.Сысина академика Юрия Рахманина, «все святые источники давно бы иссякли, если бы продающуюся в магазинах питьевую воду добывали только из них. На воду из-под крана в красивой упаковке можно наткнуться буквально на каждом прилавке».
Специалисты НИИ им.Сысина протестировали более 100 видов питьевых вод. Последнее исследование включало более десятка различных марок питьевой воды, представленных в московских магазинах. Все они оказались прозрачными, без вкуса, без цвета, без запаха. Во всех не было ни вирусов, ни бактерий. Но вот при проверке на безвредность химического состава выяснились интересные факты.
Оказалось, что питьевая вода "Кристаллин" содержит частицы металлов, в "Святом источнике" и "Велвотере" есть следы хлороформа (производное соединение, появляющееся после обработки питьевой воды хлоркой, что характерно для водопроводной воды). А недавно введенный показатель "физиологическая полноценность" питьевой воды оказался проблемным практически для всех видов бутштированных вод.
В питьевой воде "Шишкин лес" сразу несколько показателей не отвечали нормам, по жесткости не прошли проверку "Домбай" и "Волвик", по щелочности -"Кристаллин", по содержанию кальция - "Домбай". В "Домбае", кроме того, содержание магния не соответствовало норме, а с фтором проблемы почти у всех из проверявшихся бутилированных вод. Из 13 видов питьевой воды только 3 самых малоизвестных сорта оказались более или менее сносными.
К сожалению, практически невозможно определить качество минеральной воды по информации на бутылочной этикетке, поскольку обязательное соответствие продукции требованиям единого ГОСТа на сегодняшний день не является строгим. Сегодня производители сами разрабатывают технические условия для производства воды. При эгом далеко не всегда жидкость, разлитая в бутылку с красивой и многообещающей этикеткой соответствует тому, что о ней указывается на этикетке. В первую очередь это относится к зарубежным образцам продукции.
По сведениям о ТУ (ТУ 9185 - безалкогольные напитки, минеральная вода, а ТУ 0131 - питьевая вода) невозможно определить природную воду и надпись ТУ 9185 вполне может быть на бутылке с искусственно минерализованной водой. В то же время на прилавках магазинов имеется немалое количество образцов питьевой бутилированной воды натурального происхождения, производитель которой не заявляет о том, что данная вода - минеральная, следовательно, производится по ТУ 0131.
Зачастую производитель создает технические условия, которые ему проще выполнить, в силу каких-то обстоятельств. Разрабатываются технические условия и на воды, название которых содержится в ГОСТе 13273-88 «Воды минеральные питьевые лечебные и лечебно-столовые. Технические условия», что само по себе противоречит логике. Если в указанном ГОСТе, который никто не отменял, указаны требования к наиболее известным типам минеральных вод, каким же образом появляются ТУ на уже описанные образцы воды. Таким образом, помимо, например, минеральной воды «Ессентуки № 4», появляются разлитые по новым ТУ, разработанным производителем «Ессентуки 4», «Ессентуки-4» и прочие наименования, И каждая из этих марок имеет «свои» ТУ, и, соответственно, химический состав. В соответствии с требованиями: ГОСТ 23268.0-91, ГОСТ 23268.4-78, ГОСТ 23268.5-78 . ГОСТ 23268,6-78, ГОСТ 23268-7-78, ГОСТ 23268.8-78, ГОСТ 23268.9 78 , ГОСТ 23268.10-78, ГОСТ 23268.11-78, ГОСТ 23268.12-78, ГОСТ 23268.13-78, ГОСТ 23268Л4-78, ГОСТ 23268-15-78, ГОСТ 23268.16-78, ГОСТ 23268.17-78, ГОСТ 23268Л8-78, «Воды минеральные питьевые лечебные, лечебно-столовые и природные столовые» лечебные, лечебно-столовые и природные столовые питьевые минеральные воды, разливаемые в бутылки и железнодорожные цистерны, должны соответствовать всем утвержденным стандартам качества. Среди которых: «правила приемки и отбор проб»; «методы определения оргшюлептических показателей и объема воды в бутылках»; «методы определения двуокиси углерода»; «методы определения гидрокарбонат-ионов»; «методы определения сульфат-ионов»; «методы определения ионов кальция и магния»; «методы определения ионов натрия»; «методы определения ионов калия»; «методы определения нитрит-ионов»; «методы определения нитрат-ионов»; «методы определения ионов аммония»; «методы определения ионов железа»; «метод определения перманганатной окисляемости»; «метод определения ионов серебра»; «метод определения ионов мышьяка»; «метод определения бромид-ионов»; «метод определения йодид-ионов»; «метод определения хлорид-ионов»; «метод определения фторид-ионов» [70], Качесгво минеральных вод устанавливается с применением как химических, так и физико-химических методов анализа: штриметрических, іравимеїрических, потенциометрических, атомно-абсорбционных, колориметрических, фотометрических.
Исследование кинетики релаксации гигантских гетерофазных водных кластеров
Пространственное перемещение молекул в жидком образце относительно друг друга приводит к движению спинов входящих в них ядер вместе с молекулами. Движение ядерных магнитных моментов создает флуктуирующее магнитное поле h, обладающее свойствами, во многих отношениях сходными со свойствами регенерируемого ноля Я с помощью передатчика ЯМР - спектрометра. Действие кратковременного импульса от передатчика на спиновую систему с частотой, равной резонансной частоте единственного типа ядер в образце, приводит к возникновению сигнала свободной индукции, спадающего с характеристическим временем релаксации ядер. Спад индуцированного сигнала, наблюдаемый вслед за импульсной последовательностью 180, t, 90 (где t - промежуток времени между соседними импульсами), применяется для определения времени спин-спиновой релаксации. Ядерный магнитный резонанс дает широкий набор параметров (форма, ширина, площадь и положение резонансной линии; времена спин - решеточной Т и спин - спиновой релаксации Т2, коэффициент диффузии ядер D), в которых отражается динамика молекул.
Существенным преимуществом метода ЯМР является то, что метод позволяет изучать объекты (в том числе живые) без нарушения их целостности и состояния. Определение молекупярно-дшамических характеристик воды проводили с помощью метода квазиуиругого рассеяния медленных нейтронов КРМН (13,289 мэВ). Взаимодействие нейтронов с молекулами, в сосіав которых входит водород имеет свою специфику. Сечение рассеяния нейтронов на атомах водорода на порядок превышает величину сечения рассеяния на других атомах, в том числе изотопах, поэтому в спектрах КРМН заключены сведения о динамике молекул, их фрагментов или супрамолекул по движениям атомов водорода, входящих в их состав.
Изменения в структуре воды на супрамолекулярном уровне в зависимости от содержания тяжелой воды в образцах изучали, в частности, по динамическому состоянию компонентов систем, что характеризуется количеством и интенсивностью связей компонентов системы между собой. Механизмы транспортных свойств воды могут быть описаны динамикой водородных связей, зависящая от диффузионных движений молекул или кластеров. Релаксационное время жизни можно трактовать как результат увеличения степени связанности компонентов системы.
Проводили определение коэффициентов диффузии гигантских кластеров в водных образцах с различным содержанием тяжелой воды и анализировали изменения вкладов различных типов трансляционных движений в общий коэффициент диффузии воды.
В исследовании использовалась модель, согласно которой частица колеблется в течение времени то вблизи центра равновесия, чго описывается уравнением непрерывной диффузии с коэффициентом D\t. Спустя время то частица в результате «прыжка» оказывается вблизи другого центра равновесия, что описывается как активационный механизм диффузии с коэффициентом DF.
Для расчета коэффициента самодиффузии результаты обрабатывали по модели Оскотского-Иванова. Исследование биологической активности водных образцов С нашей точки зрения оптимальным методом оценки биотоксичности в химической лаборатории является применение метода на основе клеточного биосенсора, базирующегося на использовании свободноживущей в «объемной» воде инфузории Spirostomum ambigua. Для S. ambigua обнаружено образование в процессе лиганд-индуцируемой гибели промежуточного состояния, эквивалентного комплексу фермента с субстратами/продуктами реакции. Особенностью этой схемы является тот факт, что клеточные переходы вызываются лигандамн самого различного происхождения, как заведомо токсичными соединениями (например, бихромат калия), так и природными метаболитами (например, глицин). Для характеристик токсичности/биологической активности водных образцов использовали диаграммы «Доза-Ответ» (концентрация-время жизни) и зависимости времени жизни свободноживущей инфузории S. ambigua от температуры. Полученные результаты позволили получить параметр энергии активации процесса клеточного перехода или гибели, не зависящего от состояния культуры клеток и находящегося во взаимно-однозначном соотвествии с химическим составом исследуемого водного образца. Вид температурных зависимостей по сохранению или нарушению линейности в аррениусовских координатах может также указывать на неаддитивные эффекты (сигнергизма или антагонизма) при комбинированном действии многокомпонентных смеси загрязняющих веществ.
Кинетическая схема взаимодействия лиганд-индуцируемой гибели S, ambigua имеет следующий вид: Решение этой схемы для наблюдаемой константы скорости образования устойчивой формы идентично уравнению Хилла или кинетической схеме, где первая стадия соотвествует адсорбции Френдлиха:
Установка для исследования температурной зависимости кинетики гибели состояла из следующих частей: 96-луночный планшет для иммуноферментного анализа был размещен на твердотельном термостате фирмы "Биоком" (Москва). Контроль за стационарным значением температуры и однородностью нагрева по всей площади планшета осуществлялся с помощью безинерциопного четырехканального электротермометра Т4К производства НПФ "ДНК-Технологиягг (Москва). Наблюдение за поведением инфузории вели визуально, либо с помощью бинокуляра, либо с помощью видеоприставки к бинокуляру, соединенной с монитором. Для освещения использовали маломощные лампы (- 10 Вт) дневного света.
В каждую из лунок планшета вносили по 300 мкл пробы или дистиллированной воды. Далее в каждую из лунок отсаживали (без барбатирования) по одной инфузории S. ambigua стеклянной пипеткой с диаметром носика более 1 мм. Время жизни клетки рассчитывали как интервал от момента посадки до гибели клетки. Гибель клетки констатировали, либо по разрыву мембраны с выходом содержимого протоплазмы наружу, либо по обездвиживанию с отсутствием сократительной реакции на механическое раздражение. Для каждой концентрации токсиканта время жизни (T(J) как среднее из 4-7 измерений. Относительная ошибка измерения времени жизни не превышала 16%. Для контроля дрейфа, температуру
Атлас размерных спектров гигантских гетерофазных кластеров воды гомогенных водных образцов различного происхождения
Результаты проведенных исследований показывают, что на формирование гигантских гетерофазных водных кластеров влияют следующие факторы среды: изотопный состав воды, рН, ионная сила, растворенные газы, природа ионов s- и d-элементов. Все перечисленные параметры совокупно значимы для формирования размерных спектров гигантских гетерофазных кластеров воды. Сочетание перечисленных парамеїров определяет уникальную комбинацию размерных спектров ГТК воды водных растворов.
Для составления атласа вод природного и искусственного происхождения (подземных, поверхностных и осадков) Западной Европы и Европейской части России от Новороссийска до Земли Франца-Иосифа, нами получены размерные спектры более 70 водных образцов (рис. 14). Вес водные образцы характеризуются уникальностью размерных спектров гигантских гетерофазных кластеров воды и содержат ГТК воды от 1 мкм до НО мкм различных размерных групп (рис. 15). Таким образом, возможно установление взаимно однозначных соответствий: природа водного образца - вид размерного спектра, по аналогии с гетерогенными системами «Т-Ж», в частности, лекарственных средств гетерогенной природы [83, 94].
Минеральные воды с индивидуальным химическим составом и способом получения имели уникальные виды размерных спектров (приложение 1) и индивидуальные показатели дисперсности ГТК воды (приложение 2). Следовательно, для минеральных вод разных торговых наименований возможно составление идентификационного атласа, анаюгично с масс-спектрами, УФ-, ИК-спектрами. Особое внимание уделялось герметичности упаковки бутилированной воды, так как поглощенный извне углекислый газ изменяет состав воды, рН и, как следствие, структуру ГПС воды [93].
Как следует из табличных данных, при температуре 28С в течение 3-4,5 часов для пресных вод не наблюдали ни угнетения активности штамма, ни его морфометрических изменений, что может свидетельствовать об отсутствии токсического действия исследуемых водных образцов на клеточный биосенсор.
Максимальное время жизни S. Ambigua в соленых водах было отмечено для раствора NaCl (5 г/л), концентрация которого близка к концентрации изотонического раствора NaCl.
Окончательный вывод о качестве лекарственного средства в значительной степени зависит от метода, качество которого должно отвечать определенным требованиям. Поэтому необходима оценка пригодности аналитического метода для предполагаемого его применения в оценке качества лекарственного средства [3]. Существуют документы, регламенирующие этот процесс: общая фармакопейная статья (ОФС) в USP, ОФС РФ «Валидация фармакопейных методов», ГОСТ РФ «Точность (правильность и прецизионность методов и результатов измерений)», ГОСТ РФ ИСО 5725-1-2005.
Для аналитических методов, описанных в Государственной фармакопее РФ и действующих в настоящее время НД (ФС и ВФС), валидация не требуется. Однако валидации подвергаются аналитические методы, применяемые для идентификации лекарственного вещества (ЛВ); установления пределов содержания примесей родственных соединений, тяжелых металлов» остаточных растворителей; количественного определения ЛВ, Для метода лазерной дифракции разработан проект фармакопейной статьи «Определение размера частиц с помощью дифракции света», который принят для экспертизы в Институт стандартизации лекарственных средств ФҐУ НЦЭСМП и прошел рецензирование [65].
С целью подтверждения обоснованности выбора метода лазерной дифракции для контроля качества минеральных вод и жидких лекарственных форм, проводили его оценку по характеристике «повторяемость» (Repeatability) или «сходимость». Повторяемость устанавливали путем согласованности результатов измерений размерных спектров растворов натрия хлорида для инфузий 0,9% разных серий и производителей, полученных методом лазерной дифракции с использованием
Расширение рынка жидких фармацевтических препаратов, минеральных и лечебных вод стимулирует разработку методов анализа, исключающих недостатки стандартных методов, для контроля качества и определения подлинности продукции, в том числе, без вскрытия упаковки. Хороню известны изотопные эффекты воды с измененным содержанием дейтерия [93J. С созданием и введением в ежедневный рацион питьевой «легкой» воды становится особенно актуальным внедрение лазерных методов экспресс-анализа в практику контроля ее качества, поскольку, анализ воды с пониженным, по отношению к эталонной воде (155 ррт), содержанием дейтерия, зачастую, сложен. Как показано в настоящей работе, совокупность характеристик водных образцов (изотопный состав, рН, ионная сила, растворенные газы) значима для формирования их индивидуальных размерных спектров ГГК воды.
Для применения метода анализа, основанного на лазерной дифракции монохроматического света, существуют фирменные приборы производства фирмы «Malvern» и, разработанный при нашем участий новые приборы: лазерный определитель дисперсности «Кластер-1» и лазерный интерферометр - когерентный микроскоп «Кластер-2» производства ГОИН-ИКХХВ. «Кластер-2» позволяет устанавливать подлинность гомогенного водного раствора (питьевые воды, инфузионные растворы и т.п.) без вскрытия упаковки по изменению дескрипторов di,d2, dj, описанных в настоящей работе.
Следовательно, результаты наших исследований в области гетерогенной структуры воды, а также простота исполнении и трактовки результатов по визуализации размерных спектров гигантских водных кластеров (по причине существования взаимнооднозначных соответствий - «химический состав раствора - вид размерного спектра») могут быть применены для составления идентификационного атласа размерных спектров жидких гомогенных лекарственных форм и бутилированных вод при выполнении экспресс-контроля их качества (рис. 17).
![Стандартизация и контроль качества лекарственных средств группы фторхинолонов методами хроматографии и ИК-спектроскопии [Электронный ресурс]](/i/i/4375/184827.png "Стандартизация и контроль качества лекарственных средств группы фторхинолонов методами хроматографии и ИК-спектроскопии [Электронный ресурс] Коновалов Андрей Александрович")
