Металлы в живых организмах

Полезно обратить внимание на то, что, казалось бы, безвредные металлы в действительности требуют осторожного отношения к тем концентрациям, в которых они могут оказаться в питьевой воде. Соли железа в избытке не только портят вкус воды, но и проявляют вредное действие, и притом более значительное, чем медь. Токсичность никеля практически равна таковой свинца; примеси бериллия или ртути исключительно опасны.

Санитарный надзор должен следить за чистотой воды как с бактериологической, так и с химической точки зрения.

Глава 13. Как определяют содержание металлов в биологических материалах

Исследование функций ионов металлов в организмах требует в первую очередь разработки точных методов качественного и количественного анализа, позволяющих обнаружить тот или иной металл и измерить его концентрацию в биологических материалах (в крови, мышечной ткани и др.). Для решения всех этих задач современная наука располагает мощным арсеналом химических и физико-химических средств исследования. За последние годы громоздкие и трудоемкие химические методы все чаще уступают место физико-химическим, основанным на явлениях поглощения, испускания, рассеяния и отражения света, избирательной адсорбции и радиоактивности. Аналитическая химия биологических материалов ныне представляет собой огромную, хорошо разработанную область науки. В рамках этой книги мы ограничимся описанием некоторых физико-химических методов, в которых важную роль играют оптические свойства исследуемых соединений.

Как правило, применению этих методов предшествуют химические процедуры, носящие подготовительный характер. Химик старается удалить из раствора все те примеси, которые мешают открытию интересующего его катиона, а когда эта работа завершена, то применяет реактив, дающий специфическое окрашивание или осадок с искомым катионом. Осадок, конечно, можно отделить, высушить и взвесить — это будет чисто химический прием. Но окрашенный раствор и даже муть в растворе с осадком можно исследовать оптическими приборами. Результат будет получен гораздо быстрее и часто с большей степенью точности.

С биологическими материалами работать трудно. Биологические объекты содержат белки, жиры, углеводы в сложных сочетаниях, и среди них в относительно малых количествах скрыты искомые ионы. Очевидно, надо избавиться от мешающих веществ. Проще всего это достигается прокаливанием органического материала, в процессе которого обугливаются белки, жиры и углеводы, а в конечном счете выгорает и уголь. Остаток можно растворить например в азотной кислоте и получить кислый раствор солей металлов (избыток кислоты легко нейтрализовать раствором аммиака). Теперь перед нами менее сложная задача — надо проанализировать неорганические вещества — соли. Качественные испытания, как правило, предшествуют количественным измерениям! Существует множество реакций, с помощью которых можно обнаружить присутствие в растворе того или иного катиона. Чаще всего пользуются реакциями образования окрашенных соединений, специфических для данного металла. Так ионы железа (III) с роданидом аммония (или калия) образуют роданид железа кроваво-красного цвета, с гексацианоферратом (II) калия-берлинскую лазурь.

Современная аналитическая химия широко использует комплексные соединения ионов металлов с различными органическими веществами. Подбирая подходящие лиганды и условия реакции, можно быстро обнаружить искомый ион даже в присутствии других ионов металлов. В таблице 7 приведены данные о характерных реакциях некоторых катионов, образующих окрашенные комплексы.

Таблица 7. Образование окрашенных комплексов, применяемых при аналитических определениях металлов

Количественные определения; следующие за качественными, часто основываются на использовании свойств указанных комплексных соединений. Дело в том" что яркая окраска комплексов, способность их интенсивно поглощать свет определенных длин волн открывает возможность измерения количества комплексного соединения фотометрическими методами.

Принцип, лежащий в основе фотометрирования, очень прост. Допустим, что ион металла переведен в комплексное соединение с какими-либо лигандами и полученное соединение ярко окрашено. Нам известно, из какого количества биологического материала получен данный объем раствора (обычно расчет ведут на 100 г материала, например на 100 г мышечной ткани), но неизвестна концентрация комплекса во всем объеме раствора.