text: Автокла́в (греч. авто — сам + лат. clavis — запор, задвижка) — герметичный аппарат для различных операций, требующих нагрева под давлением выше атмосферного. В этих условиях достигается ускорение реакции и увеличение выхода продукта. При использовании в химии или для проведения химических реакций используют название химический реактор. При использовании в медицине для стерилизации при высоком давлении и температуре — только автоклав. В случае, если стерилизация проводится при высокой температуре, но без давления, используют термин стерилизатор или сухожаровой шкаф (без пара), дезинфекционная камера (для дезинфекции). Был изобретён Дени Папеном в 1679 году. Термодинамический процесс в автоклаве — изохорный. Типы автоклавов Автоклавы бывают: вращающиеся, качающиеся, горизонтальные, вертикальные и колонные. Автоклав представляет собой сосуд либо замкнутый, либо с открывающейся крышкой. При необходимости снабжаются внутренними, наружными или выносными теплообменниками, механическими, электромагнитными, либо пневматическими перемешивающими устройствами и контрольно-измерительными приборами для измерения и регулирования давления, температуры, уровня жидкости и т. п. Конструкция автоклавов Конструкция и основные параметры промышленного автоклава разнообразны, ёмкость от нескольких десятков см3 до сотен м3, предназначаются для работы под давлением до 150 МПа (1500 кгс/см2) при температуре до 500 °C. Для химических производств, в случае необходимости перемешивания продукта, как вариант, перспективны автоклавы с бессальниковыми мешалками и экранированным электродвигателем, не требующим уплотнения. Ротор этого электродвигателя насажен непосредственно на вал мешалки и накрыт герметичным тонкостенным экраном из немагнитного материала, не препятствующего проникновению магнитных силовых линий от статора электродвигателя к ротору. При производстве строительных материалов применяют туннельные или тупиковые автоклавы. Внешне они представляют собой трубу 3—6 м в диаметре и 15—20 м в длину, закрываемую крышкой с байонетным затвором (тупиковые с одной стороны, туннельные с двух сторон). Вдоль по длине автоклава расположены рельсы для вагонеток с изделиями. Автоклавы оборудованы магистралями для впуска насыщенного пара, перепуска отработанного пара в другой автоклав, выпуска пара в атмосферу или в утилизатор и для конденсатоотвода. В пищевой промышленности используются вертикальные и горизонтальные автоклавы широкого спектра разновидностей, размеров и принципов действия. Например, в горизонтальных автоклавах для пищевой промышленности может создаваться необходимое противодавление по отношению к каждой отдельно взятой упаковке с продуктом, что позволяет проводить стерилизацию продуктов не только в жёсткой таре (стеклобанка, жестебанка), но и в мягкой и полужёсткой упаковке. Применение автоклавов Автоклавы применяются в химической промышленности (производство гербицидов, органических полупродуктов и красителей, в процессах синтеза); в гидрометаллургии (выщелачивание с последующим восстановлением из растворов цветных и драгоценных металлов, редких элементов); в резиновой промышленности (вулканизация технических изделий); в пищевой промышленности (стерилизация, пастеризация продуктов [в том числе консервов]); в производстве стройматериалов (изготовление силикатного кирпича, автоклавного газобетона). Автоклавы широко используются в медицине. Также при создании изделий из карбонового волокна, для придания им твёрдых форм. Рубашка автоклава защитная — устройство, предохраняющее швы и основной материал корпуса реактора от воздействия теплоносителя. Массовое применение автоклавы получили именно в пищевой промышленности. Современные автоклавные кулинарные системы оснащены многоступенчатыми механизмами защиты, специальными замками и системами автоматического отключения. На сегодняшний день для этих целей во всем мире постоянно используется около 1,5 млн автоклавов. Применение автоклавов не ограничивается промышленными масштабами. Автоклавы малых размеров и малой производительности используются в бытовых целях, для приготовления домашних мясных, рыбных и овощных консервов. Бытовые автоклавы могут быть как промышленного изготовления, так и самодельными, изготовленными из газового баллона или ресивера. Бытовые автоклавы, аналогично промышленным автоклавам, оснащаются устройствами контроля температуры, давления и предохранительными клапанами. Автоклавы в пищевой промышленности Автоклавный способ приготовления пищи — это метод приготовления продуктов в герметичном сосуде или в автоклаве, не позволяющем воздуху или жидкости покидать ёмкость, находящуюся под высоким давлением. Поскольку при увеличении давления точка кипения жидкости смещается вверх, температура жидкости внутри системы может превышать 100 °C, при этом жидкость не достигает точки кипения. Большинство кулинарных систем высокого давления работают при рабочем давлении 1.5 — 1.9 атмосферы. При таком давлении температура кипения воды поднимается до 125 °C. Повышенная температура позволяет приготовить продукт несоизмеримо быстрее стандартного способа. Например, порезанная свежая капуста готовится в течение одной минуты. Свежие зелёные бобы или небольшие картофелины готовятся около пяти минут, а целая курица до 3 кг — около 20 минут. Другое преимущество автоклавного способа приготовления пищи — достижение эффекта тушения и медленного кипения продукта за очень короткий срок. Поскольку пища готовится без интенсивного испарения и быстрее обычного, в автоклаве из продуктов вываривается существенно меньше жидкости, витаминов, минералов, солей и прочих веществ. В настоящее время небольшие установки используют альпинисты, для того чтобы вскипятить воду на больших высотах. Высоко в горах вода выкипает, не достигая температуры 100 °C, что препятствует правильному приготовлению пищи и нормальной тепловой обработке продуктов, как писал Чарльз Дарвин в «Путешествии на Бигле». Автоклавный способ приготовления пищи считался очень взрывоопасным. Современные автоклавные кулинарные системы оснащаются различными механизмами защиты — специальными замками, клапанами, системами автоматического отключения и т. п., все бытовые скороварки оснащаются предохранительным клапаном прямого действия. , Условно автоклавы можно разделить на три класса: 1. Автоклавы первого класса – это электрические автоклавы с электронным блоком управления (ЭБУ), где в качестве нагревателя используется электрический нагреватель (ТЭН). Подобные автоклавы позволяют программировать технологический процесс приготовления продукта в соответствии с конкретным рецептом. Процесс стерилизации проходит в них автоматически, и не требует постоянного контроля за процессом консервирования. Эти аппараты также как и другие оснащаются предохранительным клапаном прямого действия. 2. Автоклавы второго класса – это электрические автоклавы без электронного блока управления. В качестве нагревателя используется также электрический нагреватель (ТЭН). Работа подобных автоклавов подразумевает ручное управление, где необходим постоянный контроль за технологическим процессом, так как возможен недогрев или перегрев продукта, что ухудшает его потребительские свойства. Оснащаются предохранительным клапаном прямого действия 3. Автоклавы третьего класса – это газовые автоклавы, источником нагрева которых, является газовые, электрические, керамические или индукционные плиты нового поколения. Работает такой автоклав в ручном режиме и необходим постоянный контроль за процессом стерилизации и постоянная корректировка технологического процесса стерилизации, однако также оснащаются предохранительным клапаном прямого действия, не дающим превысить давление внутри автоклава выше пределов прочности корпуса; Кроме того, автоклавы отличаются друг от друга наличием системы охлаждения. Условно их можно разделить на два типа: 1-й тип: Автоклавы с системой быстрого охлаждения с принудительным сливом теплоносителя сразу после процесса стерилизации. Благодаря данной функции, длительность приготовления одной партии консервов займёт не более 2,5 часов, в зависимости от рецепта, что соответствует технологическим регламентам приготовления консервированных продуктов. 2-й тип: Автоклавы с естественным остыванием. Перед тем как изъять партию консервов из автоклава, необходимо дождаться полного остывания, это может длиться до 24 часов. Такой тип не позволяет уложиться в заданные технологические параметры, что может привести к перевариванию продукта и потере потребительских свойств продукта. Принцип работы системы При обычных условиях нагрев жидкости выше точки кипения невозможен. Как только температура воды достигает 100 °C, вода становится паром и уходит из зоны нагрева. Интенсивное образование пара в ёмкости с жидкостью и называется кипением. Если вода кипятится долго, то она переходит в пар полностью. Когда вода кипятится в автоклаве, повышается температура кипения. Это происходит так: по мере того, как температура воды приближается к 100 °C, испарение воды усиливается. Водяной пар, являясь, по сути, газом, создаёт в автоклаве избыточное давление, что приводит к уменьшению дальнейшего испарения, и в итоге давление поднимается настолько, что кипение останавливается, и нагретая выше 100 °C вода продолжает оставаться жидкой. Чем выше температура, тем выше давление в системе. Более высокое тепло, да ещё и при повышенном давлении, оказывает более мощный эффект как на приготовление продуктов, так и на разрушение микроорганизмов. Подобный процесс легко достижим при приготовлении твёрдых непещеристых продуктов. В случае приготовления губкообразных, пещеристых продуктов, следует выбирать систему с глубоким вакуумированием ёмкости. Остаточное содержание газов может способствовать защите бактерий от разрушения, создавая термоизоляцию для их оболочек. Существуют автоклавы, которые используют фракционное вакуумирование, которое удаляет газы в несколько циклов, обеспечивая 100 % проникновение тепла в процессе стерилизации и гомогенизации продукта. Эксплуатация промышленных автоклавов При применении автоклавов их владелец обязан обеспечить должное состояние сосудов и условия их работы. В этих целях назначается прошедший обучение ответственный за исправное состояние и безопасную эксплуатацию сосудов, работающих под давлением. Персонал, на который возложены обязанности по обслуживанию сосудов, должен вести тщательное наблюдение за порученным ему оборудованием путём его осмотра, проверки действия арматуры, КИП, предохранительных и блокировочных устройств и поддержания сосудов в исправном состоянии. Результаты осмотра и проверки должны записываться в сменный журнал. В России нормативные документы по эксплуатации автоклавов издаются и утверждаются Ростехнадзором. См. также Автоклавные материалы Бикс Примечания Литература Теплотехника Оборудование для физических экспериментов Лабораторное оборудование Стерилизация


source: wikipedia

text: Газоанализа́тор — измерительный прибор, анализатор для определения качественного или количественного состава смесей газов. Существуют газоанализаторы ручного действия и автоматические. Среди первых наиболее распространены такие абсорбционные газоанализаторы, в которых компоненты газовой смеси последовательно поглощаются различными реагентами. Автоматические газоанализаторы непрерывно измеряют какую-либо физическую или физико-химическую характеристику газовой смеси или её отдельных компонентов. Классификация газоанализаторов По принципу действия автоматические газоанализаторы могут быть разделены на 3 группы: Приборы, основанные на физических методах анализа, включающих вспомогательные химические реакции. При помощи таких газоанализаторов, называемых объёмно-манометрическими или химическими, определяют изменение объёма или давления газовой смеси в результате химических реакций её отдельных компонентов. Приборы, основанные на физических методах анализа, включающих вспомогательные физико-химические процессы (термохимические, электрохимические, фотоионизационные, фотоколориметрические, хроматографические и др.). Термохимические, основанные на измерении теплового эффекта реакции каталитического окисления (горения) газа, применяют главным образом для определения концентраций горючих газов (например, опасных концентраций окиси углерода в воздухе). Электрохимические позволяют определять концентрацию газа в смеси по значению электрической проводимости раствора, поглотившего этот газ. Фотоионизационные, основанные на измерении силы тока, вызванного ионизацией молекул газов и паров фотонами, излучаемыми источником вакуумного ультрафиолетового (ВУФ) излучения — ВУФ-лампы. Фотоколориметрические, основанные на изменении цвета определённых веществ при их реакции с анализируемым компонентом газовой смеси, применяют главным образом для измерения микроконцентраций токсичных примесей в газовых смесях — сероводорода, окислов азота и др. Хроматографические наиболее широко используют для анализа смесей газообразных углеводородов. Приборы, основанные на чисто физических методах анализа (термокондуктометрические, денсиметрические, магнитные, оптические и др.). Термокондуктометрические, основанные на измерении теплопроводности газов, позволяют анализировать двухкомпонентные смеси (или многокомпонентные при условии изменения концентрации только одного компонента). При помощи денсиметрических газоанализаторов, основанных на измерении плотности газовой смеси, определяют главным образом содержание углекислого газа, плотность которого в 1,5 раза превышает плотность чистого воздуха. Магнитные газоанализаторы применяют главным образом для определения концентрации кислорода, обладающего большой магнитной восприимчивостью. Оптические газоанализаторы основаны на измерении оптической плотности, спектров поглощения или спектров испускания газовой смеси. При помощи ультрафиолетовых газоанализаторов определяют содержание в газовых смесях галогенов, паров ртути, некоторых органических соединений. На данный момент наиболее распространены приборы из двух последних групп, а именно электрохимические и оптические газоанализаторы. Такие приборы способны обеспечить контроль концентрации газов в режиме реального времени. Приборы газового анализа также могут быть классифицированы: по функциональным возможностям (индикаторы, течеискатели, сигнализаторы, газоанализаторы); по конструктивному исполнению (стационарные, переносные, портативные); по количеству измеряемых компонентов (однокомпонентные и многокомпонентные); по количеству каналов измерения (одноканальные и многоканальные); по назначению (для обеспечения безопасности работ, для контроля технологических процессов, для контроля промышленных выбросов, для контроля выхлопных газов двигателей внутреннего сгорания, для экологического контроля). Существуют приборы, которые, благодаря своей уникальной конструкции и программному обеспечению способны в реальном времени проводить анализ нескольких компонентов газовой смеси одновременно (в многокомпонентных газоанализаторах), при этом записывая в память результаты измерений. Такие газоанализаторы используются в промышленности, где необходимо непрерывно получать информацию о вредных выбросах или контролировать технологический процесс в режиме реального времени. Анализ проводится также и для компонентов, которые ранее можно было определить лишь другими методами и др., в коррозийных газах и других агрессивных средах. Такие приборы, в зависимости от исполнения, применяются и в качестве систем непрерывного мониторинга газов в промышленности, и в качестве портативных приборов для исследований или экологического мониторинга. Газоанализаторы химические Газоанализаторы химические, относятся к группе механических приборов. Принцип измерения основан на измерении сокращения объёма забранной пробы газа после удаления анализируемого компонента либо иных газов в смеси. В газоанализаторах этого типа применяется метод избирательного поглощения (или селективного дожигания) для удаления анализируемого компонента. Этот метод применим и для переносных ручных газоанализаторов (ГХП2 И ГХП3), и для автоматических. Недостаток этих газоанализаторов состоит в периодичности действия прибора и низкой скорости работы (20-30 анализов в час). Тепловые газоанализаторы Тепловые газоанализаторы делятся на два основных подвида: термокондуктометрические и термохимические газоанализаторы. Газоанализаторы этих типов измеряют тепловые свойства определяемого компонента газовой смеси, являющихся мерой их концентрации. Измеряемой величиной приборов этих типов является теплопроводность газовой смеси и полезный тепловой эффект реакции каталитического окисления. Эти параметры зависят от концентрации определяемого компонента. Термокондуктометрические газоанализаторы можно применять при анализе многокомпонентной газовой смеси по её теплопроводности при условии, что все компоненты газовой смеси, кроме определяемого, имеют одинаковую теплопроводность. Магнитные газоанализаторы В этих приборах измеряют магнитные свойства газов характеризующихся разными значениями объёмной магнитной восприимчивости и удельной (или массовой) магнитной восприимчивости. Это обычно газоанализаторы свободного кислорода, обладающего сравнительно большой относительно других газов парамагнитной восприимчивостью. Оптические газоанализаторы Принцип действия основан на измерении оптических свойств анализируемой газовой смеси. В газоанализаторах используются следующие оптические свойства: спектральное поглощение, оптическая плотность, показатель преломления и спектральное излучение. Выделяют основные три группы оптических газоанализаторов: Абсорбционные (поглощение лучистой энергии во всех областях спектра). Интерферометрические (смещение интерферентных полос в интерферометре вызванное изменение показателя преломления). Эмиссионные (излучение лучистой энергии). Поверка газоанализаторов Для метрологической поверки газоанализаторов используют поверочные газовые смеси. Данные смеси получают путём точного дозирования компонентов смеси в различных соотношениях. Готовят их в стальных баллонах малой и средней ёмкости (от 4 до 40 л), снабжённых мембранными вентилями. Давление смеси в баллоне 5 или 11 МПа (50 или 100 кгс/см2). Газовые смеси создают на основе промышленных газов Н2, О2, N2, воздуха, CH4, CO, CO2, NO, NO2, Ar в диапазоне от 0,001 до 99 % Применение газоанализаторов Экология и охрана окружающей среды: определение концентрации вредных веществ в воздухе. В системах управления двигателями внутреннего сгорания, например, лямбда-зонд) и регулирования процесса горения в котлах теплоэлектростанций. На химически опасных производствах. При определении утечек в холодильном оборудовании (так называемые фреоновые течеискатели). При определении утечек в газовом и вакуумном оборудования (обычно используются гелиевые течеискатели). На взрывоопасных и пожароопасных производствах для определения содержания горючих газов в процентах от НКПР. В дайвинге для определения состава газовой смеси в баллонах для погружений; В подвалах, колодцах, приямках перед проведением работ. В медицине, «мультигаз» обеспечивает контроль концентрации газов в дыхательном контуре при проведении анестезии. На транспорте, при обеспечении безопасности перевозок (поиск взрывчатых веществ, наркотиков). Многие современные газоанализаторы часто имеют дополнительные функции, например: Измерение дифференциального давления газа для измерения расхода газа. Определение скорости и объёмного расхода газового потока. Определение расхода газа/бензина. Встроенную память. Интерфейс, также беспроводной интерфейс, для передачи данных на компьютер. Статистическая обработка результатов измерений. Расчёт массового выброса вредных веществ. См. также Газовый детектор Спектроскопия Спектральный анализ Аспиратор Хроматограф Хемилюминесценция Примечания Ссылки Газоанализаторы / Химическая энциклопедия. Литература Павленко В. А. Газоанализаторы, М.-Л., 1965. Бражников В. В. Дифференциальные детекторы для газовой хроматографии. М.: 1974. Кулаков М. В. Технологические измерения и приборы для химических производств. М.: 1983. Измерительные приборы Оборудование для физических экспериментов Взрывозащита Газы


text: Дома́шний кинотеа́тр — комплекс звуковоспроизводящего и видеооборудования потребительского класса, установленный в частном жилом помещении для создания оптимальных условий просмотра видеоконтента в домашних условиях. Основное назначение домашнего кинотеатра заключается в получении высокого качества изображения и звука, приближенного к кинотеатральному и обеспечивающего сопоставимый «эффект присутствия». Эволюция оснащения Прообраз современного домашнего кинотеатра появился в 1980-х годах одновременно с распространением видеозаписи, заменившей 8-мм кинопроекторы. Первые кинотеатры состояли из видеомагнитофона или проигрывателя лазерных дисков, подключенных к телевизору с большим экраном кинескопа или к проекционному телевизору. Совершенствование оборудования первым коснулось качества звука, недостаточно высокого в стандартном формате VHS. Улучшенная звукозапись по системе Hi-Fi Stereo позволила выводить звук не только на встроенные в телевизор громкоговорители, но и на внешний усилитель с выносными акустическими системами. Принципиальный прорыв произошёл в конце 1990-х годов, благодаря появлению видеодисков формата DVD с цифровой записью изображения и звука. Благодаря адаптации цифровых систем звукозаписи Dolby Digital и DTS, предназначенных для кинотеатрального звуковоспроизведения, в домашних условиях стала возможна реализация технологии «звукового окружения». Шесть независимых каналов звукозаписи позволили выводить звук на акустические системы, расположенные с разных сторон от зрителей, давая точную звуковую картину, сравнимую с получаемой в хорошем кинотеатре. Следующая революция связана с появлением технологий телевидения высокой чёткости и плоских плазменных панелей и LCD-телевизоров с большой диагональю. Видеопроигрыватели стандартов HD DVD и Blu-ray в сочетании с большими плоскими экранами позволили резко повысить качество изображения с большими угловыми размерами. Дополнительный импульс был дан удешевлением высококачественных DLP-проекторов, дающих контрастное изображение на больших отражающих экранах. Видеоконтент, демонстрируемый с разрешением ТВЧ 1920×1080 нетренированный глаз почти неспособен отличить от качества кинотеатральных цифровых кинопроекторов со стандартным разрешением 2K, эквивалентным 2048×1080 различимых пикселей. В настоящее время с помощью оборудования потребительских классов можно строить домашние кинотеатры для небольших аудиторий, способные конкурировать с профессиональными кинотеатрами. Благодаря высокому качеству компонентов, домашний кинотеатр может иметь дополнительные функции, например музыкального или медиацентра. В России домашние кинотеатры получили широкое распространение только в середине 2000-х годов. Это объясняется высокой стоимостью качественных видеозаписей, сохранявшейся до появления широкополосного доступа в интернет и возможности скачивания пиратского контента с различных веб-ресурсов, в том числе торрент-трекеров. Оборудование Состав оборудования, входящего в современный домашний кинотеатр включает: Телевизор или проектор и экран. Источник видео. (Например, сетевой медиаплеер, тюнер кабельного или спутникового тв или проигрыватель Blu-ray дисков.) AV-ресивер для домашнего кинотеатра. Комплект акустических систем, включающий (но не ограничиваясь ими): центральный динамик, правый и левый передние громкоговорители, специальные динамики для Dolby Atmos и сабвуфер или два сабвуфера. При этом весь комплекс может быть куплен как целиком «в коробке», так и составлен из отдельных устройств, приобретённых в разных местах. По уровню качества и стоимости домашние кинотеатры условно делятся на три главные группы: мультимедиа, Hi-Fi и Hi-End. Важнейшим компонентом, превращающим обычный телевизор в домашний кинотеатр, считается многоканальный звуковоспроизводящий тракт состоящий из AV-ресивера, нескольких акустических систем и сабвуфера. При этом такая система может сочетаться с телевизором стандартной чёткости и проигрывателем DVD. Более дорогие кинотеатры включают плоский LED-телевизор высокой чёткости и проигрыватель Blu-ray или сетевой медиаплеер. Наиболее дорогие версии домашних кинотеатров состоят из высококачественного DLP-проектора, экрана, специализированного компьютера, усилителя с несколькими колонками, а также одним или двумя сабвуферами. Всё это оборудование требует устойчивого и мощного источника питания, также входящего в комплекс. В качестве альтернативы видеопроектору может использоваться LED-телевизор сверхвысокой чёткости, не требующий затемнения помещения. Большинство дорогих домашних кинотеатров предусматривают просмотр 3D-контента. Состоятельные энтузиасты размещают домашний кинотеатр не в жилой комнате, а в отдельном зале со специальной акустической обработкой. Актуальность такого подхода подтверждается сложностями прокладки соединительных кабелей и правильного размещения громкоговорителей. В США и странах Запада получила распространение установка домашних кинотеатров во дворе частного дома или у бассейна. Кроме того, установленные на соответствующих площадках домашние кинотеатры составляют конкуренцию автокинотеатрам. Примечания Бытовая электроника Технологии кино и видео Звуковоспроизводящая аппаратура Кинотеатры


text: Масс-спектрометрия (масс-спектроскопия, масс-спектрография, масс-спектральный анализ, масс-спектрометрический анализ, аббр. МС) — метод исследования и идентификации вещества, позволяющий определять концентрацию различных компонентов в нём (изотопный, элементный или химический состав). Основой для измерения служит ионизация компонентов, позволяющая физически различать компоненты на основе характеризующего их отношения массы к заряду и, измеряя интенсивность ионного тока, производить отдельный подсчёт доли каждого из компонентов (получать масс-спектр вещества). В силу того, что химический состав позволяет судить о свойствах и происхождении вещества, масс-спектрометрия имеет большое значение в науке, промышленности и медицине. История масс-спектрометрии ведётся с основополагающих опытов Дж. Дж. Томсона в начале XX века. Окончание «-метрия» в названии метода появилось после повсеместного перехода от детектирования заряженных частиц при помощи фотопластинок к электрическим измерениям ионных токов. Масс-спектр Масс-спектр — зависимость интенсивности ионного тока (количества вещества) от отношения массы к заряду (природы вещества). Поскольку масса любой молекулы складывается из масс составляющих её атомов, масс-спектр всегда дискретен, хотя при низком разрешении масс-спектрометра пики разных компонентов могут перекрываться или даже сливаться. Природа анализируемого вещества, особенности метода ионизации и вторичные процессы в масс-спектрометре могут влиять на масс-спектр (см. метастабильные ионы, градиент ускоряющего напряжения по местам образования ионов, неупругое рассеивание). Так, ионы с одинаковыми отношениями массы к заряду могут оказаться в разных частях спектра и даже сделать часть его непрерывным. Принцип работы и устройство масс-спектрометра На заряженную частицу, движущуюся в магнитном поле, действует сила Лоренца, искажающая ее траекторию. Определяя разницу траекторий ионизированных атомов, движущихся в магнитном поле, можно делать выводы о соотношении массы и заряда иона. Конструкция масс-спектрометра включает в себя ионизатор вещества образца, ускоритель ионов, источник мощного магнитного поля и набор детекторов потока ионов. Источники ионов Первое, что надо сделать для того, чтобы получить масс-спектр, — превратить нейтральные молекулы и атомы, составляющие любое органическое или неорганическое вещество, в заряженные частицы — ионы. Этот процесс называется ионизацией и по-разному осуществляется для органических и неорганических веществ. Вторым необходимым условием является перевод ионов в газовую фазу в вакуумной части масс-спектрометра. Глубокий вакуум обеспечивает беспрепятственное движение ионов внутри масс-спектрометра, а при его отсутствии ионы рассеиваются и рекомбинируют (превращаются обратно в незаряженные частицы). Большинство небольших молекул при ионизации приобретают только один положительный или отрицательный заряд. Чем больше молекула, тем больше вероятность того, что во время ионизации она превратится в многозарядный ион. Поэтому особенно сильно данный эффект проявляется в отношении крайне больших молекул, например, белков, нуклеиновых кислот и полимеров. При некоторых видах ионизации (например, электронный удар) молекула может распадаться на несколько характерных частей, что даёт дополнительные возможности идентификации и исследования структуры неизвестных веществ. Условно способы ионизации органических веществ можно классифицировать по фазам, в которых находятся вещества перед ионизацией. Газовая фаза электронная ионизация (EI) химическая ионизация (CI) (EC) ионизация в электрическом поле (FI) Жидкая фаза термоспрей ионизация при атмосферном давлении (AP) электроспрей (APESI) химическая ионизация при атмосферном давлении (APCI) фотоионизация при атмосферном давлении (APPI) Твёрдая фаза прямая лазерная десорбция — масс-спектрометрия (LDMS) матрично-активированная лазерная десорбция/ионизация (MALDI) масс-спектрометрия вторичных ионов (SIMS) бомбардировка быстрыми атомами (FAB) десорбция в электрическом поле (FD) плазменная десорбция (PD) В неорганической химии для анализа элементного состава применяются жёсткие методы ионизации, так как энергии связи атомов в твёрдом теле гораздо больше и значительно более жёсткие методы необходимо использовать для того, чтобы разорвать эти связи и получить ионы. ионизация в индуктивно-связанной плазме (ICP) термоионизация или поверхностная ионизация ионизация в тлеющем разряде и искровая ионизация (см. искровой разряд) ионизация в процессе лазерной абляции Исторически первые методы ионизации были разработаны для газовой фазы. Очень многие органические вещества невозможно испарить, то есть перевести в газовую фазу, без разложения. А это значит, что их нельзя ионизовать электронным ударом. Но среди таких веществ почти всё, что составляет живую ткань (белки, ДНК и т. д.), физиологически активные вещества, полимеры, то есть всё то, что сегодня представляет особый интерес. Масс-спектрометрия не стояла на месте и в последние годы были разработаны специальные методы ионизации таких органических соединений. Сегодня используются, в основном, два из них — ионизация при атмосферном давлении и её подвиды — электроспрей (ESI), химическая ионизация при атмосферном давлении (APCI) и фотоионизация при атмосферном давлении (APPI), а также ионизация лазерной десорбцией при содействии матрицы (MALDI). Масс-анализаторы Полученные при ионизации ионы с помощью электрического поля переносятся в масс-анализатор. Там начинается второй этап масс-спектрометрического анализа — сортировка ионов по массам (точнее по отношению массы к заряду, или m/z). Существуют следующие типы масс-анализаторов: непрерывные масс-анализаторы Магнитный и электростатический секторный масс-анализатор () Квадрупольный масс-анализатор () импульсные масс-анализаторы Времяпролётный масс-анализатор () Ионная ловушка () Квадрупольная линейная ловушка () Масс-анализатор ионно-циклотронного резонанса с Фурье-преобразованием () Орбитрэп () Разница между непрерывными и импульсными масс-анализаторами заключается в том, что в первых ионы поступают непрерывным потоком, а во вторых — порциями, через определённые интервалы времени. Масс-спектрометр может иметь два масс-анализатора. Такой масс-спектрометр называют тандемным. Тандемные масс-спектрометры применяются, как правило, вместе с «мягкими» методами ионизации, при которых не происходит фрагментации ионов анализируемых молекул (молекулярных ионов). Таким образом, первый масс-анализатор анализирует молекулярные ионы. Покидая первый масс-анализатор, молекулярные ионы фрагментируются под действием соударений с молекулами инертного газа или излучения лазера, после чего их фрагменты анализируются во втором масс-анализаторе. Наиболее распространёнными конфигурациями тандемных масс-спектрометров являются квадруполь-квадрупольная и квадруполь-времяпролётная. Детекторы Итак, последним элементом описываемого нами упрощённого масс-спектрометра, является детектор заряженных частиц. Первые масс-спектрометры использовали в качестве детектора фотопластинку. Сейчас используются динодные вторично-электронные умножители, в которых ион, попадая на первый динод, выбивает из него пучок электронов, которые в свою очередь, попадая на следующий динод, выбивают из него ещё большее количество электронов и т. д. Другой вариант — фотоумножители, регистрирующие свечение, возникающее при бомбардировке ионами люминофора. Кроме того, используются микроканальные умножители, системы типа диодных матриц и коллекторы, собирающие все ионы, попавшие в данную точку пространства (коллекторы Фарадея). Хромато-масс-спектрометрия Масс-спектрометры используются для анализа органических и неорганических соединений. Органические образцы в большинстве случаев представляют собой сложные смеси индивидуальных веществ. Например, показано, что запах жареной курицы составляют 400 компонентов (то есть, 400 индивидуальных органических соединений). Задача аналитики состоит в том, чтобы определить сколько компонентов составляют органическое вещество, узнать какие это компоненты (идентифицировать их) и узнать сколько каждого соединения содержится в смеси. Для этого идеальным является сочетание хроматографии с масс-спектрометрией. Газовая хроматография как нельзя лучше подходит для сочетания с ионным источником масс-спектрометра с ионизацией электронным ударом или химической ионизацией, поскольку в колонке хроматографа соединения уже находятся в газовой фазе. Приборы, в которых масс-спектрометрический детектор скомбинирован с газовым хроматографом, называются хромато-масс-спектрометрами («Хромасс»). Многие органические соединения невозможно разделить на компоненты с помощью газовой хроматографии, но можно с помощью жидкостной хроматографии. Для сочетания жидкостной хроматографии с масс-спектрометрией сегодня используют источники ионизации в электроспрее (ESI) и химической ионизации при атмосферном давлении (APCI), а комбинацию жидкостных хроматографов с масс-спектрометрами называют ЖХ/ТМС (). Самые мощные системы для органического анализа, востребованные современной протеомикой, строятся на основе сверхпроводящего магнита и работают по принципу ионно-циклотронного резонанса. Они также носят название FT/MS, поскольку в них используется Фурье преобразование сигнала. Характеристики масс-спектрометров и масс-спектрометрических детекторов Важнейшими техническими характеристиками масс-спектрометров являются чувствительность, динамический диапазон, разрешение, скорость сканирования. При анализе органических соединений наиболее важной характеристикой является чувствительность. Для улучшения чувствительности путём увеличения отношения сигнала к шуму прибегают к ионно-селективному детектированию. При использовании данного метода на приборах низкого разрешения ухудшается не менее важный параметр — достоверность, ввиду высокой сложности подтверждения соответствия результатов с теоретическими ожиданиями. В приборах с двойной фокусировкой при использовании высокого разрешения данная проблема отсутствует. Альтернативным методом анализа является тандемная масс-спектрометрия, характерной особенностью которой является возможность подтверждения результатов основного измерения исходных ионов вторичными детекторами дочерних ионов. Наиболее чувствительным прибором для анализа органических соединений является хромато-масс-спектрометр высокого разрешения с двойной фокусировкой. По характеристике сочетания высокой чувствительности с достоверностью определения компонентов следует отметить классические квадрупольные приборы нового поколения. Использование новейших технологий (например, искривлённого квадрупольного префильтра для снижения шума путём предотвращения попадания нейтральных частиц в детектор) позволяет добиваться высоких характеристик прибора. Применения масс-спектрометрии Разработка новых лекарственных средств для спасения человека от ранее неизлечимых болезней и контроль производства лекарств, генная инженерия и биохимия, протеомика. Без масс-спектрометрии немыслим контроль над незаконным распространением наркотических и психотропных средств, криминалистический и клинический анализ токсичных препаратов, анализ взрывчатых веществ. Выяснение источника происхождения очень важно для решения целого ряда вопросов: например, определение происхождения взрывчатых веществ помогает найти террористов, наркотиков — бороться с их распространением и перекрывать пути их трафика. Экономическая безопасность страны более надёжна, если таможенные службы могут не только подтверждать анализами в сомнительных случаях страну происхождения товара, но и его соответствие заявленному виду и качеству. А анализ нефти и нефтепродуктов нужен не только для оптимизации процессов переработки нефти или геологам для поиска новых нефтяных полей, но и для того, чтобы определить виновных в разливах нефтяных пятен в океане или на земле. В эпоху «химизации сельского хозяйства» весьма важным стал вопрос о присутствии следовых количеств применяемых химических средств (например, пестицидов) в пищевых продуктах. В мизерных количествах эти вещества могут нанести непоправимый вред здоровью человека. Целый ряд техногенных (то есть не существующих в природе, а появившихся в результате индустриальной деятельности человека) веществ являются супертоксикантами (имеющими отравляющее, канцерогенное или вредное для здоровья человека действие в предельно низких концентрациях). Примером являются хорошо известные диоксины. Существование ядерной энергетики немыслимо без масс-спектрометрии. С её помощью определяется степень обогащения расщепляющихся материалов и их чистота. Масс-спектрометрия также используется в медицине. Изотопная масс-спектрометрия углеродных атомов применяется для прямой медицинской диагностики инфицированности человека Helicobacter pylori и является самым надёжным из всех методов диагностики. Также масс-спектрометрия применяется для определения наличия допинга в крови спортсменов. Трудно представить область человеческой деятельности, где не нашлось бы места масс-спектрометрии. Ограничимся просто перечислением: аналитическая химия, биохимия, клиническая химия, общая химия и органическая химия, фармацевтика, косметика, парфюмерия, пищевая промышленность, химический синтез, нефтехимия и нефтепереработка, контроль окружающей среды, производство полимеров и пластиков, медицина и токсикология, криминалистика, допинговый контроль, контроль наркотических средств, контроль алкогольных напитков, геохимия, геология, гидрология, петрография, минералогия, геохронология, археология, ядерная промышленность и энергетика, полупроводниковая промышленность, металлургия. История масс-спектрометрии 1912 год — Дж. Дж. Томсон создаёт первый масс-спектрограф и получает масс-спектры молекул кислорода, азота, угарного газа, углекислого газа и фосгена. 1913 год — С помощью своего масс-спектрографа Дж. Дж. Томсон открывает изотопы неона: неон-20 и неон-22. 1918 год — Артур Демпстер строит первый масс-спектрограф. 1919 год — Фрэнсис Астон, независимо от Демпстера, строит свой первый масс-спектрограф и начинает исследования изотопов. Этот прибор имел разрешающую способность около 130. 1923 год — Астон измеряет с помощью масс-спектрометра дефект массы. 1932 год — Кеннет Бейнбридж строит масс-спектрометр с разрешающей способностью 600 и чувствительностью 1 часть на 10 тыс. 1934 год — Конрад применяет масс-спектрометрию для анализа органических молекул. 1936 год — Артур Демпстер, Кеннет Бэйнбридж () и () конструируют масс-спектрограф с двойной фокусировкой. Демпстер разрабатывает искровой источник ионизации. 1940 год — с помощью препаративной масс-спектрометрии выделяет уран-235. 1940 год — Альфред Нир создаёт первый надёжный источник электронного удара, применив ионизационную камеру. 1942 год — Лоуренс запускает «калютрон» — промышленную установку по разделению изотопов урана, основанную на магнитно-секторном масс-спектрометре. 1946 год — Уильям Стивенс () предлагает концепцию времяпролётного масс-спектрометра. 1948 год — Камероном () и Эггерсом () создан первый масс-спектрометр с времяпролётным масс-анализатором. 1952 год — В. Л. Тальрозе и А. К. Любимова впервые наблюдают сигнал метония CH5+ в ионном источнике электронного удара при повышенном давлении метана в ионизационной камере (в 1966 году Мансон и Филд применят это открытие для аналитических целей и создадут ионный источник с химической ионизацией). 1953 год — Пауль патентует квадрупольный масс-анализатор и ионную ловушку. 1956 год — Фред МакЛафферти и Голке создают первый газовый хромато-масс-спектрометр. 1966 год — Мансон и Филд создают ионный источник с химической ионизацией. 1972 год — Каратаев и Мамырин изобретают время-пролётный масс-анализатор с фокусировкой, значительно улучшающий разрешение анализатора. 1974 год — Первый жидкостный хромато-масс-спектрометр создан Арпино, Болдуином и МакЛафферти 1981 год — Барбер, Бордоли, Седжвик и Тайлор создают ионизатор с бомбардировкой быстрыми атомами (FAB). 1982 год — Первый масс-спектр целого белка (инсулин) с помощью бомбардировки быстрыми атомами (FAB). 1983 год — Бланки и Бестал изобретают термоспрей. 1984 год — Л. Н. Галль, а затем Фенн публикуют работы по методу электроспрей. 1987 год — Карас, Бахман, Бар и Хилленкамп изобретают ионизацию лазерной десорбцией при содействии матрицы (MALDI). 1999 год — Александр Макаров изобретает электростатическую ионную ловушку «Орбитрэп». См. также Масс-спектрометры для изотопного анализа Спектроскопия Спектроскопические методы Инструментальные методы анализа Таблицы Бейнона Фильтр Вина Ускорительный масс-спектрометр () Примечания Ссылки Масс-спектрометрия Метод масс-спектрометрии Аналитическая химия


text: Масс-спектрометры для определения изотопного состава должны быть очень точными. Для анализа изотопного состава лёгких элементов (углерод, водород, кислород, сера, азот и т. д.) используется ионизация электронным ударом. В этом случае годятся все методы ввода газовой фазы, как и в органических масс-спектрометрах (DELTAPlus, DELTAPlus XL и МАТ253). Для анализа изотопов более тяжёлых элементов используется поверхностная ионизация (TRITON TI) или ионизация в индуктивно-связанной плазме (NEPTUN, ELEMENT2). В России для изотопной масс-спектрометрии широко используется масс-спектрометр МИ-1201 производства НПО «Электрон» (ныне — OAO «SELMI», г. Сумы, Украина) в различных модификациях (МИ-1201-АГ, МИ-1201-АГМ, МИ-1201ИГ). Однако в связи с распадом СССР и нестабильностью политических отношений между Россией и Украиной оснащение российских предприятий и институтов украинскими приборами в настоящее время существенно затруднено. Для решения проблемы с обеспечением отечественных предприятий масс-спектрометрическим оборудованием руководством Министерства атомной промышленности РФ в 1999 году было принято решение об организации производства серии специализированных масс-спектрометров различного назначения, первым из которых стал специализированный масс-спектрометр для изотопного состава урана в газовой фазе, получивший обозначение МТИ-350Г. В 2002 году была завершена разработка прибора, МТИ-350Г зарегистрирован в Государственном реестре средств измерения под No 23457-02 и допущен к применению в Российской Федерации. В настоящее время запущено серийное производство прибора в ООО «Уралприбор» (г. Новоуральск), более десятка масс-спектрометров МТИ-350Г эксплуатируются на разделительном производстве крупнейшего в мире предприятия по обогащению урана — Уральского электрохимического комбината (г. Новоуральск). С 2002 по 2007 год выполнена разработка специализированного масс-спектрометра МТИ-350Т, предназначенного для измерения атомной доли изотопов урана, плутония и смешанного топлива в твёрдой фазе. В настоящее время проводятся работы по сертификации прибора. Кроме изотопных приборов, в рамках программы разрабатываются: масс-спектрометр МТИ-350ГП, предназначенный для анализа химически агрессивных веществ с целью обеспечения контроля примесей в газообразном гексафториде урана, а также масс-спектрометр для контроля сублиматного производства гексафторида урана МТХ-350ГС. Во многих типах изотопных масс-спектрометров используются магнитные масс-анализаторы. Важнейшими техническими характеристиками масс-спектрометров и масс-спектрометрических детекторов являются чувствительность, динамический диапазон, разрешение, скорость сканирования. Масс-спектрометрия


text: Протео́мика () — область молекулярной биологии, посвящённая идентификации и количественному анализу белков (иными словами, высокопроизводительному исследованию белков). Термин «протеомика» был предложен в 1997 году. Совокупность всех белков клетки называют протеомом. Объектом изучения протеомики являются белки, которые экспрессируются в клетке, ткани или организме в данный момент времени (то есть протеом). Хотя первые методы протеомики, например, секвенирование белков по Эдману, появились задолго до геномных технологий, действительно высокопроизводительное изучение белков стало возможным только в постгеномную эпоху, то есть при наличии известных нуклеотидных последовательностей геномов разных организмов. Задачи и значение После геномики и транскриптомики, протеомика — следующий шаг в изучении биологических систем. Основная задача протеомики заключается в идентификации новых белков и их количественном анализе. Соответственно, протеомика объективно сложнее геномики, так как геном организма в большинстве случаев не меняется в ходе жизни, но совокупность всех его белков изменяется постоянно. Различаются даже протеомы клеток разных типов одного организма. Кроме того, изучение протеома осложняется и другими обстоятельствами, например, посттрансляционными модификациями, которым подвергаются многие белки (изучением посттрансляционных модификаций занимаются разделы протеомики — и ). Для активности многих белков критически необходимы взаимодействия с другими белками и с РНК, что также осложняет их идентификацию. Наконец, некоторые белки существуют так недолго и столь быстро разрушаются, что их очень сложно зафиксировать имеющимися методами. Данные, полученные методом протеомики, могут быть использованы для формирования более глубокого понимания причин возникновения разнообразных заболеваний, например, нейродегенеративных, а также разработки методов лечения. С помощью протеомики осуществляется поиск антигенов, пригодных для создания новых вакцин. Идентификация белков, которые аномально экспрессируются при различных раковых заболеваниях, имеет огромное значение для диагностики с помощью биомаркеров, прогнозирования и лечения рака. Методы Традиционный подход к изучению белков подразумевает их выделение из тканей и клеток, последующую очистку, в результате чего становится возможным анализировать структуру и функции очищенного белка. Протеомика использует другой подход: всё белковое содержимое клетки можно увидеть и проанализировать в одну стадию. Это стало возможным благодаря появлению и развитию таких методов и технологий, как масс-спектрометрия и двумерный электрофорез. Однако методы протеомики не исчерпываются этими двумя примерами. Ниже рассмотрены использующиеся на данный момент методы исследования белков, в том числе методы количественного анализа и секвенирования аминокислотной последовательности белка, которые на современном этапе используются редко. Количественный анализ, не требующий информации о структурах белков Количественный анализ белков с ферментативной активностью можно опосредованно проводить через этих белков. Ещё в начале XX века подобный анализ можно было осуществить с помощью методов спектрофотометрии. При этом количество катализатора оценивается в условных единицах активности. Условные единицы активности до сих пор используют для описания концентрации в крови таких биомаркеров, как аланинаминотрансфераза и аспартатаминотрансфераза. В 1975 году был разработан способ получения моноклональных антител, и они быстро нашли применение в исследовании белков. Например, если известен антиген данного антитела, то с помощью этого антитела можно идентифицировать исследуемый антиген в экспериментальном образце. В медицине в качестве биомаркеров и в XXI веке широко используются антитела, антигены которых неизвестны, но которые связывают у больных людей гораздо больше антигена, чем у здоровых. Например, гликопротеин CA-125 использовали как биомаркер рака яичников с 1981 года, когда были получены антитела к нему. Значительно позднее идентифицировали сам белок — муцин 16. Секвенирование последовательности белка В 1953 году Фредерик Сенгер определил аминокислотную последовательность гормона инсулина. Для мечения и идентификации N-концевого остатка Сенгер предложил использовать . После связывания с этим реагентом N-концевого остатка белка полипептидную цепь гидролизуют соляной кислотой до отдельных аминокислот и выявляют меченный остаток. Если белок состоит из нескольких полипептидных цепей, то пометятся оба N-концевых остатка, то есть будет установлено число отдельных полипептидных цепей в белке. Для секвенирования всей белковой последовательности чаще применяют метод секвенирования по Эдману. В 1950-х годах шведский химик изобрёл метод определения аминокислотной последовательности белков (секвенирование). Первый этап секвенирования по Эдману — обработка исследуемого пептида изотиоцианатом фенила, который взаимодействует с аминогруппой, давая фенилтиокарбомоильный радикал. При умеренном закислении раствора он отщепляется, захватывая вместе с собой N-концевую аминокислоту. В результате в раствор выходит тиазолинон с радикалом, специфичным для данной аминокислоты. Это производное анализируют хроматографически, определяя, какая аминокислота была на N-конце, и цикл повторяется. Если исследуемый белок закреплён на твёрдой подложке, то после каждой обработки изотиоцианатом фенила его можно промывать, удаляя тиазолинон с N-концевой кислотой, и начинать новый цикл. Метод Эдмана позволяет с высокой точностью определять последовательность длиной до 30 аминокислотных остатков. Высокая чувствительность метода также позволяет секвенировать менее 0,1 нмоль пептида с 99 % точностью. Длина полипептидной цепи, которую можно секвенировать методом Эдмана, зависит от эффективности отдельных стадий, которая, в свою очередь, определяется аминокислотным составом полипептида. В 1960-х годах был создан автоматический секвенатор, реализующий метод Эдмана. Первичную структуру инсулина, на определение которой у Сенгера ушло более 10 лет, в настоящее время можно получить за пару дней прямым секвенированием на белковом секвенаторе. Метод Эдмана сейчас изредка используют при исследовании организмов, геномные последовательности которых неизвестны. Традиционное секвенирование белков также применяют в тех случаях, когда многие их особенности (например, посттрансляционные модификации) нельзя узнать только лишь из последовательности гена. Большинство белков перед секвенированием необходимо приготовить к нему особым образом. Сначала в белке́ разрушают дисульфидные связи, если они есть, при помощи окисления надмуравьиной кислотой или восстановления дитиотреитолом. Далее белковую цепь дробят на фрагменты протеазами, поскольку секвенирование длинных белков имеет невысокую точность. Обычно для гидролиза используют трипсин, который действует только на те пептидные связи, карбонильная группа которых принадлежит остатку лизина или аргинина. Поэтому, если при полном гидролизе определить число лизиновых и аргининовых остатков в белке, можно предсказать, на сколько фрагментов распадётся белок после обработки трипсином. Полученные фрагменты далее чистят с помощью электрофореза (см. ниже) или хроматографии и секвенируют по Эдману. Чтобы восстановить последовательность белка по фрагментам, его разрезают на куски ферментом, который распознаёт остатки, отличные от тех, которые распознаёт трипсин. На основании перекрытий двух полученных наборов фрагментов восстанавливают полную аминокислотную последовательность белка. Для определения положения дисульфидных связей белок снова расщепляют трипсином, но не разрушая предварительно дисульфидные связи. Образующиеся фрагменты разделяют электрофорезом и сравнивают с набором фрагментов, полученных при первом расщеплении трипсином. Если между двумя фрагментами есть дисульфидная связь, то при разделении первого набора фрагментов они будут выглядеть на геле как две полосы, а при электрофорезе второго образуют единую полосу. Двумерный гель-электрофорез В 1970—1980-х годах достигли расцвета методы выделения и очистки белков. Эти методы сочетали принципы хроматографии, электрофореза и центрифугирования; многие из них давно вышли из употребления, но некоторые используются и в XXI веке. В 1970 году швейцарский учёный предложил метод разделения белков при помощи электрофореза в денатурирующих условиях. Сначала белки подвергали жёсткой денатурации под действием додецилсульфата натрия (), который в виде слоя покрывал каждую белковую молекулу. Чем больше был белок, тем больше SDS связывалось с ним и тем больший отрицательный заряд приобретал их комплекс. Поэтому при нанесении образцов на полиакриламидный гель они начинали двигаться под действием электрического поля; при этом скорость движения белковых молекул зависит от их массы (более лёгкие белки перемещаются по гелю быстрее). Метод хорошо подходит для разделения белков с массой от 5 до 250 кДа. Метод Лэммли получил дальнейшее развитие. В 1975 году Патрик О’Фарелл и Йоахим Клозе независимо друг от друга предложили принцип так называемого : перед разделением по массе с помощью SDS белки предварительно разделяются согласно их изоэлектрической точке. Сначала белки вносят в стеклянную трубку, заполненную особыми полимерами, которые создают в ней неподвижный градиент pH. Белки распределяются по трубке, занимая места, pH которых равен их изоэлектрической точке. Далее содержимое трубки выдавливают и приплавляют к гелю для обычного электрофореза по Лэммли. Таким образом, сначала белки делятся по изоэлектрической точке, а потом по массе. В результате двумерного электрофореза каждому белку соответствует не полоса, как при обычном электрофорезе, а сфокусированное округлое пятно, размер и интенсивность окрашивания которого соответствуют концентрации белка. С помощью двумерного электрофореза можно разделять не только различные белки, но и изоформы одного и того же белка, а также формы белка с разными посттрансляционными модификациями. Были предложены различные усовершенствования методики двумерного электрофореза, некоторые его этапы, а также обработка отсканированных гелей, были автоматизированы. По сути, двумерный электрофорез — единственный способ наглядного представления протеома. Вестерн-блоттинг В ряде случаев необходимо установить, с какими клеточными белками взаимодействуют выделенные антитела. Нередко стоит и обратная задача: определить выделенный белок можно с помощью антител, специфически с ним связывающихся. Для этого существует метод вестерн-блоттинга, или иммуноблоттинга. При его применении вначале белки из исследуемого лизата разделяют при помощи гель-электрофореза, а из геля переносят на пористую мембрану. Далее мембрану последовательно обрабатывают антителами, специфичными к искомому белку, и радиоактивно-меченными антителами, связывающимися с первыми антителами. Иногда вместо вторых антител производят ферментативную реакцию с первыми антителами. В результате молекулы искомого белка, распознанные антителами, выявляются как полосы на авторадиограмме или пятна на мембране, по которым можно идентифицировать белок. Масс-спектрометрия Масс-спектрометрия включает ряд методов, которые направлены на определение молекулярной массы исследуемых соединений. Она нашла широкое применение и в биологии, в особенности в протеомике. При применении масс-спектрометрии сначала белки, находящиеся в образце, ионизируют, потом в условиях вакуума ионы сортируются и детектируются, давая на выходе спектр, который дальше анализируется специальными вычислительными методами. В конечном итоге для каждого иона определяется значение отношения массы к заряду. Если заряд иона равен единице, то отношение численно равно его молекулярной массе. Поначалу использование масс-спектрометрии в биологии было ограничено из-за того, что ионизация была очень жёсткой и приводила к разрушению молекул. В 1980-х годах был разработан метод ионизации молекул лазером при их сокристаллизации со светочувствительным органическим веществом (его называют матрицей). Матрица окружает молекулы исследуемого вещества и под действием лазера ионизирует соседние молекулы. В некоторых условиях ионизацию можно провести без разрушения исследуемых молекул. Этот метод получил название опосредованная матрицей лазерная десорбция-ионизация (). Новый метод ионизации совместили с обычным масс-спектрометрометрическим детектором (времяпролётным, ). В этом детекторе ионы движутся в вакуумной трубке и достигают чувствительной пластины (фотоэлектронного умножителя), которая и является детектором. Время, за которое ион преодолевает длину трубки, обратно пропорционально его массе. В 1990-е и в начале 2000-х годов метод MALDI-TOF очень активно использовался для исследований белков. Из-за особенностей изотопного разделения пики в спектрах больших белков чрезвычайно сложно анализировать. По этой причине перед исследованием их с помощью фермента трипсина разрушают на пептиды массой , и затем по данным для пептидов восстанавливают информацию об исходном белке подобно тому, как при секвенировании нуклеиновых кислот нового поколения исходные последовательности собираются из коротких . Этот подход называется «» (). Процесс сборки небезошибочен и приводит к большим потерям информации, поэтому в некоторых случаях исследуются целые белки без расщепления с помощью мощных детекторов сверхвысокого разрешения («», ). Набор молекулярных масс пептидов, которые были получены при обработке белка трипсином, уникален для каждого белка. Это связано в основном с высокой специфичностью трипсина, который вносит разрез только по остаткам лизина и аргинина. Сравнивая полученную картину молекулярных масс пептидов для исследуемого белка с пептидными картами белков из баз данных, можно установить, какой именно белок исследовался. Этот подход получил название пептидной дактилоскопии. Поскольку полного соответствия экспериментального распределения масс пептидов и эталонных пептидных карт достичь невозможно, была введена количественная оценка () вероятности того, что экспериментальная пептидная карта соответствует данной теоретической. Для пептидной дактилоскопии были разработаны специальные программы, например, MOWSE. Вместо фрагментации трипсином перед установкой образцов в масс-спектрометр фрагментацию белков на фрагменты можно осуществлять в самом масс-спектрометре, например, при помощи столкновения с молекулами инертных газов. При этом каждый пептид характеризуется массой иона-предшественника и набором масс ионов-фрагментов. Массы фрагментов можно измерить и по ним восстановить информацию об исходном белке, так как молекулярные массы фрагментов можно найти исходя из последовательности пептида. Такой подход получил название (MS-MS). Как и при пептидной дактилоскопии, в тандемной масс-спектрометрии имеет место вероятностная оценка того, что пептидная карта исследуемого белка соответствует одной из теоретических. В 2007 году для анализа данных тандемной масс-спектрометрии был предложен подход . Суть этого подхода заключается в том, что при анализе данных к целевым теоретическим пептидам ( — цель) стали добавлять равное количество бессмысленных, фальшивых ( — ложная цель) пептидов. Этот подход позволяет оценить качество анализа. Если анализ в качестве лучших соответствий выдаёт соответствие экспериментального белка с заведомо фальшивым, то он даёт , а подход позволяет оценить долю ложноположительных результатов. В качестве альтернативы MALDI ионизацию пептидов перед масс-спектрометрией можно осуществлять с помощью метода ионизации электрораспылением, или ионизации электроспреем (). Жидкость, содержащая исследуемые белки, помещается в конический капилляр, а когда она выходит из капилляра, к ней прилагается сильное напряжение. В результате жидкость превращается в аэрозоль, и при испарении частиц аэрозоля в потоке инертного газа заряд может переходить на растворённые в аэрозоле биомолекулы, в том числе белки. При таком способе ионизации биомолекулы не разрушаются. Ионизацию электроспреем можно легко совместить с высокоэффективной жидкостной хроматографией: поток хроматографической фазы с колонки можно направить прямо в капилляр для электрораспыления. Таким образом, масс-спектрометр будет определять массы разделяемых в аналитической колонке молекул. Этот метод обозначают аббревиатурой LC-MS (от англ. ). Идентификация белков в сложном растворе при помощи комбинации масс-спектрометрии и высокоэффективной жидкостной хроматографии получила название протеомики-дробовика, или скорострельной протеомики (). Методы масс-спектрометрии могут быть использованы для направленного обнаружения искомых белков, то есть масс-спектрометр можно настроить таким образом, чтобы он видел только нужный пептид. Для этой цели используют , то есть три одинаковых масс-спектрометра, последовательно передающие друг другу ионы. Первый масс-спектрометр отфильтровывает интересующий пептид, во втором он фрагментируется, а третий регистрирует от 3 до 5 заранее выбранных фрагментов. Количественный анализ производится на основе интенсивности фрагментов. Этот метод известен как мониторинг множественных реакций (), или (). Белок-белковые взаимодействия Один из наиболее популярных методов изучения белок-белковых взаимодействий — использование дрожжевой двугибридной системы. Для этой цели получают два штамма гаплоидных дрожжей, один из которых исследуемый белок (приманка), а второй — белок, который необходимо проверить на предмет взаимодействия с первым (добыча). Далее гаплоидные клетки сливают с образованием диплоидных клеток дрожжей, экспрессирующих оба белка. Если белки взаимодействуют, то они оба составят транскрипционный фактор, запускающий экспрессию репортёрного гена. Если же взаимодействия между белками нет, то и экспрессия репортёрного гена не запускается. С помощью такого подхода у дрожжей S. cerevisiae при скрининге 6000 клонов добычи против 6000 клонов приманки удалось идентифицировать 691 белок-белковое взаимодействие, из которых только 88 были известны ранее. В XXI веке для исследования белок-белковых взаимодействий применяются и другие методы, такие как плазмонный резонанс. На основании данных о белок-белковых взаимодействиях в ряде случаев можно судить о функциях белка. Например, если известно, что белок взаимодействует с несколькими белками одного метаболического пути, вполне вероятно, что он тоже в нём задействован. Карты белковых взаимодействий называют интерактом. Существуют базы данных, хранящие информацию о взаимодействиях белков. Данные о белок-белковых взаимодействий чрезвычайно важны для биологических сетей и системной биологии: они, например, используются при реконструкции сигнальных каскадов. Белковые микрочипы Белковые микрочипы разрабатываются для идентификации определённых белков в образце. По аналогии с ДНК-микрочипами, на твёрдую подложку наносятся очень маленькие капли, содержащие антитела. В каждой капле находятся меченые антитела к одному определённому белку, который добавляется на чип в виде пробы. После промывки флуоресценция детектируется только в тех каплях, в которых антитела связали исследуемый белок. Вместо антител можно использовать другие молекулы, специфически взаимодействующие с конкретными белками, например, олигонуклеотиды. Белковые микрочипы также можно использовать для обнаружения белок-белковых взаимодействий и определения функций белков. В 2000-е годы белковые микрочипы автоматизированы. Они обладают высокой чувствительностью и требуют совсем небольшого количества исследуемого белка, благодаря чему отличаются экономичностью. Биоинформатика в протеомике С помощью масс-спектрометрии и чипов можно получить информацию о фрагментах белка, но не о белке целиком. В связи с этим созданы программы, которые из фрагментарных данных масс-спектрометрии и чипов выдают данные о почти полностью собранных из этих фрагментов белков. Эти программы основаны на построении выравниваний фрагментов с известными белками из баз данных UniProt и . В большинстве программ, анализирующих белки, не учитываются их посттрансляционные модификации. Существующие инструменты, определяющие посттрансляционные модификации, имеют лишь предсказательный характер. Вычислительные методы биоинформатики активно используются для изучения белков-биомаркеров. Так, с помощью компьютерных моделей удалось показать интенсивный обмен белками между организмом матери и плодом при беременности, причём для анализа требовался лишь неинвазивный забор крови у матери. Развивается такое направление, как протеогеномика, которая использует методы протеомики для подтверждения данных, полученных из геномных последовательностей. Существует также структурная протеомика, которая занимается широкомасштабным исследованием структур белков на основе данных рентгеноструктурного анализа и ЯМР-спектроскопии. Протеомика и системная биология Последние достижения в количественной протеомике позволяют использовать её для глубокого анализа клеточных систем. Описание поведения биологических систем в ответ на разнообразные воздействия (действия внешних факторов, изменения клеточной физиологии в связи с разными фазами клеточного цикла и тому подобные) на уровне изменения белкового состава позволяют глубже понять суть многих биологических процессов. Благодаря этому протеомику, наряду с геномикой, транскриптомикой, эпигеномикой, метаболомикой и другими , включают в состав нового научного направления — системной биологии. Так, Атлас протеома раковых клеток () содержит количественные данные об экспрессии около 200 белков в более чем 4000 проанализированных опухолевых образцах, дополняя Атлас ракового генома (), содержащий геномные и транскриптомные данные для этих белков. Практическое применение С помощью MALDI-TOF можно определять патогенные микроорганизмы с точностью до родов и видов. Интактные бактериальные клетки наносят на металлическую мишень масс-спектрометра, покрывают матрицей, облучают лазером и получают специфичные профили, которые обученный алгоритм распознаёт по характерным массам. Исследуется возможность использования протеомики для диагностики раковых заболеваний с помощью анализа белковых биомаркеров, а также определения степени злокачественности опухоли. В этом направлении уже достигнуты некоторые успехи. Например, в США разрешено использование разработанного в 2015 году теста Xpresys Lung, который использует таргетную масс-спектрометрию нескольких белков плазмы крови и оценивает степень злокачественности опухолевых узелков в лёгких. Новейшие достижения протеомики — в области масс-спектрометрии, разделении белков органелл и мембранных белков — могут сделать возможными исследование протеома сердца и идентификацию модифицированных белков (а также определять характер их модификации). Данные по протеому сердца помогут понять механизмы разнообразных сердечно-сосудистых заболеваний. Многие лекарственные препараты или сами являются белками, или действуют на определённые белки. Поэтому протеомику взяли на вооружение специалисты, занимающиеся . У большинства фармацевтических компаний есть подразделение, занимающееся протеомикой, или компания-партнёр, специализирующаяся на протеомике. Методы протеомики используют для подтверждения валидности мишеней разрабатываемых препаратов, определения эффективности биомаркеров, изучения механизма действия препарата и его токсичности. Методы протеомики используют, в частности, для поиска , которые связываются с пурин-связывающими белками на этапе размножения плазмодия в эритроцитах и выхода из них в кровь. Сравнение протеомов двух организмов (необязательно близкородственных) позволяет выявить как общие для этих двух организмов белки, так и белки, которые обусловливают различия их фенотипов. Такой анализ может давать информацию, полезную для понимания эволюционного процесса, а иногда позволяет определить ранее неизвестные функции белков. Например, при помощи сравнительной протеомики были выявлены белки насекомого , вовлечённые в процессы, связанные с размножением, чья экспрессия изменяется в ответ на обработку инсектицидами. История История протеомики начинается с 1950 года, когда Эдман предложил метод секвенирования белков. В 1958 году исследовательская группа Фредерика Сенгера определила аминокислотную последовательность инсулина. В 1959 году зародился метод , который имеет огромное значение для изучения белков. В 1967 году был создан первый автоматический секвенатор, определяющий аминокислотные последовательности белков по методу Эдмана. В 1970 году Лэммли предложил метод разделения белков с помощью электрофореза в денатурирующем полиакриламидном геле, а в 1975 году на его основе была предложена методика двумерного электрофореза. В 1984 году был изобретён метод ионизации электроспреем, что позволило изучать белки с помощью масс-спектрометрии без их разрушения, а в 1985 году был предложен метод ионизации MALDI. В 1994 году появились первые пептидные карты для масс-спектрометрии. В 1996 году аспирант Марк Уилкинс ввёл в употребление термин «протеом», и уже в следующем году появился термин «протеомика». В 1999 году появились первые программы для предсказания фрагментов, массы которых будут определены с помощью масс-спектрометрии, по последовательности белка. В 2001 году зародилась скорострельная () протеомика, и к 2014 году с помощью этого метода стало возможным идентифицировать 20 тысяч белков человека в одном образце. В настоящее время происходит не только развитие и усовершенствование методов протеомики, таких как различные разновидности масс-спектрометрии, но и новых программ для интерпретации протеомных данных. Примечания Литература Биоинформатика Протеомика Белки


text: Изотопный анализ — определение изотопного состава химического элемента. Изотопный анализ различных элементов можно реализовать на различных физических принципах. Наиболее распространённым является масс-спектрометрический метод, с помощью которого можно проводить изотопный анализ всех без исключения элементов периодической системы. Масс-спектрометры для определения изотопного состава должны быть высокоточными. Для анализа изотопного состава лёгких элементов (углерод, водород, кислород, сера, азот и т. д.) используется ионизация электронным ударом. Для этих целей годятся все методы ввода газовой фазы, как и в органических масс-спектрометрах. Для анализа изотопов более тяжёлых элементов используется термоионизация или ионизация в индуктивно-связанной плазме. Во многих типах изотопных масс-спектрометров используются магнитные масс-анализаторы. Важнейшими техническими характеристиками масс-спектрометров являются чувствительность, динамический диапазон, разрешение, скорость сканирования. Оптические методы изотопного анализа (например, абсорбционные на основе диодных лазеров) в ряде случаев позволяют избавиться от изобарных наложений (то есть помех, связанных с совпадением масс изотопов или изотопомеров различных элементов), которые часто препятствуют измерениям, проводимым при помощи масс-спектрометров. См. также Масс-спектрометры для изотопного анализа Литература Свердлов Л. М., Ковнер М. А., Крайнев Е. П. Колебательные спектры многоатомных молекул. М.:Наука, 1970. 559с. Sverdlov L.M., Kovner M.A., Krainov E.P. Vibrational Spectra of polyatomic molecules. New York, Toronto, Jerusalem, London: John Wiley and Sons, 1974. 664p. Аналитическая химия Изотопы Методы экспериментальной физики


text: Цифрово́й аудиоформа́т — формат представления звуковых данных, используемый при цифровой звукозаписи, а также для дальнейшего хранения записанного материала на компьютере и других электронных носителях информации, так называемых звуковых носителях. Аудиофа́йл (файл, содержащий звукозапись) — компьютерный файл, состоящий из информации об амплитуде и частоте звука, сохранённой для дальнейшего воспроизведения на компьютере или проигрывателе. Разновидности цифровых аудиоформатов Существуют различные понятия звукового формата. Формат представления звуковых данных в цифровом виде зависит от способа квантования аналогово-цифровым преобразователем (АЦП). В звукотехнике в настоящее время наиболее распространены два вида квантования: импульсно-кодовая модуляция сигма-дельта-модуляция Зачастую разрядность квантования и частоту дискретизации указывают для различных звуковых устройств записи и воспроизведения как формат представления цифрового звука (24 бита/192 кГц; 16 бит/48 кГц). Формат файла определяет структуру и особенности представления звуковых данных при хранении на запоминающем устройстве. Для устранения избыточности аудиоданных используются аудиокодеки, при помощи которых производится сжатие аудиоданных. Выделяют три группы звуковых форматов файлов: аудиоформаты без сжатия, такие как WAV, AIFF аудиоформаты со сжатием без потерь (APE, FLAC) аудиоформаты со сжатием с потерями (MP3, Ogg) Особняком стоят модульные музыкальные форматы файлов, созданные синтетически или из семплов заранее записанных живых инструментов. Они в основном служат для создания современной электронной музыки (MOD). Также сюда можно отнести формат MIDI, который не является звукозаписью, но с помощью секвенсора позволяет записывать и воспроизводить музыку, используя определённый набор команд в текстовом виде. Форматы носителей цифрового звука применяют как для массового распространения звуковых записей (CD, SACD), так и в профессиональной звукозаписи (DAT, минидиск). Для систем пространственного звучания также можно выделить форматы звука, в основном являющиеся звуковым многоканальным сопровождением к кинофильмам. Такие системы имеют целые семейства форматов, созданные двумя крупными конкурирующими компаниями — Digital Theater Systems Inc. (DTS) и Dolby Laboratories Inc. (Dolby Digital). Также форматом называют количество каналов в системах многоканального звука (5.1; 7.1). Изначально такая система была разработана для кинотеатров, но впоследствии была расширена для систем домашнего кинотеатра. Некоторые виды цифрового звука в сравнении Таблица сравнения Указанные в таблице скорости кодирования и декодирования, а также коэффициент сжатия, получаются при использовании стандартных настроек кодировщика. Список цифровых аудиоформатов AA AAC AC3 (Dolby Digital) ADX AHX AIFF APE ASF (SND) AUD DMF DTS DXD FLAC MMF (Yamaha SMAF) MOD MP1 MP2 MP3 MP4 MPC Ogg Vorbis Opus RA TTA VOC VOX VQF WAV WMA XM CD DVD-audio MQA Кодирование без потерь Форматы без сжатия AIFF AU CDDA — формат, используемый в аудио-CD DSD — формат, используемый в SACD DXD — качество цифровой звукозаписи DXD по многим параметрам превосходит не только другие ИКМ-форматы, но и DSD. IFF-8SVX — Interchange File Format IFF-16SV RAW — необработанные («сырые») замеры без какого-либо заголовка или синхронизации WAV — Microsoft Wave (Waveform audio format); разработан совместно с IBM Форматы со сжатием звука без потерь FLAC (.flac) — свободный кодек из проекта Ogg Lossless Audio (.la) Lossless Predictive Audio Compression (LPAC; .pac) Apple Lossless (.m4a) Monkey's Audio (.ape) OptimFROG (.ofr) RKAU (.rka) Shorten (.shn) TTA — True Audio, свободный кодек TAK (.tak) — Tom’s lossless Audio Kompressor WavPack (.wv) Windows Media Audio 9 Lossless (.wma) ADX — формат звука с максимальным битрейтом 1 Гбит/с PXD (.pxd) — формат компании PXD Media. Один из первых аудиокодеков без потерь (1997). Используется в музыкальных конструкторах EJAY и других. Кодирование с потерями MP2 — MPEG-1/2 Layer 2 (Musicam) MP3 — MPEG-1/2/2.5 Layer 3 Vorbis — проект Ogg, свободный, похож по принципам на MP3 Speex — проект Ogg, свободный, сжатие голоса, низкий битрейт Opus — проект Ogg, свободный, передача звука по сети; основан на технологиях кодеков CELT и SILK. GSM-FR — GSM Full Rate, изначально для сотовых телефонов G.723.1 — один из базовых кодеков речевой IP-телефонии G.729 — эффективный узкополосный речевой кодек IP-телефонии Windows Media Audio (WMA) AAC (.m4a, .mp4, .m4p, .aac) — Advanced Audio Coding, часто в контейнере MPEG-4 Musepack — Musepack (MPC) TwinVQ — Yamaha TwinVQ (VQF) RealAudio (RA, RM) OTS Audio File — похож на MP3 SWA — Macromedia Shockwave Audio; сжатие как в MP3 с дополнительными заголовками для Macromedia Director Другие форматы GYM — лог чипа Genesis YM2612 IMF (id Music File) — создан id Software, содержит лишь байты, передаваемые чипу OPL2 IT — модуль Impulse Tracker, добавлены сжатые инструменты, действия на отпускание ноты, и др. MID, MIDI (Musical Instrument Digital Interface) — обычно просто ноты и управляющие инструкции, но изредка и дампы семплов) MT2 — модуль MadTracker, сочетает свойства IT и XM MNG — звуковое сопровождение () для игр серии , начиная с Creatures 2 MOD — модули Soundtracker и Protracker для семплов и мелодии MusicXML NSF (NES music) NIFF ORG (Organya) — формат, придуманный разработчиками игры Cave Story PSF — PlayStation sound format PTB (Power Tab Editor tab) S3M — модуль ScreamTracker 3, чуть больше эффектов и отдельной колонкой громкости SPC — звуковой формат Super Nintendo Entertainment System STF — файл проекта StudioFactory, содержит все необходимые патчи, семплы, треки и установки для воспроизведения файла SYN — файл проекта SynFactory, содержит все необходимые патчи, семплы, треки и установки для воспроизведения файла VGM (Video Game Music) — лог нескольких чипов XM — модуль Fast Tracker, добавлены инструменты YM — формат звукового чипа Atari ST/Amstrad CPC YM2149 Форматы плейлистов Существуют как общепринятые (стандартные) форматы плейлистов, так и разработанные для конкретного медиаплеера. Однако нередко форматы второго типа становятся популярными и стандартными. Наиболее популярные форматы плейлистов: Advanced Systems Format (.asx) — Windows Media Metafile — XML-подобный формат файла, представленный в Windows Media Player. B4S — базирующийся на XML формат плейлиста Winamp3. FPL — плейлист плеера foobar2000. M3U (.m3u, .m3u8) — текстовый формат, изначально появился в Winamp, затем появилась его поддержка и в других плеерах. PLS — формат, используемый первоначально в плеере Light Alloy. Real Audio Metafile — только для файлов формата Real Audio. SMIL — XML-подобный формат, рекомендованный Консорциумом W3C; распространяется как на аудио-, так и на видеоформаты. VLC — собственный формат плейлиста в проигрывателе VLC. Windows Media Player Playlist (WPL) — список воспроизведения Windows Media Player, начиная с 9 версии. XSPF — открытый XML-формат, рассчитанный на переносимость и кроссплатформенность; разработан Xiph.Org. ZPL — формат плейлиста в Zoom Player. AIMPPL, AIMPPL4, PLC — форматы плейлистов плеера AIMP. (PLC : AIMP 1.52 - 2.60, AIMPPL : AIMP 3.00 - 3.60, AIMPPL4 : 4.00 - 5.02, начиная с 5.03 стандартным форматом плейлистов стал открытый формат плейлистов XSPF, на мобильной версии AIMP ранее также фигурировал формат AIMPBPL) См. также Аудиокодек Цифровая звукозапись Сравнение форматов звукозаписи Цифровые видеоформаты Примечания Ссылки List of audio and music file formats Форматы звуковых файлов. Часть 1 Форматы звуковых файлов. Часть 2 Форматы звуковых файлов. Часть 3 Форматы Lossless comparison — сравнение кодеков без потерь Цифровой звук


text: Охра́на окружа́ющей среды́ (или охра́на приро́ды, защи́та приро́ды) — комплекс мер, предназначенных для ограничения отрицательного влияния деятельности человека на окружающую среду (природу) и предотвращения её деградации. Такими мерами могут являться: Ограничение выбросов в атмосферу и гидросферу с целью улучшения общей экологической обстановки. Создание заповедников, национальных парков с целью сохранения природных комплексов. Ограничение ловли рыбы, охоты с целью сохранения определённых видов. Ограничение выброса мусора. Научная основа Научные основы охраны окружающей среды изучает экология. Изучение многообразного влияния научно-технического прогресса на окружающую природную среду (биосферу) — одна из наиболее важных проблем современности. Конечная цель такого изучения — защита и улучшение окружающей среды для благополучного существования текущего и будущих поколений. Охрана земель и меры по защите почв Охрана земель, согласно экологическому словарю, — это «комплекс организационно-хозяйственных, агрономических, технических, мелиоративных, экономических и правовых мероприятий по предотвращению и устранению процессов, ухудшающих состояние земель, а также случаев нарушения порядка пользования землями». Охрана земель тесно связана с охраной почв. Для восстановления почв, загрязнённых токсичными промышленными отходами (в том числе свинцом, мышьяком, цинком и медью) могут быть использованы новые подвиды земляных червей Lumbricus rubellus. Каждый подвид обладает своим белковым комплексом, нейтрализующим опасные соединения, то есть поглощает определённый элемент и возвращает его в почву уже в виде, пригодном для усвоения растениями. Таким образом, возможно двухэтапное восстановление почв: разведение червей; высадка зелёных насаждений. Поскольку эти черви не способны жить в чистых почвах, их также можно использовать для оценки токсичности почв. Охрана лесов Сплошные концентрированные рубки, пожары, болезни, ветровал, загрязнение окружающей среды и индивидуальный отбор, очень широко применяемый в селекции, приводят к тому, что сокращается эффективная численность особей в популяциях древесных растений. А за этим следует постоянное снижение генетического разнообразия лесов. Это опасно тем, что новые поколения леса, появившиеся от численно ограниченной группы, будут менее разнообразны с точки зрения генетики, а значит, снизится их продуктивность и устойчивость к неблагоприятным условиям. Устранить эту проблему в отношении каждого конкретного вида можно только в том случае, если будет достаточно хорошо изучена его популяционно-хорологическая структура. Эксплуатация и последующее восстановление численности популяции должны осуществляться на основе максимально возможного сохранения принципа естественного воспроизведения этой популяции. Например, для сосны обыкновенной в таёжной зоне, где под пологом взрослых деревьев имеется много подроста, восстановление леса должно проходить естественным путём. Суть метода здесь — в выборе оптимальных схем разработки лесосек для максимального сохранения подроста. В типах лесов, где сосна не сменяется менее ценными древесными видами, но подроста мало, возобновление сосны также должно быть естественным, а постепенные рубки сопровождаться мерами, способствующими этому. Восстановление вырубок путём посадок возможно только в тех типах лесов, где сосна заменяется другими, хозяйственно малоценными видами. Здесь важно соблюдение принципа: где были заготовлены семена, там они и должны быть высеяны. Экологический активизм Экологический активизм (экологизм, энвайронментализм) — общественное движение, направленное на усиление мер по защите окружающей среды. Активисты организуют протесты против загрязнения окружающей среды, а иногда (как в случае организации «Гринпис») и активно саботируют ведение экологически опасной экономической деятельности. Наиболее радикальные энвайронменталистские организации (например, Фронт освобождения Земли) допускают в своей деятельности методы экотерроризма. С точки зрения религии Буддизм Согласно современному мастеру чань Син Юню, Будда Шакьямуни был основателем движения по охране окружающей среды, которое воплощает в себе буддизм. Будда утверждал, что все вещи являются взаимозависимыми друг от друга и не могут существовать обособленно. Тем самым, причиняя вред окружающей среде, человек причиняет вред себе. То же верно и в обратном направлении. Например, согласно буддийскому учению, ложь приводит к повышению загрязнения и вони в окружающей среде. Охране окружающей среды в учении всегда уделялось большое внимание. Будда указывал своим последователям, что те должны защищать от уничтожения животных и отдельные виды деревьев. Буддисты часто производили посадку деревьев и углубляли реки. Они также призывали людей к вегетарианству, экономному использованию природных ресурсов и любви к природе. Зороастризм Зороастризм провозглашает почитание стихий Земли: огня, воды, земли и воздуха. Заратуштра провозгласил необходимость беречь окружающую среду и предохранять её от загрязнения, необходимость заботы о животных и растениях. Православие Православный святой, преподобный Амфилохий (Макрис), по утверждениям современников очень любил природу, особенно же — деревья. Дружба православных святых с дикими животными — часто упоминается как в житиях святых, так и в легендарных историях о них. Делегация Русской православной церкви на VI Ассамблее ВСЦ в 1983 г. внесла предложение о внесении в перечень прав человека «права на защиту окружающей среды». В документе «Позиция Русской Православной Церкви по актуальным проблемам экологии» указано в частности:Загрязнение и разрушение природы — прямое следствие человеческого греха, его зримое воплощение. Многообразные проявления греховного отношения к природе характерны для современного «общества потребления», ставящего главной целью получение прибыли.Священный Синод Русской православной церкви на заседании 13 июля 2015 года в Санкт-Петербурге установил день особой молитвы о Божием творении. Архипастырям и пастырям в первое воскресенье сентября Синод постановил посвящать проповедь заботе о Божем творении. Тем самым священный Синод стремится стимулировать активность духовенства и мирян в экологической сфере. С 2015 года работает сайт экологической работы Московской епархии , на котором регулярно публикуются новости о работе и акциях, проводимых под патронажем Церкви. Католицизм Среди католических богословов наиболее полное развитие природоохранная тематика получила в трудах папы Иоанна Павла II, который, рассматривая причины экологического кризиса, считал, что: «Человек, охваченный жаждой иметь и получать удовольствие в большей степени, чем быть и возрастать, потребляет безудержно и беспорядочно земные ресурсы и свою собственную жизнь», решение экологических проблем возможно только на пути сохранения «нравственных условий подлинной человеческой экологии». См. также Охрана природы Движение в защиту окружающей среды Экологическая политика Деградация окружающей среды Всемирный день окружающей среды Международное право охраны окружающей среды Международный день предотвращения эксплуатации окружающей среды во время войны и вооружённых конфликтов Загрязнение Загрязнение океанов Загрязнение почв Световое загрязнение Геоэтика Биоаккумуляция Экологические платежи Индекс экологической эффективности Примечания Литература Беспамятнов Г. П., Кротов Ю. А., Предельно допустимые концентрации химических веществ в окружающей среде, Л., 1985 Грушко Я. М., Вредные органические соединения в промышленных выбросах в атмосферу, Л., 1986 Грушко Я. М., Вредные неорганические соединения в промышленных выбросах в атмосферу, Л., 1988 Дмитриев М. Т., Казнина Н. И., Пинигина И. А., Санитарно-химический анализ загрязняющих веществ в окружающей среде, М., 1989 Яблоков А. В. и др. Охрана живой природы: проблемы и перспективы. М., 1983. Hartshorn G. S. A Russian «Silent Spring». — BioScience, 1992, Vol. 42, No. 7, p. 559—560. Ссылки EnviroLink Network — большой список энвайронменталистских организаций Международный портал экологических акций 4green — единый календарь акций, идеи, планирование, обсуждения Окружающая среда Энвайронментализм


text: Электронная спектроскопия является очень чувствительным и удобным методом для определения спектров поглощения, пропускания или отражения, изучения кинетики реакции, сопровождающейся спектральными изменениями. Основан на принципе фотоионизации атомов исследуемого вещества под действием электромагнитного излучения. Преимуществами этого метода являются: возможность анализа очень малых количеств вещества, возможность тонкого исследования природы химических связей в молекулах. В обычных условиях спектры имеют диффузный характер, что ограничивает их применение веществами, имеющими хромофорные группы (ароматические циклы, кратные связи и т. п.). Эти спектры позволяют устанавливать наличие тех или иных групп в молекуле, то есть осуществлять групповой анализ, изучать влияние заместителей на электронные спектры и строение молекул, исследовать таутомерию и другие превращения. Виды электронной спектроскопии: Молекулярная электронная спектроскопия Обратная фотоэмиссионная спектроскопия Оже-спектроскопия Рентгеноспектральный микроанализ Спектроскопия характеристических потерь энергии электронами Ультрафиолетовая спектроскопия Фотоэлектронная спектроскопия Рентгеновская фотоэлектронная спектроскопия Ультрафиолетовая фотоэлектронная спектроскопия Электронно-колебательная спектроскопия Примечания Литература Спектроскопия