Колдаев В.М. Метод числовых показателей спектров поглощения в анализе извлечений из растений

Содержание

Предисловие

Основы метода исследования веществ по поглощению света — абсорбционной спектрофотометрии разработаны Бугером и Ламбертом еще в 1729–1760 гг. С тех пор этот сравнительно несложный метод получил значительное развитие и усовершенствование, в настоящее время широко используется в физике, химии, биологии, фармации и других отраслях, связанных с оптическими свойствами молекул и растворов. Реализация метода сводится главным образом к получению зависимости поглощения от длины волны воздействующего на вещество света, абсорбционных спектров.

Примерно до 1960–1970-х годов в абсорбционной спектрофотометрии применялась аналоговая аппаратура, регистрация спектров производилась «вручную». Часто спектрофотометр использовали как прецизионный фотоколориметр на фиксированных, аналитических длинах волн. Спектры поглощения в широком диапазоне, охватывающем ультрафиолетовый и видимый участки, регистрировались довольно редко из-за трудоемкости. Например, получение спектра в диапазоне 250–700 нм с шагом 1 нм (450 точек) занимало многие часы. Были, конечно, спектрофотометры, работающие в полуавтоматических режимах, но они имели ряд недостатков, зачастую изготавливались самими исследователями и до уровня промышленного производства не дошли. Соответственно и обработка широкодиапазонных абсорбционных спектров оставалась на невысоком уровне.

С появлением в 1970–1980 годах промышленных серийных автоматизированных цифровых спектрофотометров, управляемых компьютером, ситуация резко изменилась — были устранены многие недостатки аппаратуры, значительно сократилось время регистрации спектра. Даже при шаге 0,5 нм для записи спектра в широком диапазоне 200–700 нм, (1000 точек) стали требоваться считанные минуты. Однако способы обработки абсорбционных спектров остались прежними, малоэффективными для извлечения той, более обширной, информации, которую мог обеспечить цифровой спектрофотометр. Особенно неудовлетворительно дело обстояло с обработкой абсорбционных спектров экстрактов из растительного материала. И здесь потребовались новые подходы.

Нетрадиционный метод обработки спектров поглощения, основанный на использовании числовых показателей точек перегиба спектральной кривой и площадей полос поглощения, начал разрабатываться в нашей лаборатории с 2007 г. Для автоматизации вычислений числовых показателей спектра (ЧПС) использовали оригинальный пакет прикладных компьютерных программ (зарегистрированы в Фонде интеллектуальной собственности РФ).

Нужно сказать, что первые попытки выступить в печати с результатами применения метода в анализе извлечений из растений были встречены без энтузиазма. Редакции журналов (например, «Вестник Дальневосточного отделения РАН») отказывали, мотивируя формальными отписками («не теми буквами обозначены оси диаграмм» и т. п.) без каких-либо оценок рецензентами принципа самого метода и его прикладных возможностей.

Другие журналы (например, «Известия Самарского НЦ РАН») восприняли метод более благосклонно. В конце концом была опубликована серия статей по обработке абсорбционных спектров извлечений из растений предлагаемым нетрадиционным методом. Особенно благожелательно отнеслись к нашим новациям зарубежные коллеги. В частности, анонимный рецензент одного из ведущих журналов по спектроскопии (Spectrochimica Acta Part A: Molecular and Biomolecular Spectroscopy), в своем положительном отзыве отметил: «…The authors should be commended for writing a flawless manuscript, applying a principle which has never been used to study plant extracts…». («Авторы заслуживают похвалы за написание безупречной рукописи, применяя принцип, который никогда не использовался для изучения растительных экстрактов…»).

Постепенно интерес к разработанному методу возрастал. И тогда возникло намерение собрать воедино для целостного представления о методе ЧПС отдельные, разбросанные по разным изданиям публикации в одной книге. Эта книга перед Вами, насколько удачно реализовано намерение судить Вам.

В первой, вводной главе описаны основные принципы абсорбционной спектрофотометрии, особенности спектров поглощения растительных экстрактов и некоторые современные приемы абсорбционной спектрофотометрии. Читатели, достаточно осведомленные в этой области, первую главу могут пропустить.

Вторая глава посвящена вопросам подготовки извлечений из растений для спектрофотометрии, и, в основном, подробному описанию определения числовых показателей спектрограмм, а также статистической обработке.

В третьей главе приводятся авторские экспериментальные данные применения метода при исследовании этиолирования, суточной и сезонной изменчивости фотосинтетических процессов, устойчивости антоцианов, группировки растений по фотометрическим признакам в зависимости от жизненных форм.

В Заключении обсуждаются перспективы использования в оценках состояния растений в разных условиях.

Справочный материал и некоторые громоздкие вычисления вынесены в приложения.

Латинские названия растений даны по: Воробьев Д. П. Определитель сосудистых растений окрестностей Владивостока. Л.: Наука, 1982; Ворошилов В. Н. Определитель растений советского Дальнего Востока. М.: Наука, 1982; Растительные ресурсы России. СПб.; М.: КМК: Т. 1. — 2008; Т. 2. — 2009; Т. 3. — 2010; Т. 4. — 2011; Т. 5. — 2012; Сосудистые растения советского Дальнего Востока. Л.: Наука, 1989; использовались также периодические издания главного ботанического сада РАН.

Книга рассчитана на биологов, ботаников, занимающихся спектрофотометрией извлечений из растений. Безусловно, книгой может пользоваться и более широкая аудитория.

Тематика книги соответствует пункту 20 «г» Раздела II Приложения к указу Президента РФ «О стратегии научно-технологического развития Российской федерации» № 642 от 1.12.2016 г.

Пользуясь случаем, выражаю признательность сотрудникам Лаборатории лекарственных растений ФНЦ ДВО РАН д. б. н., проф. П. С. Зорикову, к. б. н., доц. О. Г. Зориковой, к. б. н., ст. н. с. А. Ю. Маняхину (зав. лаб.) за помощь в сборе растительного материала и добрые советы при подготовке рукописи.

Автор

Об авторе

Колдаев Владимир Михайлович

Доктор биологических наук, профессор. Более 40 лет заведовал кафедрой медицинской и биологической физики Тихоокеанского государственного медицинского университета, опубликовал два учебника по медицинской физике. С 2002 г. является ведущим научным сотрудником лаборатории лекарственных растений Горно-таежной станции Федерального научного центра Дальневосточного отделения РАН. Имеет более 200 печатных работ в отечественных и зарубежных изданиях, 12 патентов и свидетельств на изобретения. Основные научные интересы: физико-химические свойства экстрактов из лекарственных растений, абсорбционная спектрофотометрия.