Метод хроматографии егэ биология

Каталог заданий

Версия для печати и копирования в MS Word

Метод исследования
— это способ научного познания действительности.

Общие методы исследования

Что
такое метод исследования? Приведите примеры биологических методов
исследования и ситуации, в которых они применяются.

1) Метод исследования —
это способ научного познания действительности.

2) Различают
биологические методы исследования: описание, наблюдение, сравнение,
эксперимент, микроскопия, центрифугирование, гибридологический, близнецовый
метод, биохимический метод и др.

3) Методы
исследования применяются только в определенных случаях и для достижения
определенных целей. Например, гибридологический — для изучения
наследственности применяется в животноводстве и растениеводстве, но не
применяется для человека. Центрифугирование позволяет выделять органоиды
клетки для их изучения.

Метод

Для каких целей применяется

Примеры из ЕГЭ

Общие методы
исследования (как биологические, так и других наук): эксперимент, наблюдение, описание, сравнение,
моделирование.

Методы эмпирического
(практического) исследования (наблюдение,
эксперимент и др.) основаны
на опыте, практике. Суть эмпирических методов состоит в фиксации и описании
явлений, фактов, видимых связей между ними.

Наблюдение и

 описание

 Наблюдение — это целенаправленный процесс
восприятия предметов действительности, результаты которого фиксируются в
описании. Для получения значимых результатов необходимо многократное
наблюдение. Виды: непосредственное наблюдение, которое осуществляется без
применения технических средств; опосредованное наблюдение — с использованием
технических устройств.

·        
Сезонные изменения в живой природе

·        
Слежение за миграцией косяка трески

Эксперимент

Это научно поставленный опыт, наблюдение
исследуемого явления в контролируемых условиях, позволяющих выявить
характеристики данного объекта или явления. 

·        
изучение характера пульса после разных
физических нагрузок

·        
лабораторное исследование влияния гиподинамии
на состояние здоровья

Моделирование

Метод, при котором создается некий образ
объекта, модель, с помощью которой ученые получают необходимые сведения об
объекте

Джеймс Уотсон и Френсис Крик создали из
отдельных элементов модель – двойную спираль ДНК, отвечающую данным рентгенологических
и биохимических исследований

·        
Использовался при выяснении структуры ДНК.

Сравнительный
метод

Сравнительный
метод – позволяет выявить сходство между
организмами и их частями.

Полученные с помощью этого метода сведения
легли в основу систематики Карла Линнея, позволили Теодору Шванну и Маттиасу
Шлейдену сформулировать клеточную теорию, легли в основу закона зародышевого
сходства, открытого Карлом Бэром.

Исторический
метод 

Выясняет закономерности появления и развития
организмов, становления их структуры и функций. 

Теоретические методы (анализ и синтез,
обобщение (классификация), абстрагирование, конкретизация, моделирование и
др.) связаны с мысленным проникновением в сущность изучаемого явления или
процесса, построением моделей их идеальных состояний.

Методы изучения
клетки

МЕТОДЫ ЦИТОЛОГИИ:

1)        
Микроскопия –
изучение морфологии клетки.

2)        
Хроматография – физико-химический метод, используемый в цитологии
для разделения смеси веществ, основанном на разной скорости движения веществ
через адсорбент, например, разделение смеси пигментов растений.

3)        
Метод меченых атомов – введение в вещество радиоактивного
изотопа химического элемента для изучения путей его превращения в клетке.
Метод используется для изучения жизнедеятельности клетки.

4)        
Центрифугирование –
метод разделения клеточных структур и макромолекул с помощью центрифуги,
позволяющий дифференцировано осаждать клеточные структуры, отличающиеся друг
от друга своей массой.

5)        
Биохимический метод – метод, используемый в цитологии для
обнаружения и оценки количества веществ в клетках и тканях организмов,
изучение структуры веществ.

6)        
Электрофорез — физико-химический метод, используемый в
цитологии для разделения смеси веществ с помощью электрического тока,
например, разделение смеси белков плазмы крови.

7)        
Метод культуры клеток и
тканей – изучение
жизнедеятельности клеток и тканей путем культивирования их на искусственных
средах.

1.Микроскопия или цитологичекий

Метод любых исследований клеток
и тканей с помощью микроскопа

Какие
преимущества имеет световой микроскоп перед электронным?

1) световой микроскоп
легче, компактнее (проще в обращении, значительно дешевле), и не требует
сложной подготовки препаратов;

2) в световой
микроскоп можно рассматривать живые клетки и видеть цветное изображение
(можно видеть движение цитоплазмы с органоидами, стадии деления клетки)

В световой микроскоп можно рассмотреть:

·        
движение цитоплазмы в клетках

·        
строение тканей животных

·        
фазы митоза

·        
движение органоидов

·        
клетки кожицы лука

С помощью электронного
микроскопа:

·        
рибосомы

·        
микротрубочки

·        
эндоплазматическую сеть

·        
организацию аппарата Гольджи

2.Метод хроматографии

Метод основан на разной скорости движения
веществ смеси через адсорбент в зависимости от их молекулярной массы.

Учёный
выделил пигменты фотосинтеза из листа растения. Каким методом он мог бы
разделить их? На чём основан этот метод?

1. метод
хроматографии

2. метод основан на
разделении пигментов из-за различий в скорости движения пигментов в
растворителе (подвижной фазы по неподвижной фазе)

Известно,
что в растительных клетках присутствуют два вида хлорофилла: хлорофилл a и
хлорофилл b. Учёному, для изучения их структуры, необходимо
разделить эти два пигмента. Какой метод он должен использовать для их
разделения? На чём основан этот метод?

1.Целесообразно применить метод
хроматографии. 2.Метод основан на разной скорости движения веществ смеси
через адсорбент в зависимости от их молекулярной массы.

3.Метод меченых атомов

Метод меченых атомов применяется при изучении биохимических процессов,
происходящих в живых клетках. Чтобы проследить за превращениями какого-либо
вещества, в него вводят радиоактивную метку, т. е. заменяют в его молекуле
один из атомов соответствующим радиоактивным изотопом (3Н,32Р,14С). Как
известно, по химическим свойствам изотопы одного и того же элемента не
отличаются друг от друга, но зато радиоактивный изотоп сигнализирует о своем
местонахождении радиоактивным излучением. Это позволяет проследить за
определенным химическим веществом, установить последовательность этапов его
химических превращений, продолжительность их во времени, зависимость от
условий и т. д.

·        
При изучении фотосинтеза ученые использовали метод меченных
атомов и установили, что свободный кислород образуется из воды, а не
углекислого газа. Как был поставлен эксперимент, позволивший обнаружить, что
кислород образуется из воды?

Элементы ответа:

1) Растение поливали
водой, в молекулах которой находится радиоактивный изотоп кислорода.

2) Выделившийся при
фотосинтезе кислород собрали и обнаружили в нем тяжелые изотопы кислорода.

·        
Каким экспериментальным методом можно установить скорость прохождения
веществ через клеточную мембрану при исследовании функции щитовидной железы?
На чём основан этот метод?

1.методом меченых атомов; необходимо ввести пациенту порцию
радиоактивного йода;

2.по химическим свойствам изотопы одного и того же элемента не
отличаются друг от друга, но радиоактивное излучение позволяет отследить
этапы перемещения радиоактивного элемента (йода) и скорость его накопления в
клетках железы.

·        
В эксперименте учёные длительное время выращивали бактерий на
среде, содержащей изотоп азота ¹⁵N, а затем перевели их на
среду с обычным изотопом ¹⁴N. Какой метод применяли эти
учёные? Молекулы каких классов органических веществ можно таким образом
различать?

1.метод меченных атомов;

2.белки, потому что аминокислоты содержат азот, и нуклеиновые
кислоты, потому что нуклеотиды (азотистые основания) содержат азот)

·        
Для обнаружения местоположения определённого гена на хромосоме
можно использовать метод гибридизации. При этом на препарат хромосом
наносится раствор, содержащий фрагмент ДНК исследуемого гена, ковалентно
связанный с молекулой, испускающей свечение в ультрафиолете (флуоресценция).
Какой метод используется в данном случае? За счёт чего добавляемый фрагмент
гена связывается с ДНК хромосомы на препарате?

1.Метод меченых атомов (молекул).

2.За счёт взаимодействия между комплементарными
последовательностями (основаниями).

4.Центрифугирование

Разделение смесей на составные части под
действием центробежной силы; применяется при разделении органоидов клетки,
фракций (составляющих) органических веществ и т.д.

·        
избирательное выделение органоидов клетки для
последующего изучения

·        
разделение органоидов клетки по плотности

1. Для изучения митохондриальных ДНК ученому необходимо выделить
из животных клеток митохондрии методом центрифугирования. На чем основан этот
метод? После обособления каких структур может быть получена митохондриальная
фракция?

Элементы ответа:

1)
Метод основан на разделении объектов, имеющих разную плотность (массу) под
воздействием центробежных сил.

2)
Митохондриальная фракция может быть получена после осаждения ядер.

3)
Плотность митохондрий меньше плотности ядер.

5.Биохимический метод

К биохимическим
методам исследования относят:

·        
электрофорез

·        
рентгено

спектрофотометрию

Биохимический метод исследования позволяет
определять активность ферментов, содержание продуктов метаболизма в различных
биологических жидкостях, а также выявлять нарушения в обмене веществ, которые
обусловлены наследственным фактором.

Объектами диагностики биохимического анализа
являются: кровь; моча; пот и другие биологические жидкости; ткани; клетки.

·        
-определение уровня гемоглобина в крови

·        
-определение количества сахара в крови

·        
-диагностика сахарного диабета

·        
-определение дефектов ферментов

·        
-Применяется при анализах внутренней среды
организма.

·        
-Применяется при выяснении уровня активности
вещества в определённых условиях.

С помощью биохимического метода отличают РНК —
содержащие вирусы от ДНК — содержащих. На чем основан этот метод? Какие
различия в химическом составе вирусов определяются при помощи этого метода?
Ответ поясните.

Элементы ответа:

1) Биохимический метод основан на анализе
химического состава веществ, качественных реакций.

2) РНК-вирусы содержат азотистое основание урацил
и углевод рибозу.

3) ДНК-вирусы содержат азотистое основание тимин
и дезоксирибозу

6.Электрофорез

Электрофорез — это
электрокинетическое явление перемещения частиц дисперсной фазы (коллоидных
или белковых растворов) в жидкой или газообразной среде под действием
внешнего электрического поля. Электрофорез применяют в лечебных целях в
физиотерапии.

Наиболее часто метод
используют для аналитических целей – для разделения смеси заряженных веществ
на фракции с последующим качественным и количественным их определением. Таким
способом удается разделить, например, белки сыворотки крови на 5 фракций:
альбумин и 4 фракции глобулинов. Эту задачу часто решают в клинической биохимии,
так как соотношение фракций закономерно изменяется при многих патологических
процессах.

Метод подразделяется
на фронтальный или свободный электрофорез (электрофорез в жидкой среде) и
зональный или электрофорез в поддерживающих средах.

7.Метод культуры клеток и тканей 

Изучение жизнедеятельности клеток и тканей
путем культивирования их на искусственных средах

Искусственным
выращиванием биомассы женьшеня из отдельных его клеток на питательных средах
занимается

1) генная инженерия

2) клеточная инженерия

3) микробиология

4) животноводство

Женьшень – это
растение, и выращиванием организма из отдельных клеток (культуры
тканей)занимается клеточная инженерия.

Различные
отрасли народного хозяйства и медицины потребляют ежегодно более 200 тонн
женьшеня. Сбор этого растения в лесах даёт не более 150 килограмм в год.
Культурные плантации не могут удовлетворить потребности человека. Каким
способом удаётся получить необходимое количество сырья и сохранить это
растение в природе? Объясните, в чём заключается этот метод размножения.

1) Растение
размножают микроклональным методом.

2) Методом культуры
ткани, культивируемой на питательной среде, выращивают биомассу женьшеня в
необходимом количестве для получения экстракта этого растения

МЕТОДЫ ГЕНЕТИКИ:

1)        
Цитогенетический –
изучение количества и структуры хромосом с помощью микроскопа, позволяет
выявить хромосомные (изменение структуры хромосом) и геномные (изменение
количества хромосом) мутации.

2)        
Генеалогический –
изучение наследование признака на основе анализа родословных, позволяет
определять характер наследования признака, а также особенности наследования
признаков, обусловленных генными мутациями.

3)        
Близнецовый – метод сравнительного изучения
наследования признаков у близнецов, позволяет установить роль среды и
наследственности в определении признака.

4)        
Гибридологический –
генетический анализ потомства (гибридов), полученного от родителей,
отличающихся по одному или нескольким признакам.

5)        
Популяционно-статистический – определение частоты встречаемости
различных генов в популяциях организмов.

6)        
Биохимический

1.Цитогенетический метод

 

С помощью данного метода можно изучать наследственный
материал клетки: совокупность хромосом в целом — число хромосом (кариотипирование)
или наличие и количество Х-хромосом. Цитогенетический метод. Это прежде всего изучение
хромосом под микроскопом. Он позволяет обнаружить геномные мутации (например,
трисомия 21, приводящая к синдрому Дауна), а также крупные перестройки отдельных
хромосом (инверсии, делеции). Для идентификации определенных хромосом
используют метод дифференциального окрашивания хромосом. Обычно при этом
получается определенный рисунок полос разной ширины, который уникален для
каждого конкретного участка хромосом

(например, обнаружить синдром Дауна —
трисомию по 21 хромосоме можно выявить с помощью цитогенетического
метода).

·        
изучение числа хромосом на стадии метафазы
митоза

·        
определение наличия геномных мутаций

·        
определение числа хромосом в кариотипе

Для установления
причины наследственного заболевания исследовали клетки больного и обнаружили
изменение длины одной из хромосом. Какой метод исследования позволил
установить причину данного заболевания? С каким видом мутации оно связано?

1) причина болезни
установлена с помощью цитогенетического метода;

2) заболевание
вызвано хромосомной мутацией – утратой или присоединением фрагмента
хромосомы.

хромосомные
и геномные мутации!!!

2.Генеалогический
метод

Генеалогический метод генетики человека позволяет
определить закономерности наследования признаков

Применяется
при составлении родословных людей, выявление характера наследования некоторых
признаков

·        
составление родословной

·        
исследования наследственности и изменчивости
человека

·        
выявления наследственных заболеваний в роду

·        
устанавливается доминатный признак (характер
наследования признака)

·        
выявляется сцепленность признака с полом
(характер наследования)

С
помощью какого метода было установлено наследование дальтонизма у человека?

 С помощью построения
генеалогического древа.

Наследственное
заболевание сахарный диабет (вызывается рецессивной мутацией) характеризуется
повышением концентрации сахара в крови вследствие отсутствия инсулина.
Человек может передавать этот аллель своим потомкам. Какие методы изучения
наследственности человека позволили выявить причины этой болезни и характер
наследования признака?

1) Биохимический –
изучение состава крови и мочи больных и здоровых людей

2) Генеалогический –
определение характера наследования, анализируя проявление болезни в ряду
поколений.

3.Близнецовый метод

Близнецовый метод состоит в изучении различий
между однояйцевыми близнецами. Этот мeтoд предоставлен самой природой. Он
помогает выявить влияние условий среды на фенотип при одинаковых
генотипах.

Близнецовый метод изучает близнецов, выявляя
влияние генотипа и среды на организм.

 Определение роли
факторов среды в формировании

фенотипа человека

4. Гибридологический метод

Скрещивание организмов с
определенными признаками и анализ проявления этих признаков у потомства

Что
представляет собой гибридологический метод изучения наследственности?

1) Подбор и
скрещивание родительских форм, отличающихся рядом признаков.

2) Анализ
наследования признаков потомством.

Сущность
гибридологического метода заключается в

1)
скрещивании особей, различающихся по нескольким признакам

2)
изучении характера наследования альтернативных признаков

3) использовании
генетических карт

4) применении
массового отбора

5)
количественном учёте фенотипических признаков потомков

6) подборе родителей
по норме реакции признаков

Пояснение.

Гибридологический
метод – метод генетики, связанный с получением потомства
(гибридов) от родительских особей, отличающихся по одному или нескольким
признакам (1) с целью анализа характера наследования признаков (2) гибридным
потомством.

Гибридологический метод предполагает: 1) принадлежность скрещиваемых особей к
одному виду; 2) отличие родительских особей по одному или нескольким
признакам; 3) количественный учет фенотипических признаков потомков (5).

Гибридологический
метод не предполагает использование генетических карт (3),
при подборе родительских пар норма реакции не
учитывается. Массовый отбор (4) – это метод селекции, при
котором проводят отбор целой группы особей с нужными признаками с целью
выведения сортов растений или пород животных.

Ответ: 125.

5.Популяционно-статистический метод

определение частоты
встречаемости различных генов в популяциях организмов.

Изучение распространения признака

в популяции

6.Биохимический

Этот метод помогает обнаружить
ряд заболеваний обмена веществ при помощи исследования биологических
жидкостей (крови, мочи, амниотической жидкости). Причиной этих болезней
является изменение активности определенных ферментов.

Ген-фермент-признак

7.Молекулярный
метод

Технологии прочтения
нуклеотидных последовательностей ДНК — секвенирования ДНК.
В настоящее время они позволяют за относительно короткое время прочитывать
целые геномы сложных организмов. Работа с полученными последовательностями
ДНК («генетическими текстами») легла в основу новой науки — биоинформатики. 

.

Секвенирование — определение последовательности нуклеотидов в
нуклеиновых кислотах или аминокислотах в белках

Полимеразная цепная реакция основан на многократном избирательном
копировании определенного участка ДНК при помощи специальных ферментов.
Например, диагностика коронавируса

Найдите
три ошибки в приведённом тексте «Методы изучения генетики человека». Укажите
номера предложений, в которых сделаны ошибки, исправьте их.

(1)Для изучения
генетики человека используют специфические методы. (2)Генеалогический метод
основан на составлении родословной и изучении характера наследования
признака. (3)Этот метод эффективен при исследовании хромосомных мутаций.
(4)Близнецовый метод позволяет прогнозировать рождение однояйцевых близнецов.
(5)Цитогенетический метод основан на микроскопическом исследовании структуры
хромосом и их количества. (6)Данный метод используется в медицине для
установления геномных и хромосомных мутаций. (7)Характер наследования
гемофилии в королевских фамилиях Европы был установлен биохимическим методом
исследования.

Пояснение.

Ошибки допущены в
предложениях:

1. Предложение 3 —
эффективен при исследовании генных мутаций, (хромосомные мутации можно
исследовать цитогенетическим методом);

2. Предложение 4 —
близнецовый метод не прогнозирует рождение близнецов, а позволяет изучить
взаимодействие генотипа и факторов среды обитания (влияние факторов среды на
развитие фенотипа);

3. Предложение 7 —
характер наследования гемофилии был установлен генеалогическим методом
(биохимический метод изучает заболевания, в основе которых лежит нарушение
обмена веществ).

Методы селекции

Методы селекции:

·        
скрещивание (гибридизация) нужно для выведения новых сортов,
пород или штаммов

·        
инбридинг(родственное скрещивание) необходим чтобы получить
чистые линии ( гомозиготы)

·        
аутбридинг (неродственное скрещивание) — скрещивание разных
сортов, пород. В итоге достигнут гетерозис — повышенная урожайность,
жизнестойкость

·        
отдаленная гибридизация -скрещивание разных видов, потомки не
могут размножаться, устраняется полиплоидией

Методы селекции
микроорганизмов

1. Икусственный мутагенез 

С помощью мутагенов повышают в сотни раз
мутационный процесс у микроорганизмов в целях получения нужных мутаций

Выберите
два верных ответа из пяти. Искусственный мутагенез используют для

1) получения организмов с
новыми свойствами

2) сохранения полезных
свойств организма

3) получения новых пород
млекопитающих животных

4) выведения чистых линий

5) получения новых
штаммов бактерий

Пояснение.

Искусственный
мутагенез — метод селекции бактерий (для
выведения новых штаммов) и селекции растений (для
выведения новых сортов). В результате искусственного мутагенеза
получают организмы с измененным генотипом и новыми свойствами.

(1) получения организмов
с новыми свойствами — используют искусственный мутагенез;

(2) сохранения полезных
свойств организма — не используют искусственный мутагенез, при мутагенезе
свойства изменяются;

(3) получения новых пород
млекопитающих животных — в селекции животных не используют искусственный
мутагенез;

(4) выведения чистых
линий — не используют искусственный мутагенез;

(5) получения новых
штаммов бактерий — используют искусственный мутагенез.

2. Искусственный отбор 

Отбор рас микроорганизмов, наиболее активно
синтезирующих необходимые человеку вещества

3.Генная инженерия

Встраивания в геном микроорганизма новых генов,
гибридизация разных штаммов.

Методы
селекции растений

1.Гибридизация 

-близкородственная (инцухт)

скрещивание сортов (чистых линий) с целью получения у гибридов
эффекта гетерозиса; 

-неродственная (аутбридинг) — скрещивание особей разных видов или родов с целью получения
гибридов, сочетающих признаки двух разных растений

Капустно-редечный гибрид создан методом
отдалённой гибридизации. Отдаленной гибридизацией называется такие
скрещивания, когда подобранные пары принадлежат различным видам или родам, т.
е. являются отдаленными не в географическом, а в родственном отношении.

2.Искусственный отбор 

массовый — отбор по фенотипу
группы особей; 

индивидуальный — отбор единичных
особей

3.Мутагенез 

изменение наследственности с помощью мутагенов с целью получения
полиплоидов и гибридов с новыми признаками

воздействие на семена пшеницы рентгеновскими
лучами в условиях эксперимента

4.Культура клеток и тканей 

выращивание растений из отдельных клеток или тканей, в том числе
получение гаплоидов, выращенных из гамет гибридов — это современный метод —
относящийся к биотехнологии

КУЛЬТУРА ТКАНИ
Установите последовательность этапов размножения растений с помощью культуры
ткани. Запишите соответствующую последовательность цифр.
1) деление выделенных клеток и получение клеточной массы
2) отделение клеток образовательной ткани растения и помещение их в
питательную среду
3) пересадка молодого растения в грунт
4) дифференцировка тканей и органов
5) обработка клеточной массы фитогормонами для дифференцировки клеток

Ответ

21543

5.Хромосомная инженерия 

внедрение хромосом растений одного сорта (вида) в геном растения
другого сорта (вида)

6.Генная инженерия 

перенос генов растения одного вида (сорта) в генотип растения
другого вида (сорта), получение трансгенных растений — это современный метод
— относящийся к биотехнологии

7.Метод ментора

способ направленного развития («воспитания») молодых гибридных
растений при их прививке на другой сорт, разработанный И. В. Мичуриным.

8.Массовый отбор

в выведении новых сортов растений предусматривает опыление сразу
большого количества растений. Чаще всего этот метод применяется при выведении
новых сортов ржи, кукурузы, подсолнечника, пшеницы.

9.Получение полиплоидов

Человек давно использует полиплоидию (кратное увеличение числа
хромосом) для выведения высокопродуктивных сортов сельскохозяйственных растений.

Методы
селекции животных

1.Гибридизация 

близкородственная (инбридинг)
— скрещивание близкородственных особей с целью получения гибридов с
гомозиготным состоянием генов; 

неродственная (аутбридинг) —
скрещивание домашних животных с дикими предками (внутривидовая неродственная
гибридизация) и межвидовая неродственная гибридизация

2. Искусственный отбор

 индивидуальный отбор по хозяйственно полезным
признакам и экстерьеру

3. Испытание родителей по потомству 

для оценки племенных качеств производителей

4. Искусственное осеменение 

для интенсивного использования ценных производителей

5. Полиэмбриония

получение нескольких близнецовых зародышей из одной зиготы

6.Клеточное клонирование (клеточная
инженерия)

ядро соматической клетки пересаживают в
лишённую ядра яйцеклетку с последующим выращиванием зародыша во взрослый
организм. 

7. Генная инженерия 

перенос генов одного вида (породы) в генотип другого вида
(породы), получение трансгенных животных

8.Оценка по экстерьеру

Экстерьером называют внешние формы животных.При оценке
экстерьера учитывают как общее сложение животного, его гармоничность и
соответствие с развитием отдельных частей, так и развитие отдельных частей.

Методы
изучения эволюции — это доказательства эволюции живой природы

Палеонтологический 

метод, позволяющий выяснить родство между
древними организмами, останки которых находятся в разных геологических слоях
земной коры.

·        
филогенетический ряд лошади

·        
окаменелости и отпечатки организмов

Морфологические
методы (методы
сравнительной анатомии, гистологии и др.):

Сравнительно-анатомический метод

а) изучение гомологичных (сходных
по строению и происхождению) и аналогичных (сходных по функции) органов;

б) изучение рудиментов (органов и
структур, утративших свое назначение в процессе филогенеза) и атавизмов
(“возврат к предкам” — появление органов, характерных для далеких предков);

в) изучение
сравнительно-анатомических рядов — гомологии органов у специально подобранных
организмов. Например, изменение конечностей в ряду современных
непарнокопытных млекопитающих (тапира, носорога, лошади), показывающих путь
эволюции, приведший к возникновению однопалой ноги у лошади.

·        
колючки кактуса и колючки барбариса

·        
 многососковость у человека

·        
 аппендикс у человека

Биогеографический

·        
сравнение
фаун и флор, а также изучение особенностей развития современных континентов
Земли

·        
изучение
эволюции островных фаун и флор

·        
изучение
реликтовых (виды с комплексом признаков, характерных для давно вымерших групп
прошлых эпох) и эндемичных (нехарактерных для данной географической зоны)
видов растений и животных

·        
флора и фауна континентов

·        
 эндемики озера Байкал

Эмбриологический

выявление
зародышевого сходства между организмами отдаленными в систематическом
отношении (закон зародышевого сходства К.Бэра)

·        
сходство зародышевого развития хордовых на
ранних этапах развития

·        
закладка жаберных дуг в онтогенезе человека

Биотехнология — методы и приёмы получения полезных для человека
продуктов и явлений с помощью живых организмов (бактерий, дрожжей и др.).

Клеточная инженерия

совокупность методов, используемых для
конструирования новых клеток:

·        
культивирование и клонирование клеток на
специально подобранных средах гибридизацию клеток

·        
пересадку клеточных ядер

КЛЕТОЧНАЯ
ИНЖЕНЕРИЯ
1. Выберите два верных ответа из пяти и запишите цифры, под которыми они
указаны. В клеточной инженерии используют следующие методы:
1) клонирование
2) культура клеток и тканей
3) микробиологический синтез
4) пересадка природных генов в ДНК бактерий или грибов
5) центрифугирование

Ответ

12

Генная
инженерия

·        
введение плазмид в бактериальные клетки

·        
получение рекомбинантной ДНК и РНК

Установите последовательность этапов
получения штамма бактерий, содержащих ген животного, с использованием метода
генной инженерии. Запишите в таблицу соответствующую последовательность цифр.
1) встраивание фрагмента ДНК в плазмиду
2) подбор животного, содержащего необходимый аллель
3) размножение прокариотической клетки с гибридной плазмидой
4) введение гибридной плазмиды в клетку бактерии
5) выделение нужного фрагмента ДНК из клетки животного

Ответ

25143

Примеры использования генной инженерии:

• Инсулин
  получают из бактерии кишечной палочки с пересаженным человеческим геном
  инсулина.
• В
  культурное растение пересаживают ген устойчивости к гербициду, при
  обработке поля гербицидом все сорняки погибают, а культурное растение –
  нет.
• В
  культурное растение пересаживают ген яда, убивающего некоторые виды
  насекомых. Поле, засеянное этими растениями, не нужно обрабатывать
  инсектицидами.
• В рапс
  пересажен ген устойчивости к засолению почвы из другого растения.

Установите
соответствие между приёмами и методами биотехнологии: для этого к каждому
элементу первого столбца подберите соответствующий элемент из второго
столбца.

А) работа с каллусной тканью Б) введение плазмид в бактериальные клетки В) гибридизация соматических клеток Г) трансплантация ядер клеток Д) получение рекомбинантной ДНК и РНК Ответ: 12112.

МЕТОДЫ 1) клеточная инженерия 2) генная инженерия

За это задание ты можешь получить 1 балл. Уровень сложности: базовый.
Средний процент выполнения: 53.2%
Ответом к заданию 1 по биологии может быть цифра (число) или слово.

Задачи для практики

• Взрослым: Skillbox, Хекслет, Eduson, XYZ, GB, Яндекс, Otus, SkillFactory.
• 8-11 класс: Умскул, Лектариум, Годограф, Знанио.
• До 7 класса: Алгоритмика, Кодланд, Реботика.
• Английский: Инглекс, Puzzle, Novakid.

Методы биологии для ЕГЭ

Общенаучные методы

1. Абстрагирование
2. Анализ
3. Измерение
4. Классификация
5. Моделирование
6. Мониторинг
7. Наблюдение
8. Обобщение
9. Описание
10. Синтез
11. Сравнение
12. Статистический
13. Эксперимент

Методы генетики

1. Близнецовый — метод сравнительного изучения наследования признаков у близнецов, позволяет установить роль среды и наследственности в определении признака.
2. Генеалогический — изучение наследование признака на основе анализа родословных, позволяет определять характер наследования признака, а также особенности наследования признаков, обусловленных генными мутациями.
3. Гибридологический — генетический анализ потомства (гибридов), полученного от родителей, отличающихся по одному или нескольким признакам.
4. Популяционно-статистический — определение частоты встречаемости различных генов в популяциях организмов.
5. Цитогенетический — изучение количества и структуры хромосом с помощью микроскопа, позволяет выявить хромосомные (изменение структуры хромосом) и геномные (изменение количества хромосом) мутации.

Методы цитологии

1. Биохимический метод – метод, используемый в цитологии для обнаружения и оценки количества веществ в клетках и тканях организмов, изучение структуры веществ.
2. Метод культуры клеток и тканей – изучение жизнедеятельности клеток и тканей путем культивирования их на искусственных средах.
3. Метод меченых атомов – введение в вещество радиоактивного изотопа химического элемента для изучения путей его превращения в клетке. Метод используется для изучения жизнедеятельности клетки.
4. Микроскопия – изучение морфологии клетки.
5. Хроматография – физико-химический метод, используемый в цитологии для разделения смеси веществ, основанном на разной скорости движения веществ через адсорбент, например, разделение смеси пигментов растений.
6. Центрифугирование – метод разделения клеточных структур и макромолекул с помощью центрифуги, позволяющий дифференцировано осаждать клеточные структуры, отличающиеся друг от друга своей массой.
7. Электрофорез — физико-химический метод, используемый в цитологии для разделения смеси веществ с помощью электрического тока, например, разделение смеси белков плазмы крови.

Методы селекции растений

1. Генная инженерия (перенос генов растения одного вида (сорта) в генотип растения другого вида (сорта), получение трансгенных растений)
2. Гибридизация (близкородственная (инцухт) — скрещивание сортов (чистых линий) с целью получения у гибридов эффекта гетерозиса; неродственная (аутбридинг) — скрещивание особей разных видов или родов с целью получения гибридов, сочетающих признаки двух разных растений
3. Искусственный отбор (массовый — отбор по фенотипу группы особей; индивидуальный — отбор единичных особей)
4. Культура клеток и тканей (выращивание растений из отдельных клеток или тканей, в том числе получение гаплоидов, выращенных из гамет гибридов)
5. Мутагенез (изменение наследственности с помощью мутагенов с целью получения полиплоидов и гибридов с новыми признаками)
6. Хромосомная инженерия (внедрение хромосом растений одного сорта (вида) в геном растения другого сорта (вида)

Методы селекции животных

1. Генная инженерия (перенос генов одного вида (породы) в генотип другого вида (породы), получение трансгенных животных)
2. Гибридизация (близкородственная (инбридинг) — скрещивание близкородственных особей с целью получения гибридов с гомозиготным состоянием генов; неродственная (аутбридинг) — скрещивание домашних животных с дикими предками (внутривидовая неродственная гибридизация) и межвидовая неродственная гибридизация)
3. Искусственное осеменение для интенсивного использования ценных производителей
4. Искусственный отбор (индивидуальный отбор по хозяйственно полезным признакам и экстерьеру)
5. Испытание родителей по потомству для оценки племенных качеств производителей
6. Клеточное клонирование (клеточная инженерия)
7. Полиэмбриония (получение нескольких близнецовых зародышей из одной зиготы)

Методы биологии

Метод ис­сле­до­ва­ния — это спо­соб на­уч­но­го по­зна­ния дей­стви­тель­но­сти

Общенаучные методы

Метод	Описание	Пример
Наблюдение	Визуально или с помощью приборов следят за различными объектами для достижения поставленной цели	Изучают сезонные изменения в природе, в жизни растений и животных, поведение животных
Описание	Устная или письменная характеристика объекта по результатам наблюдений, получение и накопление информации об объектах, процессах	Палеонтолог описывает кости скелета вымершего животного
Измерение	Определение количественных значений тех или иных признаков изучаемого объекта или явления с помощью специальных технических устройств	Измерение температуры тела человека, линейкой замеряют рост растения за определенный период времени
Сравнение	Сопоставление и нахождение сходств и различий между объектами (организмами, процессами и др.)	Если сравнивать шерсть бурого и белого медведя, то можно прийти к выводу, что по своим свойствам они много в чем схожи друг с другом (густота, длина, ощущения при прикосновении к ней и т. д.), однако различаются в окраске. Используется в систематике для распределения организмов по группам, для установления родства и общего происхождения
Классификация	Распределение объектов по соподчинённым группам в соответствии с определёнными признаками	Кошка на основе строения, физиологии, происхождения относится к классу Млекопитающие
Мониторинг	Проведение регулярных измерений каких-то величин объектов (процессов организмов, популяций, экосистем, биосферы). Позволяет выявлять изменения каких- либо параметров, показателей во времени	Благодаря мониторингу своевременно можно выявить и принять меры по предупреждению негативных изменений в природе, в популяциях
Анализ	Изучение объекта (процесса) по отдельным составляющим компонентам. Мысленное разделение изучаемого объекта, выяснение, из каких частей он состоит, каковы его свойства и признаки	С помощью анализа можно исследовать органеллы внутри клетки, клетку внутри организма, организм внутри биоценоза
Синтез	Процесс соединения или объединения ранее разрозненных вещей или понятий в целое или набор.	Обобщая знания о строении млекопитающих, птиц, рептилий, амфибий и рыб, можно сделать обобщенный вывод о строении позвоночных. Благодаря синтезу можно изучить целостные характеристики биологических систем (клетки, организма, биоценоза).
Эксперимент	В специальных условиях (управляемых и контролируемых) проводится опыт. Обязательно есть опытная группа, есть контрольная группа. Используется для получения новых научных знаний, закономерностей, для подтверждения или опровержения выдвигаемой гипотезы	Эксперимент, доказывающий образование крахмала при фотосинтезе. Выращивание  клеток при разных температурах, выявляя оптимум, при котором рост максимально быстрый
Моделирование	Создаются копии прототипа (объектов, процессов) для их изучения. Изучение объектов на моделях позволяет визуализировать невидимые объекты, изучать и прогнозировать изменения, позволяет отрабатывать умения и навыки, оно менее затратное.	Карта – модель ландшафта
Статистический	Проводится сбор и анализ числовых показателей для дальнейшей обработки. Позволяет получать информацию о динамике изменения показателей, позволяет прогнозировать изменения и своевременно принимать определенные меры.	Выявление частоты встречаемости определенных генов в популяции
Обобщение	Метод, с помощью которого ученые выявляют из частного общее, формулируют теории, законы.	Формулировка правил, законов на основе сравнения результатов экспериментов
Абстрагирование	Позволяет не учитывать ряд существенных для конкретного исследования свойств и признаков биологических объектов, однако помогает выделить те свойства и признаки, которые важны	В исследованиях основных направлений эволюционного процесса главное внимание уделяется усложнению строения органов и систем органов, которое обеспечивает приспособление организмов к условиям существования

Метод микроскопия (микроскопирование)

Световой микроскоп	Электронный микроскоп
компактный	большой
дешевый	дорогой
цветное изображение	черно-белое изображение
наблюдение за живым объектом	наблюдение за мертвым объектом
легко приготовить препарат	сложно приготовить препарат, используют фиксированный препарат
можно увидеть: ткани, деление клетки, движение цитоплазмы, ядро, вакуоль, митохондрии, хлоропласты	можно увидеть: рибосомы, ЭПС, комплекс Гольджи, микротрубочки, лизосомы, ядерные поры
для создания увеличенного изображения используется световой поток	для создания увеличенного изображения используется  пучок электронов

Примеры формулировок, используемых в тестах ЕГЭ

Метод	Применение метода
биохимический	изучение активности фермента
биохимический	установление состава веществ крови
биохимический	анализ мочи на содержание сахара в ней
биохимический	установление состава веществ лимфы
биохимический (титрование)	определение количества сахара в крови
генеалогический	изучение характера наследования признаков человека
генеалогический	составление родословной человека и изучение характера наследования признака
генная инженерия	конструирование новой комбинации нуклеотидов в гене
искусственное осеменение	получение яйцеклеток и сперматозоидов высокопродуктивных животных, дальнейшее проведение осеменения в пробирке и имплантация эмбрионов в матки беспородных самок
исторический	описание эволюционного развития организмов
клеточная инженерия	конструирование клетки путем соматической гибридизации
клеточная инженерия	реконструкция яйцеклеток и клонирование животных
клеточная инженерия	развитие животного из реконструированной яйцеклетки
клонирование	из яйцеклетки удаляют ядро и в нее пересаживают ядро соматической клетки генетически ценного организма, затем стимулируют дробление реконструированной зиготы электрошоком и трансплантируют эмбрион в матку любой самки того же вида
культура клеток и тканей	изучение факторов размножения, роста клеток в искусственной среде
меченых атомов	введение радиоактивных изотопов элемента в молекулы веществ
меченых атомов	выяснение способа репликации ДНК
микроскопия (микроскопирование)	изучение строения растительной клетки на фиксированном препарате
микроскопия (микроскопирование)	изучение строения органоидов
микроскопия (микроскопирование)	определение структуры митохондрии
молекулярно-генетический	изучение молекулы ДНК
мониторинг	контроль наличия в средах предельно допустимых концентраций вредных для жизни организмов веществ
мониторинг	длительный контроль содержания углекислого газа в атмосфере
наблюдение	сроки впадения в спячку сурков
наблюдение	описание живой природы
наблюдение	регистрация смены месячной температуры
наблюдение	сбор информации о поведении животного
обобщение	формулировка правил, законов на основ сравнения результатов экспериментов
популяционно-статистический	изучение распространения признака в популяции
сравнение	выявление общих закономерностей живой природы
сравнение (обобщение)	сопоставление наблюдаемых свойств биологических объектов
статистический	распространение признака в популяции
флюорография	изменения структуры органов
хроматография (хроматографический)	изучение скорости движения растворенных веществ в адсорбенте
хроматография (хроматографический)	разделение основных пигментов из экстракта листьев
центрифугирование	разделение клеточных структур
центрифугирование	разделение клеточной массы по фракциям
центрифугирование	разделение органоидов клетки по массе и размерам
цитогенетический	исследование хромосомных и геномных мутаций
цитогенетический	синдром Дауна
цитогенетический	микроскопическое исследование количества и морфологии хромосом
цитогенетический, цитологический, кариотипирование, микроскопирование	определение числа хромосом в кариотипе
эксперимент	влияние длины дня на цветение растений
эксперимент	описание жизни организма в лабораторных условиях
эмбриологический	установление закономерностей развития зародышей позвоночных животных

Просмотров: 226724

ВВЕДЕНИЕ

Перед
вами стоит колба с жидкостью. Что это —
одно, инди­видуальное
вещество, или смесь многих? Если смесь,
то каков ее состав?
Если одно вещество, то есть ли в нем
примеси? По­добные
задачи химику приходится решать
ежедневно. Решают эти
аналитические задачи разными способами,
но одним из самых надежных является
хроматография.

Зайдите
в хроматографическую лабораторию.
Лаборант от­берет
пробу принесенного вами вещества в
микрошприц, подой­дет
к прибору, проколет иглой резиновую
мембрану, введет мельчайшую дозу в
трубку, называемую хроматографической
колонкой,
и нажмет кнопку секундомера. Через
некоторое время перо
стоящего рядом самописца вместо ровной
прямой начнет вычерчивать
кривую, состоящую из множества пиков.
На верши­не
каждого из них лаборант отмечает время.
Когда все вещество пройдет
через колонку, хроматографическую
кривую расши­фровывают:
по времени, обозначенному на вершине
пика, уз­нают,
какое вещество в данный момент выходило
из колонки, а
по величине пика определяют его
количество.

Анализ
окончен. Ваше вещество оказалось сложной
смесью. Нельзя ли выделить из нее чистые
компоненты? Это тоже де­лается
с помощью газовой хроматографии. В
колонку вводят до­зу,
конечно, большую, чем это нужно для
анализа, а после колон­ки
ставят охлаждаемые ловушки: в каждой
ловушке «выморажи­вается»
один из последовательно выделяющихся
компонентов.

Как
же хроматографическая колонка делит
смесь на части-
компоненты? Дело в том, что вещество,
которым запол­нена
колонка, сорбент обладает чудесным
свойством — изби­рательной
способностью сорбировать
и
разное время удержи­вать
различные вещества.

С
сорбцией мы встречаемся на каждом шагу;
это поглощение
веществ
твердой поверхностью (адсорбция)
или
растворение газов
и жидкостей в жидких растворителях
(абсорбция).
Самое
из­вестное
применение адсорбции— очистка воздуха
в коробке про­тивогаза:
адсорбент (активный уголь), заполняющий
коробку, удерживает
вредные вещества, содержащиеся в воздухе.
Твердый катализатор
химической реакции тоже действует как
адсорбент: он
«притягивает» вещества, которые затем
вступают в реакцию на поверхности
сорбента. Жидкие сорбенты также широко
при­меняют
в технике, например, для поглощения
примесей из газов.

Однако
одно дело сорбировать вещество, а другое
— разде­лять
смеси, состоящие из десятков и даже
сотен соединений. Это и
способна делать хроматография, благодаря
чему она стала од­ним
из распространенных методов исследования.

В
последние десятилетия резко возросла
роль аналитической химии
в самых разных областях науки и техники.
Недаром хими­ки-органики
говорят, что любая синтетическая
работа—это на 80—90%
работа аналитическая; без детального
анализа ис­ходных,
промежуточных и конечных продуктов
нельзя устано­вить
ход химической реакции, выявить наилучшие
условия ее проведения. На нефтеперерабатывающих
и химических заводах есть крупные
центральные и цеховые лаборатории,
которые раз­рабатывают
методы анализа и производят текущий
контроль ка­чества сырья и продукции.
Наибольшее распространение нахо­дит
инструментальная аналитическая химия
— анализ с по­мощью
полуавтоматических и автоматических
приборов. Мно­гие
автоматические анализаторы находятся
непосредственно в
заводских цехах и соединены с системами
управления процесса­ми.

Все
более важное значение приобретает
анализ воздуха и во­ды:
здесь необходимо знать о присутствии
мельчайших приме­сей
вредных веществ, которые могут причинить
ущерб нашему здоровью.
Без таких анализов невозможно по-настоящему
орга­низовать
охрану окружающей среды.

Почти
половина всех анализов газов и органических
веществ выполняется
хроматографическими методами, а больше
тре­ти
— с помощью газовой хроматографии.

Наиболее
богатый набор объектов исследования
поставляет газовой
хроматографии, конечно, органическая
химия. Это,
прежде всего
углеводороды,
компоненты нефти и нефтяных
га­зов,
продуктов
их
переработки. Если раньше, чтобы узнать
со­став нефтяного газа, нужно было
часами проводить низкотемпе­ратурную
перегонку, то сейчас на любом предприятии
хромато­граф выполняет анализ за
несколько минут. Состав бензина,
содержание
в нем десятков разных углеводородов
можно узнать за
20—30 минут. Методом газовой хроматографии
анализируют и
другие органические соединения,
различающиеся и по строе­нию,
и по свойствам, содержащие кислород,
азот, серу, галогены, фосфор
и другие элементы. Этим
методом
широко пользуются также в биологии и
медицине. Например, определяют содержа­ние
кислорода и спирта в крови, анализируют
выдыхаемые чело­веком
газы, а также продукты гормональной
деятельности. С по­мощью
газовой хроматографии глубоко и полно
анализируют продукты
питания: овощи, фрукты;
молоко,
чай, кофе, опреде­ляют
содержание в них тех
или
иных компонентов. Газовая хроматография
помогает выявить в составе продуктов
питания ве­щества,
которые способны неблагоприятно
сказаться на здо­ровье
(например, выявить содержание даже очень
небольших доз пестицидов), или быстро
разоблачить
самые искусные подделки вин и других
напитков, что бывает порой не под силу
даже опыт­ному
дегустатору.

Такая
область, как металлургия, и то пользуется
услугами га­зовой
хроматографии: с ее помощью можно
определять содер­жание
углерода в стали.

И
космические исследования тоже не могут
обойтись без га­зовой
хроматографии. Во-первых,— это
анализ газов в кабине космического
корабля. Ведь организм человека выделяет
много вредных
веществ и их накапливание в кабине может
привести к
большим неприятностям. Хроматограф же
сигнализирует об этом
и дает команду прибору, очищающему
воздух в жилом от­секе.

Другая
космическая задача газовой хроматографии
— ана­лиз
атмосферы других планет. Создан
хроматограф, предназна­ченный
для анализа марсианской атмосферы. И,
наконец, поиски жизни
в космосе. Известны приборы, которые
могут автоматически отбирать пробу
породы и анализировать органические
вещества,
если
таковые в ней содержатся.
Пробы
лунного грунта, при­везенные
на Землю космическими аппаратами, уже
проверя­лись
на хроматографах. На советской космической
станции «Венера-12»
был установлен хроматограф, который
посылал на Землю
сигналы —результаты анализа венерианской
атмосферы, Таким
образом, у хроматографии как метода
анализа много и
земных, и космических задач. Она
принадлежит к числу таких методов,
рождение и развитие которых приводит
к перевороту в
наших возможностях исследования
окружающего мира и в на­ших
знаниях о нем. Разумеется, подобная
судьба выпадает на долю
не всякого метода, а лишь такого, который
имеет примене­ние
в разных областях знания. Как мы увидим
далее, хромато­графия
как метод анализа вначале была предложена
лишь для решения
частной задачи— определения компонентов
хлорофил­ла—красящего
вещества
зеленого листа. Но затем оказалось, что
метод универсален и хроматография стала
разделом аналитической химии. Качали
быстро развиваться разнообразные
ва­рианты
метода: газовая-хроматография, бумажная,
тонкослой­ная.
Начался «золотой век» хроматографии.
Своим
прогрессом газовая
хроматография во многом обязана тому,
что для кон­троля
свойств компонентов газового потока,
выходящего из ко­лонки,
предложено большое число разнообразных
физических и
химических методов. Приборы, используемые
в этих мето­дах,—
детекторы являются неотъемлемой частью
хроматографа, а
их чувствительность определяет
чувствительность всего мето­да.

Применение
хроматографии в аналитической и в
препаратив­ной
(т.е.
для получения индивидуальных веществ)
химии — уже весьма
многогранно и
значительно.
Но это далеко не все обла­сти,
где хроматографию используют или могут
использовать. Так,
она стала одним из важных разделов
физической химии: ис­следуя
хроматографическое
поведение
веществ, ученые глубже познают
адсорбцию, растворение и диффузию —
явления, лежа­щие в основе хроматографии.
Более детальное знакомство с хро­матографией
дает ключ к изучению многих процессов,
проте­кающих
в природе, по своей сути близких к
хроматографическим,
С другой стороны, на основе знания
природных процессов развивается и
совершенствуется хромато-графический
метод исследования. Например, разработка
теории хроматографического
поведения веществ в колонках и изучение
движения (миграции) нефти и газа в недрах
Земли, образования различных
руд, некоторых биологических явлений
и т.д. тесно связаны
и дополняют друг друга.

Нужно
сказать еще об одном направлении — о
создании хроматографической
технологии. Если небольшая колонка
позволяет
выделить из смеси чистые вещества, то
почему нель­зя
выделять большие количества веществ,
применяя большие колонны.

В
ряде случаев такой процесс вполне может
конкурировать с
обычными промышленными методами
разделения веществ и
быть даже более эффективным, особенно
если вещества обла­дают
близкими свойствами. Хроматографическая
технология усиленно
разрабатывайся учеными и конструкторами.

Все
эти разнообразные направления развития
хроматогра­фии—
яркое свидетельство того, что на
сегодняшний день она стала
самостоятельной научной дисциплиной.
Основа дальней­шего
прогресса хроматографии — се триединство:
она соединяет в
себе процесс, метод и науку.

Еще
на заре развития хроматографического
метода ученые говорили о нем как об
«очаровательном», «остроумном», как об
«осуществлении
заветной мечты химика». Что же можно
сказать теперь,
когда десятки тысяч приборов работают
в лабораториях и
на заводах, когда тысячи статей ежегодно
появляются в печати, в том числе в
специализированных хроматографических
журна­лах,
когда не за горами время пуска
хроматографических заводов?

В
этой книге мы хотели бы по возможности
в доступной фор­ме
дать представление о сущности хроматографии
вообще и га­зовой хроматографии в
частности, об аналитических и
неаналитических возможностях газовой
хроматографии и попытаться возбудить
у читателя интерес и желание использовать
ее в той области
науки или отрасли промышленности, в
которой он работает.
В книге будут рассмотрены и некоторые
вопросы исто­рии хроматографии,
освещены основные этапы ее развития,
роль отдельных
исследователей. Такой материал может
оказаться по­лезным
и специалистам, поскольку известно, что
изучение исто­рии
предмета часто бывает серьезным
подспорьем для тех, кто занимается
его развитием.

ХРОМАТОГРАФИЯ
В
ПРИРОДЕ

Изучая
разнообразные природные явления, в
частности те, которые
связаны с формированием залежей полезных
иско­паемых,
исследователи получили доказательства
существенной роли
в них хроматографических процессов.

МИГРАЦИЯ
НЕФТИ

И
ИЗМЕНЕНИЕ ЕЕ СОСТАВА

Специалисты
и по сей день выдвигают и оспаривают
разно­образные
гипотезы происхождения нефти и газа.
Одни ученые считают
нефть продуктом превращения остатков
древних жи­вотных,
другие доказывают растительное
происхождение нефти. Имеются и
«неорганические» гипотезы. В частности,
Д. И.
Мен­делеев считал,
что нефтяные углеводороды — это продукты
про­ходящей в недрах Земли химической
реакции между карбидами металлов
(соединениями их с углеродом) и водой.
Однако неза­висимо
от принятой гипотезы происхождения
всеми сейчас при­знается факт миграции
нефти и газа (то есть движение нефти по
порам
и трещинам сквозь толщи земных пород),
в процессе кото­рой
происходят и изменения их состава.

Еще
в 1897 г. американский ученый Д. Дей,
рассматривая
во­прос
о происхождении Пенсильванской нефти,
провел инте­ресный
опыт. Нефть, месторождение которой штат
Огайо,— тя­желую и темную, он пропустил
через известняк под некоторым давлением.
Нефть насытила слой известняка,
перемещаясь снизу вверх,
а выделяющийся вверху продукт оказался
легче по составу и
светлее исходной. Так, фильтруя тяжелую
нефть из штата Огайо,
ему удалось получить более легкий
продукт, близкий по составу
к Пенсильванской нефти.

Несколькими
годами позднее Дей
предложил
использовать этот
способ для лабораторного фракционирования
нефти и неф­тепродуктов,
однако дал ему неверную трактовку: он
полагал, что
основная причина разделительного
эффекта—-это различная скорость
диффузии составляющих нефти через
капилляры, ко­торые образованы
частицами извести или глины, и ничего
не го­ворил
о роли адсорбции. Свой
метод Дей назвал фракционирова­нием
путем капиллярной диффузии. Мы
еще вернемся к этому методу,
когда будем говорить о различных
вариантах хроматографического разделения
веществ.

В
начале нынешнего столетия вопросами
фильтрации нефтей через пористые среды
много занимались бакинские нефтяники.
Так, в
1900
г. С.
К. Квитка, получивший
свидетельство Бакин­ского
технического комитета, писал: «Я
обесцвечивал
черную нефть
при помощи фильтрации ее через пористые
среды. Опыты следует делать таким
образом: окрасить керосин черною нефтью
до
темного цвета…; взяв затем литра два
высушенного песка, всыпать
его в воронку и на него вылить нефть.
Первые капли профильтровавшейся
жидкости пройдут светлыми, как вода, а
затем, чем дальше, тем более фильтрат
будет выходить окра­шенным…,
и вообще, при фильтрации замечается
разложение окрашенной
нефти на отдельные углеводороды».

Нефтяникам
хорошо известно находящееся близ Баку
Сураханское месторождение, из которого
добывают бесцветную (бе­лую) нефть,
состоящую главным образом из бензиновых
фрак­ций.

Была
высказана гипотеза о том, что залегающая
в нижних слоях
нефть поднимается к поверхности через
пористую породу, которая
задерживает тяжелые
фракции.
Для подтверждения этой идеи
одна из скважин была углублена, и
действительно, из нее пошел фонтан
темной тяжелой нефти. На основании этих
и по­добных
исследований способность глин и других
пород фракцио­нировать
нефть, разделять ее на составные части
была признана непреложным
фактом. Сегодня, вновь и вновь рассматривая
про­цессы,
происходящие с нефтью в земных недрах,
мы убеждаемся, что
в фракционировании нефти при прохождении
ее через толщу пород
большую роль играют хроматографические
процессы. Действительно,
глины и другие породы — это адсорбенты
с
большой поверхностью, которые по-разному
адсорбируют со­ставляющие
нефти. Движущей силой, поднимающей нефть
из глубин
на поверхность, служит давление,
создающееся в нефтяных
пластах,
например,
растворенными в нефти газами, а так­же
и диффузионные явления, обусловленные
наличием пор и тре­щин
в пластах.

Известный
советский геохимик В.
А. Соколов, рассматривая
вопросы
образования и миграции нефти и газа,
указывал, что «всякий
процесс миграции веществ сопровождается
их разделе­нием»
*.(*Это
правило имеет общий характер, т.е.
относится к миграции в
самых разнообразных условиях, а не
только к миграции в земной коре.)

Так,
при движении нефти и газа в горных
породах разде­ление
происходит в результате разницы
плотностей составляю­щих
(гравитационное разделение), фильтрации
взвешенных частиц, изменения температуры
(т.е. обусловленное испарением и
конденсацией веществ в соответствии с
температурами их кипе­ния).
Разделение происходит также и благодаря
хроматографическим
процессам. Разумеется, эти процессы
протекают в усло­виях,
далеких от лабораторных. Однако,
поскольку длина «геологической
колонки» очень велика, разделение может
ока­заться достаточно хорошим. Вообще
говоря, можно проводить аналогии
между естественными
и
лабораторными хроматогра­фическими
процессами. Прежде всего, в лабораторной
практике можно
применять и широко применяют естественные
адсор­бенты—
глины—либо непосредственно, либо после
некоторой химической
или тепловой обработки. Кстати, и в
природных ус­ловиях
адсорбционные свойства пород могут
изменяться, напри­мер,
в зависимости от содержания в них воды.
Процесс,
который происходит при миграции нефти,
близок к
самому простому хроматографическому,
лежащему в основе так
называемого фронтального
хроматографического метода. Рассмотрим
его подробнее. Под действием некоторого
давления разделяемую смесь (газ или
жидкость) пропускают через трубку с
сорбентом.

Пусть
смесь состоит из трех веществ (1,
2 и
3),
ко­торые
по-разному сорбируются и поэтому
передвигаются по трубке
с различными скоростями. Тогда на слое
сорбента обра­зуются
три зоны: в первой находятся молекулы
только вещества 1,
которые
слабее сорбируются и поэтому быстрее
передвигаются
по трубке, во второй- молекулы веществ
/ и 2
и,
наконец, в
третьей зоне — все три вещества, причем
в таких же соотноше­ниях, как и в
исходной смеси. Теперь становится ясно,
что чем длиннее
колонка, тем большее число молекул
вещества 1
сумеет
«обогнать»
молекулы остальных веществ и, таким
образом, тем больше
становится первая зона. То же можно
сказать о движении молекул
вещества 2
(по
сравнению с молекулами наиболее силь­но
сорбирующегося вещества 3)
и,
следовательно, о размере второй
зоны.

Так
как нефть — это смесь, состоящая из
очень большого чис­ла веществ, такие
четкие зоны, как в описанном примере,
обычно не образуются, но разделение
(фракционирование) по склонности к
сорбции происходит. В 1901 г. последователи
Дей
—
Энглер
и
Альбрехт-
изучили
фракционирование нефти, пропуская ее
через
слой глины (так называемой фуллеровой
земли). Нефть за­ливали
в напорную склянку, соединенную с
заполненной глиной колонкой.
Выходящие из колонки фракции нефти
поступали в
сменные колбы и исследовались. Фракция,
поступившая в пер­вую
колбу, была бесцветной, затем цвет
становился желтым, а
последние фракции были оранжевыми с
зеленым оттенком. От фракции к фракции
увеличивалась и плотность. Этот процесс
аналогичен
происходящему в природе с Сураханской
нефтью. Но хроматографическими
эффектами можно объяснить изменение
состава
нефти не только «по вертикали», то есть
в зависимости от
глубины скважины, но и «по
горизонтали», то есть при
переходе от одной части месторождения
к другой и даже
в. более широких пре­делах (от одного
месторож­дения
к другому). Разуме­ется,
нужно иметь в виду, что
разные породы по-раз­ному
сорбируют содержа­щиеся
в нефти вещества. Так,
некоторые из глин и песок сильно
поглощают лишь тяжелые окрашенные
соединения,
некоторые по­роды
сорбируют преиму­щественно
ароматические уг­леводороды
и вещества, со­держащие
серу, кислород и азот,
другие минералы фрак­ционируют
углеводороды по молекулярной
массе. На про­цесс
оказывает влияние и вода, которая
сопутствует нефти.
Наконец, если в глине содержатся
адсорбирован­ные тяжелые вещества —
би­тумы,
то они тоже служат разделяющей
средой, по-раз­ному
растворяя компоненты нефти.
Все это, наряду с не­хроматографическими
про­цессами,
и обусловливает раз­нообразие
состава нефтей.

Газообразные
нефтяные
углеводороды
также по-разному сорбируются породами,
причем разделительный эффект в этом
случае проявляется четче, так как
нефтяной газ содержит лишь небольшое
число основных компонентов. По мере
удаления от залежи
газа в пласте остаются все более легкие
углеводороды, а
на определенном расстоянии (в нашем
примере на глубине 1,75 км)
будет обнаружен только метан. Именно
этим объясняется так
называемое ореольно-хроматографическое
распределение
углеводородов
вокруг газовых (а также и нефтяных)
залежей. Оно
обусловлено сочетанием диффузионных
и сорбционных явлений. Диффузия газов
вокруг залежи тормозится сорбирую­щей
породой, причем это торможение, конечно,
слабее для бо­лее
легких углеводородов. Такой процесс
был назван диффузион­ной
хроматографией. Интересно
отметить, что недавно был раз­работан
лабораторный метод анализа газов,
сходный в принципе с диффузионной
хроматографией, наблюдающейся в природных
условиях. Это еще одно свидетельство
того, что природные хроматографические
явления могут служить «примером» для
создания
эффективных аналитических методов.

Хроматографическими
эффектами объясняют также разли­чия
в содержании металлов в нефтях. Например,
содержание ва­надия,
меди и никеля в нефти на одном из
месторождений в шта­те
Оклахома снижается от востока к западу,
что, по мнению ученых,
является свидетельством миграции нефти
с востока. От­мечено
также уменьшение содержания изотопа
углерода ¹³С
с
увеличением пути миграции. Такие
закономерности в сочета­нии с данными
по углеводородному составу нефтей
позволяют геологам
в целом ряде случаев выяснять «историю»
нефти, на­правление
ее миграции и предсказывать состав и
свойства нефти в
зависимости от места и глубины залегания,
а также от характе­ра
горных пород, через которые проходила
миграция.

Хроматографические
процессы нужно учитывать и при созда­нии
подземных газовых хранилищ. Для этого
обычно выбирают либо
истощенные газовые месторождения, либо
водоносные пласты.
Однако
в первом случае необходимо удалить
адсорбиро­ванный
породой сероводород (для того чтобы он
не ухудшал ка­чества нагнетаемого
газа), а во втором — осушить пласт. Как
по­казали
исследования, эти процессы можно описать
такими же математическими соотношениями,
как и хроматографическое разделение.

ХРОМАТОГРАФИЧЕСКИЕ
ПРОЦЕССЫ

И
РАСПРЕДЕЛЕНИЕ МЕТАЛЛОВ В РУДАХ

Ученые,
изучающие образование руд и распределение
в них различных
металлов, пришли к выводу, что и здесь
хроматогра­фические
процессы играют очень важную роль. Было
установле­но,
что ионы железа, меди, никеля, кобальта
и других металлов вследствие
диффузии передвигаются в гелях кремнезема
и окиси алюминия;
при этом тормозящим фактором служит не
физиче­ская
адсорбция, как в случае газов и нефтей,
а ионный обмен, то есть замена одного
катиона в геле на другой. И снова аналогия:
ионообменная
хроматография —
один из очень распростра­ненных
аналитических методов в неорганической
химии и, в част­ности,
в химии радиоактивных элементов.

Хроматография в биологии

Можно
привести ряд примеров, которые указывают
на роль хроматографии
в биологических процессах. Это, в
частности, от­носится к процессу
дыхания. Поглощение кислорода гемоглоби­ном
крови в легких — тоже в определенной
степени хроматогра-фический
процесс, так как при этом происходит
сорбционное отделение
кислорода от других газов, присутствующих
во вды­хаемом
воздухе . Отсюда вытекает возможность
использования гемоглобина
в аналитической хроматографии. И такие
методики разработаны.
Колонку заполняют кусочками кирпича,
пропитан­ного кровью, и они служат
сорбентом при определении кислоро­да
в воздухе и других газовых смесях.

Приведенные
примеры показывают, что хроматографию
как процесс не нужно было изобретать,
он существовал в природе всегда.
Здесь, как и в других областях знания,
мы учились у при­роды,
постигали ее законы, модифицировали
природные про­цессы,
приспособляя их к решению стоящих перед
нами задач.

Человеком,
который впервые сумел правильно объяснить
явления,
происходящие при движении вещества
вдоль слоя сор­бента,
был Михаил
Семенович Цвет. Используя
эти явления, он создал
замечательный аналитический метод,
показал его широ­кие
возможности и дал название, которое по
сей день мы приме­няем для обозначения
не только метода, но также и самого
про­цесса
и научной дисциплины, его изучающей. В
следующей главе мы
остановимся на истории хроматографического
метода анализа.

*
К сожалению, содержащиеся в воздухе
вредные для организма примеси
также поглощаются кровью и иногда
необратимо

Многие
поколения ученых волновала тайна
зеленого листа. Еще
древнегреческий ученый и философ
Феофраст
пытался
раз­гадать
загадку жизни растений. Но роль особых
веществ, при­дающих
растениям зеленый цвет, которые поглощают
солнеч­ную энергию, синтезируют
глюкозу и другие органические вещества,
была показана лишь в конце XIX
Русский ученый К.А.
Тимирязев писал:
«Зерно хлорофилла — исходная точка
всего
того, что мы разумеем под словом жизнь».
Название
хлоро­филл
было
дано зеленому спиртовому раствору смеси
расти­тельных
пигментов еще в 1817 г. Ж.
Пеллетье и
Ж. Кавенту.
В
те времена еще не было известно строение
загадочного веще­ства,
и чтобы установить это, прежде всего
надо было разделить смесь
на составляющие. Такая попытка была
сделана еще Стоксом,
которому
в 1864г. удалось разделить смесь хлорофиллов,
но не на индивидуальные вещества, а на
4 группы (две желтые и
две зеленые). Расшифровкой состава
хлорофиллов занимались многие
ученые. Задача была решена замечательным
русским ученым М.С.
Цветом в
1903г., создавшим для этого новый ме­тод;
возможности метода, как оказалось,
значительно превзош­ли
решение задачи, ради которой его
разработали.

Михаил семенович цвет

Михаил
Семенович Цвет —
человек выдающегося ума и трудной
судьбы.
Он родился 14 мая 1872г. в небольшом
итальянском го­роде
Асти, где проездом, путешествуя по
Италии, находились его родители,
крупный чиновник и экономист Семен
Николаевич Цвет
и Мария де Дороцца — итальянка, воспитанная
в России. Мать вскоре скончалась, и отцу
пришлось оставить Михаила за границей,
где он получил воспитание и образование.
Еще студентом
М.
С. Цвет глубоко
заинтересовался проблемами фи­зиологии
растений и, учась в Женевском университете,
под­готовил
диссертацию на степень доктора ботаники.
В 1896г. Цвет
приехал
в Россию, но не смог занять официального
поло­жения
в научном мире и получить необходимые
условия для про­должения исследований,
так как диплом иностранного универси­тета
в России не признавался полноценным
документом о
высшем образовании. Поэтому на первых
порах Цвет
должен
был
считать удачей возможность работать
без жалования в ла­боратории
академика А.
С. Фаминцына
и
продолжать исследова­ние
хлорофилла и других красящих веществ
зеленого листа. В
это же время Цвет
обращается
в российские университеты с
просьбой в порядке исключения принять
у него магистерские экзамены. Наконец,
руководство Казанского университета
согла­шается проэкзаменовать Цвета,
посчитав
его случай «особо ува­жительным». В
течение времени, немногим больше одного
меся­ца, Цвет
сдал
четыре экзамена по различным разделам
ботаники и
химии (ноябрь 1899 г.), а 12 апреля 1901 г.
представил к защите диссертацию
«Физико-химическое строение хлорофиллового
зерна». Осенью того же года Цвет
блестяще
защитил диссерта­цию и, получив степень
магистра ботаники, выразил желание
остаться в Казанском университете в
качестве приват-доцента. Руководство
поддержало просьбу Цвета,
однако
буквально че­рез
несколько дней он неожиданно уехал в
Варшаву, куда его пригласил
его друг Д. И.
Ивановский —
известный микробиолог, открывший
вирусы, только что занявший кафедру в
университе­те.
Там Цвет
занял
место ассистента («сверхштатного
лабо­ранта»)
и уже через год с небольшим, 8 марта
1903г., он высту­пил
в Варшавском обществе естествоиспытателей
со своим зна­менитым докладом «О новой
категории адсорбционных явлений и
о применении их к биохимическому
анализу», в котором деталь­но
описал метод адсорбционного
хроматографического анализа (основы
метода, как писал Цвет,
были
заложены в его магистер­ской
диссертации). В течение последующих 12
лет он совершен­ствовал свой метод и
применял его для решения практических
за­дач.
Но делалось это в очень трудных условиях
небольшой лаборатории при необходимости
тратить много времени на преподавательскую
работу в двух учебных заведениях. Хотя
в 1910 г. Цвет
с
большим успехом защитил докторскую
диссертацию, ему так
и не удалось получить кафедру ни в одном
из университетов России,
несмотря на неоднократные обращения в
министерство и участие
в конкурсах. А когда началась первая
мировая война и пришлось
срочно эвакуироваться из Варшавы, все
рукописи и ра­бочие
журналы Цвета
погибли.
Наконец, в марте 1917г. Цвет
был
избран профессором университета в
Юрьеве (Тарту) и дирек­тором
ботанического сада. Но проработать там
удалось меньше года:
он вновь должен был эвакуироваться, на
сей раз в Воронеж, где
в это время организовывался университет.
Здоровье ученого было
подорвано, и 26 июня 1919г. он скончался на
47 году жизни.