1. Москвин Л.Н., Родинков О.В. Специальные методы

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ
РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
Саратовский государственный университет имени Н.Г. Чернышевского
Институт химии
УТВЕРЖДАЮ
Проректор по учебно-методической работе
Елина Е.Г.
___________________________
"__" __________________20__ г.
Рабочая программа дисциплины
Современные методы химической экспертизы
Направление подготовки
020100 - Химия
Профиль подготовки
Химия окружающей среды, химическая экспертиза и экологическая
безопасность
Квалификация (степень) выпускника
Бакалавр
Форма обучения
очная
Саратов,
2011 г.
1. Цели освоения дисциплины
Целью освоения дисциплины «Современные методы химической
экспертизы» является формирование у студентов компетенций, связанных с
пониманием новых направлений и методов, применяемых в настоящее время
и в перспективе для целей контроля и химической экспертизы, понимание
основ и механизмов этих методов, формирование представления об областях
применения, достоинствах и недостатках различных методов для
последующего применения полученных знаний и навыков при освоении
дисциплин профиля «Химия окружающей среды, химическая экспертиза и
экологическая безопасность» и выполнения профессиональных задач, на
основе умения применять оптимальные подходы и экспериментальные
решения, планировать, организовывать свою деятельность, самостоятельно
приобретать знания, используя различные источники информации.
2. Место дисциплины в структуре ООП бакалавриата
Дисциплина «Современные методы химической экспертизы» относится
к вариативным дисциплинам профессионального цикла и обеспечивает
содержательную
взаимосвязь
естественнонаучных
дисциплин
с
профессиональными
дисциплинам
профиля
подготовки
«Химия
окружающей среды, химическая экспертиза и экологическая безопасность».
Материал дисциплины базируется на знаниях по общей, неорганической,
органической, аналитической химии, химии высокомолекулярных
соединений, химической технологии (теория растворов, метод молекулярных
орбиталей, строение органических молекул, методы анализа, свойства
полимеров, технология получения полимеров), методам математической
статистики в объеме курсов ООП по направлению 020100 «Химия» и
является основой для последующего успешного прохождения практики м
выполнения выпускной квалификационной работы.
3 Компетенции обучающегося, формируемые в результате
освоения дисциплины
В результате освоения дисциплины «Современные методы химической
экспертизы» формируются следующие компетенции:
- понимание сущности и социальной значимости профессии, основные
перспективы и проблемы, определяющие работу в области экспертизы
пищевых продуктов (ПК-1);
- владение навыками химического эксперимента, основными методами
аналитического изучения веществ (ПК-4);
- владение навыками работы на современном учебно-научной
аппаратуре при проведении химических экспериментов (ПК-6).
- владение методами регистрации и обработки результатов химических
экспериментов (ПК-8).
В результате освоения дисциплины обучающийся должен:
•Знать:
 методы, используемые для проведения химической экспертизы и
осуществления контроля.
 основные понятия и принципы скрининговых методов, методов
контроля и идентификации индивидуальных веществ и реализуемых
продуктов.
•Уметь:
 применять методы качественного и количественного определения
нормируемых компонентов;
 реализовывать цикл: экстракция - очистка и концентрирование определение.
•Владеть:
 методами эксперимента, выделения, очистки, определения веществ;
 навыками проведения современных иммунохимических и
люминесцентных методов.
4. Структура и содержание дисциплины «Современные методы
химической экспертизы»
Общая трудоемкость дисциплины составляет 9 зачетных единиц (324 часов).
4.1. Структура лекционного курса
№
п/
п
Раздел дисциплины
Сем Неделя
естр семестр
а
Виды учебной
работы, включая
самостоятельную
работу студентов и
трудоемкость (в
часах)
лекции
Самост
оя
тельная
работа
всего
1
Введение.
Основные
требования к методам
экспертизы и пути их
совершенствования
8
1
4
8
4
2
Иммунохимические методы. 8
Антитела и антигены
Гетерогенные методы
8
иммуноферментного
анализа
2
4
8
4
3
4
8
4
3
Формы
текущего
контроля
успеваемости
(по неделям
семестра)
Формы
промежуточной
аттестации (по
семестрам)
4
5
6
7
8
9
10
11
Гомогенные методы
иммуноферментного
анализа
Иммунохимические тестметоды.
Современные метки.
Сенсоры и биосенсоры
Оптические сенсоры
Электрохимические сенсоры
Новые экстракционные
системы
Новые люминесцентные
технологии
Всего
8
4
4
8
4
8
5
4
8
4
8
8
6
7
4
4
8
8
4
4
8
8
8
8-9
10
11
8
4
4
16
8
16
8
4
4
8
12
4
16
4
144
36
84
48
экзамен
4.2. Содержание дисциплины
Иммунохимические методы анализа.
Клетки и органы иммунной системы. Общие принципы иммунохимического анализа.
Формулировка основных понятий общей иммунологии и иммунохимии.
Антигены, классификация и основы строения. Понятие «антиген», простые и
сложные антигены, антигенность и специфичность. Факторы, влияющие на антигенность
химических соединений. Конъюгированные антигены. Антигены микроорганизмов.
Антитела (иммуноглобулины), их функции, классификация и основы строения.
Общие принципы строения антител. Легкие и тяжелые цепи. Fab и Fc фрагменты.
Классификация иммуноглобулинов и их свойства. Происхождение разнообразия антител
(теория генетического наследования и теория соматических мутаций).
Методы получения антител. Способы иммунизации. Адъюванты и их свойства.
Выделение и очистка поликлональных антител. Моноспецифические антитела. Получение
изолированных Fab фрагментов. Клеточные гибриды лимфоцитов. Основные этапы
получения гибридом. Схема получения моноклональных антител. Преимущества и
ограничения использования поликлональных и моноклональных антител. Метод селекции
антител из комбинаторных библиотек фагового дисплея.
Взаимодействие антиген-антитело. Кинетика и термодинамика реакций антигенантитело. Роль температуры, рН и концентрации соли. Типы связей, участвующих во
взаимодействии. Понятие аффинности. Методы определения афинности. Гетерогенность
аффинности к антигену. Взаимодействие антител с моно- и поливалентными лигандами.
Классификация иммунохимических методов анализа.
Иммуноферментный анализ (ИФА) – основы метода. Используемые ферменты.
Субстраты. Гомогенный и гетерогенный ИФА. Конкурентый и неконкурентный
иммуноанализ. Варианты твердофазного ИФА. «Сэндвич»-метод. Применяемые сорбенты:
сефароза, пористое стекло, силохром, полимерные носители, полистирольные платы,
микроплаты. Метрологические характеристики ИФА. Сравнительная оценка различных
схем проведения ИФА. Новые подходы в ИФА. Применение для определения вирусов,
бактерий, низкомолекулярных аналитов. Раздельное определение антител методом
иммуноферментного анализа. Тест-методы на основе ИФА.
Радиоиммунологический метод. Радиоизотопные метки антигенов или антител.
Твердофазный вариант радиоиммунологического метода. Сущность метода.
Иммунофлуоресцентный метод анализа. Использование люминесценции для
выявления реакции антиген – антитело, происходящих на поверхности клеток или срезах
ткани. Модификации метода. Прямой метод – нанесение на специфическую
люминесцентную сыворотку (антитело) материал, содержащий антиген. Непрямой метод
– обработка материала, содержащего антиген специфической немеченой сывороткой, с
последующим нанесением люминесцентной сыворотки. Модифицированный непрямой
метод
–
метод
с
комплементом.
Метрологические
характеристики
иммунофлуоресцентного метода. Применение для обнаружения бактерий, простейших,
риккетсий, вирусов в чистых и смешанных культурах, препаратах, отпечатках, срезах
органов и тканей.
Использование реакции агглютинации для определения антител с помощью
известного антигена, для установления вида микроба с помощью известных антител.
Использование реакции пассивной (непрямой) гемагглютинации; для определения
антигенов; реакции торможения гемагглютинации для определения вирусов.
Использование реакции иммунодиффузии и связывания комплимента для выявления
антител и антигенов.
Поляризационный флуоресцентный иммуноанализ. Основы методы. Использование
для определения низкомолекулярных аналитов.
Иммунохимические
тест-методы.
Иммунохроматографический
тест-метод,
иммунофильмтрационный тест-метод.
Современные метки для иммунохимический методов анализа. Ферменты.
Коллоидное золото. Наночастицы золота, углерода, селена. Метки на основе ядра и
оболочки. Метки на основе квантовых точек. Метки на основе “up-converting phosphors”.
Метки с разрешением во времени.
Сенсоры и биосенсоры.
Понятие «биосенсор». Его основные части. Классификация биосенсров.
Потенциометрические биосенсоры. Ферментные сенсоры. Способы закрепления
ферментов. Групповая и субстратная специфичность. Условия проявления каталитической
активности. Ферментные микроэлектроды. Применение в биологии и медицине.
Электрохимические датчики, применяемые в ферментных сенсорах (платиновые,
графитовые, серебряные, газочувствительные, стеклянные, ионоселективные).
Способы
иммобилизации
ферментов.
Основные
электроаналитические
характеристики ферментного сенсора. Применение ферментных сенсоров для определения
мочевины (диагностический показатель функции печени), глюкоза, аминокислот,
антибиотиков и др. Ферментные электроды на основе редокс – систем. Бактериальные
электроды. Гибридные бактериальноферментные электроды.
Амперометрические
биосенсоры.
Биохимические
преобразователи
–
биотрансдьюсеры. Биохимические материалы: ферменты, ткани растений и животных,
бактерии, дрожжи, антигены/антитела, липосомы, органемы, рецепторы, ДНК.
Принцип работы амперометрических биосенсоров. Регистрация аналитического
сигнала. Конструкции. Основные электроаналитические характеристики.
Биосенсоры на основе ферментных систем. Способы повышения селективности.
Используемые ферменты, определяемые субстраты. Применение для определения мочевой
кислоты, холестерина, этанола, тиохолиновых эфиров и др.
Медиаторы. Кофакторы. Применение в анализе медицинских и биологических
объектов.
Биосенсоры на основе биоматериалов. Биологические материалы - источники
ферментов. Способы закрепления биоматериалов. Микробные биосенсоры. Способы
иммобилизации микроорганизмов и бактерий.
Иммуноферментные сенсоры. Классификация иммуноферментных сенсоров.
Датчики на основе кислородного электрода. Ферментные метки. Определение инсулина,
глюкозы, альбумина.
Способы иммобилизации антител (включение в полимерную пленку, гель;
ковалентная пришивка молекул белка с помощью сшивающих реагентов).
Датчики, содержащие антитела или антигены с электроактивными группами.
Влияние комплексов антиген – антитело на скорость электрохимической реакции. ДНК зонды.
Оптические биосенсоры. Сенсоры на основе люминесценции биомолекул и
биоматериалов. Сенсоры на основе поверхностного плазмонного резонанса.
Биосенсоры на основе поверхностных и объемных акустических волн.
Биочипы.
Получение
по
планерной
технологии
(фотолитография,
полупроводниковая техника и др.). Устройство биочипов. Применение.
Новые экстракционные системы –жидкостная экстракция без органических
растворителей.
Экстракция на основе точки помутнения. Типы используемых ПАВ. Основы процессов
разделения. Разделение растворами неионных, катионных, анионных, цвиттер-ионных
ПАВ. Причины разделения фаз. Количественные характеристики: коэффициент
распределения, степень извлечения, коэффициент обогащения, степень разделения.
Абсолютное и относительное концентрирование. Многоступенчатые процессы.
Закон распределения. Факторы, влияющие на степень извлечения при однократной
экстракции. Кратность экстракции. Влияние рН на экстракцию органических веществ.
Использование экстракции на основе точки помутнения для определения токсичных
компонентов в продуктах питания, объектах окружающей среды, биологических объектах.
Новые люминесцентные технологии.
Люминесцентный анализ. Спектры возбуждения, испускания. Принцип метода.
Аппаратура. Аналитические возможности метода. Определение компонентов в сложных
смесях. Эксимеры.
Процессы с участием триплетного состояния. Замедленная флуоресценция: Р-тип, Е-тип.
Фосфоресценция. Процессы с участием переноса энергии в синглетном и триплетном
состоянии. Низкотемпературная люминесценция. Возможности для определения
компонентов в сложных смесях. Применение в анализе нефтепродуктов, биологических
объектов, продуктов питания.
4.3. Структура лабораторных занятий
№
п/п
Раздел дисциплины
Семе
стр
Неде
Виды учебной
Формы
ля
работы, включая
текущего
семес самостоятельну
контроля
тра
ю работу
успеваемости
студентов и
(по неделям
трудоемкость (в
семестра)
часах)
Формы
Лабор
Самос всего
промежуточн
аторн
тоятел
ой
ые
ьная
работ
работа
аттестации
ы
(по
семестрам)
1
Гетерегенные
иммунохимические методы.
8
1-3
24
28
52
2
Гомогенные
иммунохимические методы
6
4-5
16
24
40
3
Иммунохимические
методы
тест- 6
6-8
24
28
52
4
Экстракция на основе точки 6
помутнения
9-10
16
24
40
5
Современные
люминесцентные
технологии
1112
16
42
58
96
144
240
6
Всего
5. Образовательные технологии
Отчет
к
лабораторны
м
работам.
Проверка
оформления
лабораторног
о журнала.
Оценка
участия
в
коллоквиуме.
Проверка
оформления
лабораторног
о журнала.
Групповая
дискуссия.
Отчет
к
лабораторны
м
работам.
Проверка
оформления
лабораторног
о
журнала.
Защита
реферата.
Оценка
прохождения
теста.
Отчет
к
лабораторны
м
работам.
Проверка
оформления
лабораторног
о
журнала.
Оценка
участия
в
коллоквиуме
Проверка
оформления
лабораторног
о
журнала.
Оценка
участия
в
деловой игре.
Контрольная
работа.
При освоении дисциплины используются следующие образовательные
технологии:
- интерактивные лекции с элементами междисциплинарного обучения.
- практические занятия c использованием иновационных методов обучениянеимитационные методы: групповые дискуссии, поисковая лабораторная
работа; иммитационные методы: проведение деловой игры. В интерактивной
форме предполагается 52 часа.
6. Учебно-методическое обеспечение самостоятельной работы
студентов. Оценочные средства для текущего контроля успеваемости,
промежуточной аттестации по итогам освоения дисциплины.
Самостоятельная работа студентов включает :
1) Составление опорных конспектов по теме, различных видов
таблиц (концептуальных, сравнительных), «толстых и тонких вопросов»,
поиск информации в сети Интернет и справочной литературе.
2) Изучение дополнительной литературы.
3) Подготовка к лабораторным работам, оформление лабораторных
работ, выполнение домашних заданий, текущему и итоговому контролю,
прохождению тестов.
Вопросы для итогового контроля.
1. Понятие «антиген», простые и сложные антигены, антигенность и
специфичность. Факторы, влияющие на антигенность химических соединений.
Конъюгированные антигены. Антигены микроорганизмов.
2. Общие принципы строения антител. Легкие и тяжелые цепи. Fab и Fc фрагменты.
Классификация иммуноглобулинов и их свойства. Происхождение разнообразия
антител (теория генетического наследования и теория соматических мутаций).
3. Методы получения антител. Способы иммунизации. Адъюванты и их свойства.
Выделение и очистка поликлональных антител. Моноспецифические антитела.
4.
Основные этапы получения гибридом. Схема получения
моноклональных антител. Преимущества и ограничения использования
поликлональных и моноклональных антител
5.
Кинетика и термодинамика реакций антиген-антитело. Роль
температуры, рН и концентрации соли. Типы связей, участвующих во
взаимодействии.
6.
Понятие
аффинности.
Методы
определения
афинности.
Гетерогенность аффинности к антигену. Взаимодействие антител с моно- и
поливалентными лигандами.
7. Классификация иммунохимических методов анализа.
8. Иммуноферментный анализ основы метода. Используемые ферменты. Субстраты.
9. Гомогенный и гетерогенный ИФА.
10. Конкурентый и неконкурентный иммуноанализ.
11. Варианты твердофазного ИФА.
12. «Сэндвич»-метод.
13. Метрологические характеристики ИФА.
14. Новые подходы в ИФА. Применение для определения вирусов, бактерий,
низкомолекулярных аналитов.
15. Иммунофлуоресцентный метод анализа. Модификации метода. Метрологические
характеристики иммунофлуоресцентного метода. Применение для обнаружения
бактерий, простейших, риккетсий, вирусов в чистых и смешанных культурах,
препаратах, отпечатках, срезах органов и тканей.
16. Поляризационный
флуоресцентный
иммуноанализ.
Основы
методы.
Использование для определения низкомолекулярных аналитов.
17. Иммунохимические тест-методы. Иммунохроматографический тест-метод,
иммунофильмтрационный тест-метод.
18. Современные метки для иммунохимический методов анализа. Ферменты.
Коллоидное золото. Наночастицы золота, углерода, селена. Метки на основе ядра
и оболочки. Метки на основе квантовых точек. Метки на основе “up-converting
phosphors”. Метки с разрешением во времени.
19. Понятие «биосенсор». Его основные части. Классификация биосенсров.
20. Потенциометрические биосенсоры.
21. Ферментные сенсоры. Способы закрепления ферментов. Групповая и субстратная
специфичность. Условия проявления каталитической активности.
22. Ферментные микроэлектроды. Применение в биологии и медицине.
Электрохимические датчики, применяемые в ферментных сенсорах (платиновые,
графитовые, серебряные, газочувствительные, стеклянные, ионоселективные).
23. Основные электроаналитические характеристики ферментного сенсора.
Применение ферментных сенсоров для определения мочевины (диагностический
показатель функции печени), глюкоза, аминокислот, антибиотиков и др.
Ферментные электроды на основе редокс – систем. Бактериальные электроды.
Гибридные бактериальноферментные электроды.
24. Амперометрические
биосенсоры.
Биохимические
преобразователи
–
биотрансдьюсеры. Биохимические материалы: ферменты, ткани растений и
животных, бактерии, дрожжи, антигены/антитела, липосомы, органемы,
рецепторы, ДНК.
25. Принцип работы амперометрических биосенсоров. Регистрация аналитического
сигнала. Конструкции. Основные электроаналитические характеристики.
26. Биосенсоры на основе ферментных систем. Способы повышения селективности.
Используемые ферменты, определяемые субстраты. Применение для определения
мочевой кислоты, холестерина, этанола, тиохолиновых эфиров и др.
27. Иммуноферментные сенсоры. Классификация иммуноферментных сенсоров.
Датчики на основе кислородного электрода. Ферментные метки. Определение
инсулина, глюкозы, альбумина.
28. Способы иммобилизации антител (включение в полимерную пленку, гель;
ковалентная пришивка молекул белка с помощью сшивающих реагентов).
29. Датчики, содержащие антитела или антигены с электроактивными группами.
Влияние комплексов антиген – антитело на скорость электрохимической реакции.
ДНК - зонды.
30. Оптические биосенсоры. Сенсоры на основе люминесценции биомолекул и
биоматериалов. Сенсоры на основе поверхностного плазмонного резонанса.
31. Биосенсоры на основе поверхностных и объемных акустических волн.
32. Биочипы.
Получение
по
планерной
технологии
(фотолитография,
полупроводниковая техника и др.). Устройство биочипов. Применение.
33. Экстракция на основе точки помутнения. Типы используемых ПАВ. Основы
процессов разделения.
34. Закон распределения. Факторы, влияющие на степень извлечения при
однократной экстракции. Кратность экстракции. Влияние рН на экстракцию
органических веществ. Использование экстракции на основе точки помутнения
для определения токсичных компонентов в продуктах питания, объектах
окружающей среды, биологических объектах.
35. Люминесцентный анализ. Спектры возбуждения, испускания.
36. Процессы с участием триплетного состояния. Замедленная флуоресценция: Ртип, Е-тип. Фосфоресценция.
37. Процессы с участием переноса энергии в синглетном и триплетном состоянии.
Низкотемпературная люминесценция. Возможности для определения
компонентов в сложных смесях. Применение в анализе нефтепродуктов,
биологических объектов, продуктов питания.
Темы рефератов:
1. Новые подходы к химической экспертизе и контролю качества молока
и молочных продуктов.
2. Новые подходы к химической экспертизе и контролю качества
растительного и животного масла.
3. Новые подходы к химической экспертизе и контролю качества рыбы и
рыбных продуктов.
4. Новые подходы к химической экспертизе и контролю качества рыбных
консервов.
5. Новые подходы к химической экспертизе и контролю качества мясных
консервов.
6. Новые подходы к химической экспертизе и контролю качества
плодоовощных консервов.
7. Новые подходы к химической экспертизе и контролю качества
алкогольной и спиртсодержащей продукции.
8. Новые подходы к химической экспертизе и контролю качества
экспертиза хлебопродуктов.
9. Новые подходы к химической экспертизе и контролю качества муки и
продуктов на зерновой основе.
10.Новые подходы к химической экспертизе и контролю качества меда и
продуктов пчеловодства.
7.
Учебно-методическое
дисциплины
а) основная литература:
и
информационное
обеспечение
1. Дзантиев Б.Б. Проблемы аналитической химии, Том 12, Биохимические методы
анализа, Москва, Изд-во «Наука» 2010. 391 с.
2. Гришаева Т.И. Методы люминесцентного анализа: Учебное пособие для вузов. СПб.:
АНО НПО «Профессионал», 2003. 226 с.
б) дополнительная литература:
1. Москвин Л.Н., Родинков О.В. Специальные методы аналитической химии
Москва. Изд-во «Интеллект», 2011. 352 с.
8. Материально-техническое обеспечение дисциплины (модуля)
1. Учебная аудитория для чтения лекций
2. Оверхед-проектор.
3. Учебная лаборатория для выполнения
необходимым оборудованием.
4. Химические реактивы.
лабораторных
работ,
оснащенная
Программа составлена в соответствии с требованиями ФГОС ВПО с учетом
рекомендаций и Примерной ООП ВПО по направлению подготовки
«Химия».
Автор д.х.н., проф.
Горячева И.Ю.
Программа одобрена на заседании кафедры общей и неорганической химии
от
2011 года, протокол № _________________.
Зав. кафедрой д.х.н., проф.
Директор Института д.х.н., проф.
Муштакова С.П.
Федотова О.В.