ИНФОРМАЦИОННАЯ БАЗА ДАННЫХ ПО ВНУТРЕННИМ ГРАДИЕНТАМ рН

УДК 541.544:681.3
ИНФОРМАЦИОННАЯ БАЗА ДАННЫХ ПО ВНУТРЕННИМ ГРАДИЕНТАМ рН
В ХРОМАТОФОКУСИРОВАНИИ
А.Б.Тессман, А.В.Матвеев, А.В.Иванов, Е.В.Ремизова
Московский государственный университет им. М.В.Ломоносова, химический факультет; 119899, ГСП, Москва, В-234, Ленинские горы
Поступила в редакцию
Создана информационная база данных по внутренним градиентам рН в хроматофокусировании, содержащая информацию о модельных и экспериментальных градиентах рН и работающая в операционной системе Windows 95/98/NT. База имеет удобный интерфейс для поиска имеющейся информации и ввода новых данных. Также в базу данных встроены две программы: "CF" для моделирования градиентов рН по экспериментальным условиям и "ABC" - для быстрого расчета отдельных участков на профиле градиента.

Различные варианты ионообменной хроматографии занимают в настоящее время ведущую роль среди методов разделения и определения. Одним из современных и перспективных методов ионообменной хроматографии является метод хроматофокусирования, используемый для разделения биологических цвиттер-ионных соединений - белков, ферментов, аминокислот [1-3], а в последние годы, в сочетании с комплексообразовательной хроматографией - для концентрирования и разделения металлов [4-6]. Суть хроматофокусирования состоит в формировании градиента рН внутри ионообменной хроматографической колонки за счет свойств и состава подвижной фазы и сорбента; разделение основано на изменении ионной формы разделяемых веществ при изменении рН, и взаимодействии данных форм с функциональными группами сорбента [6]. С момента создания в 1978 г. Л.Слайтерманом метода хроматофокусирования исследователями, в том числе и авторами статьи, накоплен большой объем экспериментальных материалов по формированию градиентов рН на различных типах сорбентов, при использовании различных подвижных фаз, включающих стартовый раствор (предварительно уравновешивающий хроматографическую колонку до требуемого значения рН) и элюент (формирующий градиент внутри колонки). Естественно, что большой объем информации требует систематизации и представления в форме базы данных, позволяющей исследователям быстро подобрать требуемый градиент рН и, соответственно, оптимальные условия эксперимента для решения практической задачи. Использование информационной базы данных позволит исследователю не только сэкономить время и средства при выборе оптимальных условий анализа, но также лучше осмыслить поставленную задачу [7-9].
Компьютерные базы данных создаются в различных областях науки с 60-х годов, но часто не получают широкого распространения из-за различий в языках программирования, протоколах передачи данных, моделях компьютеров и также реальной стоимости поддержки инфраструктуры [8, 9]. Кроме того, в настоящее время главенствующую роль в распространении и предоставления доступа к информации приобрел Интернет: публикации научных журналов в сети [10], проведение Интернет-конференций, создание сайтов отдельных университетов и образование целых сетевых порталов [11] способствует формированию новых подходов при разработке баз данных, учитывающих желание пользователей получать информацию через сеть [11, 12]. Такой подход открывает пользователю широкие возможности не только к доступу к информации, содержащейся в базе данных, но и позволяет отдельным пользователям (экспертам) дополнять сетевую базу собственными экспериментальными данными [12].
Следовательно, создаваемая база данных должна работать на широко распространенных персональных компьютерах с операционной системой Windows 95/98/NT и пакетом программ Microsoft Office. Поэтому для написания базы данных выбрали программу Access97, которая является системой управления реляционными базами данных и входит в стандартный пакет программ Microsoft Office, поддерживающий универсальный язык программирования VBA и позволяющий встраивать таблицы базы данных в Интернет-приложения для предоставления доступа через сеть [13-15].
ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ
В работе использовали: операционную систему Windows 98, Windows-приложения - Access97 для создания базы данных, Excel97 для графического построения градиентов рН, и "Acid-Base Calculator" (или "АВС") [16] для расчета состава подвижной фазы и кислотно-основных равновесий в гомогенной системе; DOS-приложение "CF" для расчета модельных градиентов рН [17]. Использовали персональный компьютер с процессором Pentium-150 и оперативной памятью 80 Мбайт.
ОБСУЖДЕНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ
Структура базы данных. Базу данных по внутренним градиентам рН строили на основе следующей схемы. Внутренние градиенты рН в ионообменной хроматографии можно формировать в колонке с использованием классического хроматофокусирования или индуцирования [6]. В рамках данной статьи индуцированные внутренние градиенты рН не рассматривали. Профиль модельных и экспериментальных градиентов рН зависит от параметров хроматографической колонки, свойств сорбента и состава подвижных фаз - стартового раствора и элюента. К параметрам колонки относятся ее длина и внутренний диаметр, а при физико-химическом и математическом моделировании градиентов рН учитываются число зон фокусирования (зона фокусирования аналогична понятию теоретической тарелки) и отношение массы сорбента к свободному объему колонки [17]. Для характеристики сорбента учитывали природу его матрицы и привитых функциональных групп, максимальную обменную емкость, полученную из данных потенциометрического титрования. При моделировании градиентов рН учитывали также кислотно-основные характеристики привитых групп (Кр) [17]. Параметрами, характеризующими подвижные фазы - стартовый раствор и элюент, являются природа и концентрация активных компонентов (кислот, оснований и амфолитов), определяющих рН подвижной фазы, и концентрация инертных компонентов, создающих ионную силу [17]. Следовательно, все рассмотренные параметры должны быть отражены в информационной базе данных.
В базу данных встроены две вспомогательные программы: - "CF", позволяющая моделировать градиент рН в гетерогенной системе на основе разработанной нами ранее физико-химической и математической модели [17], и "АВС", позволяющая рассчитывать отдельные участки градиента, описывая систему как смесь кислот и оснований. Кроме того, внутри базы данных встроена контекстно зависимая справочная система и система обработки ошибок, возникающих при работе с базой.
Диалоговые окна. При запуске базы данных появляется стартовое диалоговое окно "База данных" (рис.1) - аналог титульной страницы в печатных изданиях, позволяющее выбрать направление поиска в базе. После нажатия одной из кнопок в стартовом диалоговом окне - "Модельные", "Экспериментальные", "Модельные и экспериментальные" - открывается соответствующее диалоговое окно для поиска информации.
Поиск информации. Диалоговое окно "Запрос" (аналог карточки запроса в библиотеках или архивах) содержит поля, относящиеся к выбранной теме запроса (рис.2). На рис.2 представлен пример диалогового окна "Запрос", относящийся к экспериментальным градиентам. Поля, расположенные в левой части диалогового окна, относятся к условиям эксперимента, и разбиты на группы параметров, относящихся к свойствам сорбента, составу подвижных фаз, геометрическим параметрам хроматографической колонки. Параметры по каждому полю можно ввести непосредственно с клавиатуры, можно выбрать из списка - например, выбрать сорбент, или провести поиск по ключевому слову среди занесенных в базу параметров. Для поиска внутри каждой группы параметров находится кнопка . Кроме того, вверху диалогового окна находится блок кнопок, каждая из которых связана с соответствующим разделом условий эксперимента. Нажатие такой кнопки приводит к появлению диалогового окна с полной информацией по данному параметру, которая уже имеется в базе данных. Например, при нажатии кнопки "Сорбент" открывается диалоговое окно (рис.3), содержащее информацию о матрице сорбента, функциональных группах, рабочем интервале рН и т.д. Внизу диалогового окна находится поле "Запись", содержащее кнопки со стрелками, позволяющими переключаться между записями по данному разделу (например, по сорбентам).
После того, как пользователь заполнит поля диалогового окна "Запрос" и нажмет кнопку "Поиск градиента", программа выводит графическое изображение градиента рН, выполненное в приложении Excel97, в правую часть диалогового окна (рис.2). В случае, если не все поля диалогового окна заполнены, или для указанных экспериментальных (модельных) условий программа поиска не находит внутри базы данных соответствующего градиента рН, программа предлагает набор градиентов, полученных при близких экспериментальных условиях. Кроме того, программа предлагает провести поиск среди имеющихся в базе данных модельных градиентов рН, рассчитанных при похожих условиях, либо провести расчет градиента с помощью встроенной программы "CF" (кнопка CF). Расчет градиента по программе "CF" может потребовать достаточно большого времени, поэтому, если пользователя интересуют только отдельные участки градиента рН, он может быстро рассчитать их по программе "АВС", нажав соответствующую кнопку.
Введение новой информации. Для введения новой информации в базу данных вверху диалогового окна "Запрос" находится кнопка "Новые данные", при нажатии которой открывается диалоговое окно "Добавление новой информации", содержащее набор закладок (сводных таблиц) - "Сорбент", "Колонка", "Стартовый раствор", "Элюент", "Градиент". На рис.4 приведена сводная таблица по сорбенту. Пользователю необходимо заполнить поля таблицы и нажать кнопку "Добавить". Программа проверяет, нет ли уже такой информации в базе данных для предотвращения возникновения дублирующей информации, после чего при отсутствии дублирования информация сохраняется. При вводе в базу данных графика экспериментального или модельного градиента рН, построенного в приложении Excel, пользователю необходимо только связать местоположение исходного файла Exсel с информацией в базе данных, относящейся к этому графику.
Нажатие кнопки "История" в окне "Запрос" (рис.2) открывает диалоговое окно, в которое можно ввести дополнительную нехимическую информацию о градиенте рН - например, ссылку на литературный источник или данные об экспериментаторе.
Таким образом, разработанная информационная база данных по внутренним градиентам рН работает в операционной системе Windows 95/98/NT, содержит две встроенные программы для расчета градиентов рН и имеет удобный интерфейс для поиска информации и ввода новых данных.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Sluyterman L.A.AE., Elgersma O. // J.Chromatogr. 1978. V.150. P.17.
2. Sluyterman L.A.AE., Kooistra C. // J.Chromatogr. 1989. V.470. P.317.
3. Хроматофокусирование Полибуфером на ПБИ-94 (Russian translation). Stockholm-Uppsala: Pharmacia, 1981. 40p.
4. Nesterenko P.N., Ivanov A.V. // Mendeleev Comm. 1994. N5. P.174.
5. Nesterenko P.N., Ivanov A.V. // J.Chromatogr. 1994. V.671. P.95.
6. Иванов А.В., Нестеренко П.Н. // Журн. аналит. химии. 1999. Т.54. №6. С.566.
7. Пирогов А.В. Компьютерная оптимизация в ионной хроматографии. Дисс… канд хим. наук. М.: МГУ, 1994. 178 с.
8. Mulholland M., Preston P., Hibbert D.B. et all. // J.Chromatogr. 1996. V.739. P.15.
9. Mulholland M., McKinnon K., Haddad P.R. // J.Chromatogr. 1996. V.739. P.25.
10. Золотов Ю.А. Аналитическая химия: фрагменты картины. М.: ИОНХ РАН, 1999. С.115.
11. Дайсон Э. Жизнь в эпоху Интернета: Release 2.0. М.: Бизнес и компьютер, 1998. 400 с.
12. Ланг Ч. Публикации баз данных в Интернете (+www-ресурсы). СПб: Символ-Плюс, 1998. 480 с.
13. Гончаров А. Access 97 в примерах. СПб: Питер, 1997. 320 с.
14. Вейскас Д. Эффективная работа с Microsoft Access 7.0 для Windows 95. СПб: ПитерКом, 1998. 864 с.
15. Райтенгер М., Муч Г. Visual Basic 6: полное руководство. К.: BHV, 1999. 720 с.
16. Тессман А.Б. / Межд. конф. студентов и аспирантов по фундаментальным наукам «Ломоносов-98». М.: МГУ, 1998. С.6.
17. Гармаш А.В., Тессман А.Б., Иванов А.В., Нестеренко П.Н. // Журн.физич.химии. 1997. Т.71. № 9. С.1683.
Подписи под рисунками к статье Тессмана А.Б. и соавторов "Информационная база данных по внутренним градиентам рН в хроматофокусировании"
Рис.1. Диалоговое окно "Запрос".
Рис.2. Диалоговое окно "Сорбент", содержащее полную информацию по сорбентам.
Рис.3. Диалоговое окно для введения новой информации по сорбентам в базу данных.