LS-Sb88916

в концентрированном виде. В моче концентрация неорганического As (V) и As (III) достигает пика через 10 ч после его приема и возвращается к норме через 20…30 ч. Содержание метилированных метаболитов в моче достигает пика к 40-му – 60му ч и возвращается к норме к 6-му – 20 му дню после приема мышьяка. Органический мышьяк обычно полностью выводится за 1–2 дня от момента его поступления в организм.

Раздельное выявление токсичного неорганического мышьяка и нетоксичного органического мышьяка требует очень специальных методов. Часто умеренное повышение экскреции мышьяка с мочой объясняется присутствием его нетоксичных органических форм, характерных для морепродуктов. Нормальный уровень экскреции мышьяка с мочой – от 0 до 120 мкг/сут. Мышьяк имеет высокое сродство к кератину, поэтому его содержание в волосах и ногтях выше, чем в других тканях. Скорость роста волос, 0.35…0.4 мм/сут., или в среднем около 1 см/мес. Образцы волос, срезанные у корней на затылке, позволяют судить о недавнем воздействии мышьяка. Содержание в волосах мышьяка выше 1 мкг/г сухой массы указывает на наличие активной экспозиции к мышьяку.

Рентгеноспектральный анализ биосубстратов

Наиболее испытанными методами анализа волос являются атомно-абсорб- ционная спектроскопия, вольтамперометрия и рентгенофлуоресцентный метод.

На сегодняшний день одним из передовых методов анализа биосубстратов, в том же числе волос, является метод рентгеновской флуоресцентной спектроскопии. Этот метод, в отличие от физико-химических методов, обеспечивает экспресс-анализ по всем элементам одновременно, в одном измерении, и, в большинстве случаев, не требует специальной обработки пробы.

Пробоподготовка. Для анализа волос методом рентгеновской флуоресцентной спектроскопии, необходимо срезанные с затылка волосы очистить от внешних загрязнителей. Очистка производится сначала в ацетоне, затем – в бидистиллированной воде. Затем 50 мг волос измельчают, к ним добавляют связующий органический компаунд без примесей металлов. Смесь высушивается, и из этой массы изготавливают таблетку диаметром 10 мм, толщиной не более 2 мм и весом 50 мг. Затем таблетка анализируется на приборе «Спектроскан МАКС-GF2E».

Ногти рекомендуется собирать для анализа только в том случае, если отобрать волосы для анализа принципиально невозможно (отсутствие волос,

31

освободившуюся орбиту электрона с какого-либо внешнего слоя. Они обладают линейчатым спектром.

В порядке возрастания длин волн серии характеристического рентгеновского излучения называют соответственно K-, L-, M-, N-сериями. При удалении электрона с одной из внутренних оболочек атома с зарядом ядра Ze на освободившееся место переходит электрон из более удаленной от ядра оболочки и излучается рентгеновский фотон. Так, при удалении электрона из K-слоя переход на нее электронов из L-, M- и т. д. слоев приведет к возник-

новению Kα-, Kβ-, Kγ-линий, образующих K-серию (рис. 8.1).

Частоты линий характеристического рентгеновского излучения находятся по закону Мозли:

ν = a (Z − b) ,

где a – постоянная для данной серии линий, с–1/2 ; b – постоянная экранирования, Z – атомный номер.

Возбуждение атомов вещества в пробе возникает при облучении рентгеновскими лучами трубки. Проба начинает флуоресцировать, испуская характеристическое рентгеновское излучение. Химический элемент в пробе может эмитировать рентгеновское излучение только тогда, когда энергия возбуждающих рентгеновских квантов выше, чем энергия связи (край поглощения) внутреннего электрона элемента. При этом процесс возбуждения рентгеновской флуоресценции носит вероятностный характер, т. е. возникновение разных линий определяется вероятностью соответствующих переходов, этим определяется и «яркость» различных линий спектра.

Рис. 8.1. Схема электронных переходов

33

Другой весьма важной особенностью характеристических спектров рентгеновских лучей является то, что каждый элемент дает свой спектр независимо от того, возбуждается ли этот элемент к испусканию рентгеновских лучей в свободном состоянии или в составе химического соединения. Эта особенность характеристического спектра рентгеновских лучей используется для идентификации различных элементов в сложных соединениях и является основой рентгеноспектрального анализа, позволяющего определить валовое содержание данного элемента в пробе.

Принцип работы рентгенофлуоресцентного кристалл-дифракционного сканирующего спектрометра

Спектрометры серии «СПЕКТРОСКАН МАКС» относятся к приборам для рентгенофлуоресцентного анализа. Это означает, что в работе аппарата используется источник первичного рентгеновского излучения (рентгеновская трубка) для облучения анализируемого объекта, в результате чего сам объект начинает излучать (флуоресцировать) в рентгеновском диапазоне. Спектральный состав этого вторичного излучения адекватно отражает элементный состав анализируемого образца. Атомы того или иного химического элемента имеют свои, характерные только для данного элемента спектральные линии (характеристические линии). Таким образом, наличие или отсутствие в спектре тех или иных линий говорит о присутствии или отсутствии соответствующих химических элементов, а измерение «яркости» этих линий позволяет количественно оценить концентрацию данного элемента.

Рентгенофлуоресцентные кристалл-дифракционные спектрометры серии «СПЕКТРОСКАН МАКС» относятся к спектрометрам с волновой дисперсией. Это значит, что в них для выделения рентгеновского излучения с той или иной длиной волны λ используют дифракцию излучения на кристаллической решетке, например на решетке LiF-кристалла для прибора «СПЕКТРОСКАН МАКС G». Выделенное излучение попадает в детектор, в котором взаимодействует с газом, наполняющим детектор. В результате поток квантов с этой длиной волны n(λ) (квант/с) преобразуется в последовательность электрических импульсов N(λ) (имп./с), которая и является аналитическим сигналом прибора.

Кроме того, приборы «СПЕКТРОСКАН МАКС G» используют последовательный способ развертки спектра – линия за линией, так называемое сканирование по спектру.

34

Выделенное излучение кpисталл-анализатоp фокусирует в приемную щель 5 блока детектирования 6, сигнал с которого поступает на вход усили- теля-дискpиминатоpа, затем на вход счетного устройства.

Спектpометpическое устройство обеспечивает выделение и регистрацию аналитических линий и включает в свой состав блок детектирования и механизм сканирования, или гониометр. Кинематическая схема гониометра обеспечивает плавное и синхронное перемещение кpисталл-анализатоpа и детектора таким образом, что при повороте кристалла на угол Θ детектор поворачивается на угол 2Θ. При этом каждому фиксированному положению гониометра соответствует по закону Вульфа– Бpэгга определенная длина волны λ. Значение угла Θ (или соответствующей длины волны) отсчитывается от начального положения гониометра, определяемого датчиком, по числу шагов шагового двигателя механизма сканирования.

Число импульсов, зарегистрированное за установленное время экспозиции, пропорционально содержанию соответствующего химического элемента в образце и в зависимости от конкретной аналитической задачи может быть пересчитано по различным методикам в процент концентрации или массовую долю элемента в образце. Однако при анализе необходимо учитывать следующие факторы.

35

лежит использование градуировочных характеристик – неких эмпирических зависимостей, полученных обработкой результатов измерения образцов известного состава (градуировочных образцов). Этот способ позволяет достичь довольно высокой точности анализа, однако требует наличия большого числа стандартных образцов, что не всегда возможно (особенно, когда круг решаемых задач весьма широк).

Другой способ основан на использовании теоретических зависимостей, описывающих физические процессы возбуждения рентгеновской флуоресценции в образце и последующей регистрации этого излучения спектрометром. Параметры, используемые в этих зависимостях, описывающих наиболее общие законы взаимодействия рентгеновского излучения с веществом, называют фундаментальными. А метод расчета концентраций, использующий теоретические модели этого взаимодействия, и величины, характеризующие каждый конкретный экземпляр спектрометра, носит название метода фундаментальных параметров. Этот способ дает возможность рассчитать концентрации практически любого набора определяемых элементов в исследуемом образце, не используя при этом никаких образцов сравнения (градуировочных образцов), без которых не обойтись в первом случае.

Программное обеспечение «Метод фундаментальных параметров», разработанное коллективом сотрудников Санкт-Петербургского государственного университета для спектрометров семейства «Спектроскан», позволяет выполнять качественный и количественный анализ разнообразных объектов и, не используя при этом никаких эталонных образцов, позволяет получить довольно высокую точность анализа. Результаты такого «безэталонного» анализа уступают по точности регрессионному анализу. Однако в программе предусмотрен и «эталонный» вариант анализа, позволяющий существенно улучшить эти результаты.

Прежде чем выполнять измерения следует ознакомиться с руководством пользователя. Для удобства изучения оно разделено на главы, каждая из которых посвящена какому-то одному режиму работы с программой, кроме того, информация частично дублируется в тексте помощи, который вызывается при работе с программой.

Техника безопасности

Спектрометр потенциально может представлять опасность как источник повышенного уровня рентгеновского излучения и повышенного значения напряжения в электрической цепи, замыкание которой может произойти через тело человека.

37

Источником радиационной опасности в спектрометре является рентгеновская трубка с номинальным режимом 40 кВ, 0.1 мА, мощностью до 4 Вт. Источниками высокого напряжения являются излучатель до 40 кВ; высоковольтный источник питания; высоковольтный источник питания детекторов; блок детектирования с предусилителем.

Тем не менее, конструкция спектрометра обеспечивает защиту обслуживающего персонала при любых условиях работы на нем в соответствии с требованиями «Правил эксплуатации электроустановок потребителей», Межотраслевых правил охраны труда, «Норм радиационной безопасности НРБ-99», и «Основных санитарных правил обеспечения радиационной безопасности ОСПОРБ-99».

Однако при работе на спектрометре необходимо соблюдение следующих требований.

1.Запрещаетсяпроникать внутрь приборас помощью каких-либо предметов.

2.Запрещается выполнять какие-либо доработки прибора.

3.Не допускается встраивать спектрометр в какие-либо установки, технологические линии и т. д.

4.Следует пользоваться только кюветами, поставляемыми с прибором.

5.Запрещается искусственно замыкать любые блокировочные контакты.

6.Каждый элемент спектрометра, подлежащий заземлению, должен быть присоединен к заземляющей магистрали посредством отдельных ответвлений.

7.Включение сетевого питания и высокого напряжения допускается только на полностью собранном спектрометре, на который надеты все кожухи.

Отчет по лабораторной работе должен содержать:

–рентгенофлуоресцентный спектр пробы биосубстрата, где отмечен ряд аналитических линий, характерных для атомов анализируемых элементов;

–таблицу результатов измерения относительного содержания элементов

вбиосубстрате и (или) их соотношения;

–выводы по лабораторной работе должны отражать оценку уровня содержания определенных микроэлементов, т. е. наблюдается дефицит, достаточное или избыточное поступление в организм данных микроэлементов.

38

Список рекомендуемой литературы

Основы аналитической химии. В 2 кн. Кн. 1. Общие вопросы. Методы разделения: Учеб. для вузов / Ю. А. Золотов, Е. Н. Дорохова, В. И. Фадеева и др.; Под ред. Ю. А. Золотова. – 3- е изд., перераб. и доп. – М.: Высш. шк., 2004. – 361 с.: ил. – Сер. «Классический университетский учебник».

Основы аналитической химии. В 2 кн. Кн. 2. Методы химического анализа: Учеб. для вузов / Ю.А. Золотов, Е. Н. Дорохова, В. И. Фадеева и др.; Под ред. Ю. А. Золотова. – 3- е изд., перераб. и доп. – М.: Высш. шк., 2004. – 503 с.: ил. – Сер. «Классический университетский учебник».

Юинг Г. Инструментальные методы химического анализа / Пер. с англ. –

М.: Мир, 1989. – 608 с., ил.

Слесарев В. И. Химия: Основы химии живого: Учеб. – 4- е изд., испр. –

СПб.: Химиздат, 2007. – 784 с.: ил.

Чистяков Ю. В. Основы бионеорганической химии. – М.: Химия, КолосС, 2007. – 539 с.: ил. – Сер. «Учебники и учеб. пособия для студентов высш. учеб. заведений).

Хенч Л. Биоматериалы, искусственные органы и инжиниринг тканей / Л. Хенч, Д. Джонс. – М.: Техносфера. – 2007. – С. 305. – Сер. «Мир биологии и медицины».

Проблемы аналитической химии. Т. 11. Химический анализ в медицинской диагностике / Под ред. Г. К. Будникова. – М.: Наука, 2010. – 488 с.

Попечителев Е. П. Системный анализ медико-биологических исследований: [монография]. – Саратов: Научная книга, 2009. – 368 с.: ил.

Ребров В. Г., Громова Д. А. Витамины, макро- и микроэлементы. М.: ГЭОТАР-медиа, 2008. 960 с.

Скальный А. В., Рудаков И. А. Биоэлементы в медицине. М.: Изд. дом

«Оникс 21 век»; Мир, 2004. 272 с.

Tietz Textbook of Clinical Chemistry and Molecular Diagnostics. 4 ed. Ed. C. A. Burtis, E. R. Ashwood, D. E. Bruns. Elsevier. New Delhi. 2006. Р. 2412.

39