Спосіб кількісного визначення неорганічних елементів у біологічних субстратах за допомогою рентген-флуоресцентного аналізу

Спосіб кількісного визначення неорганічних елементів у біологічних субстратах за допомогою рентген-флуоресцентного аналізу, що включає відбір проб біологічних субстратів, підготовку проб до аналізу, висушування дослідного матеріалу, озолення біологічного матеріалу, виміри та розрахунок концентрації з урахуванням інтенсивності флюоресцентного випромінювання, який відрізняється тим, що вносять внутрішній стандарт у вигляді елемента галію або германію у концентрації 0,1-1 мг/г, що нанесений на кремнію діоксид. (19) (21) u200902011 (22) 06.03.2009 (24) 10.07.2009 (46) 10.07.2009, Бюл.№ 13, 2009 р. (72) МАЛИНІН ОЛЕГ ОЛЕКСІЙОВИЧ, КУЦАН ОЛЕКСАНДР ТИХОНОВИЧ, ЛІТАРОВА МАРІЯ ВОЛОДИМИРІВНА, ПУЗАНОВ ФЕДІР КОСТЯНТИНОВИЧ (73) НАЦІОНАЛЬНИЙ НАУКОВИЙ ЦЕНТР "ІНСТИТУТ ЕКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЇ І КЛІНІЧНОЇ ВЕТЕРИНАРНОЇ МЕДИЦИНИ" 3 1мг/г, що нанесений на кремнію діоксид, щоб забезпечити ефективність способу. Метод ґрунтується на використанні рентгенівської флуоресценції елементів з подальшим аналізом спектрів на приладі «Спектроскан-МАКС». При опроміненні зразка рентгенівськими променями біологічний об'єкт, який заздалегідь підданий сухій мінералізації, починає випромінювати (флуоресціювати) в рентгенівському діапазоні. Спектр цієї вторинної флуоресценції адекватно відображає елементний склад аналізованого зразка. Атом кожного елементу має характерні лише для нього спектральні лінії. Наявність у знятому спектрі певних характерних ліній свідчить про присутність відповідних елементів у пробі. За зміною кількості імпульсів по характерній лінії судять про концентрацію даного елементу в пробі. Глибина проникнення рентгенівського випромінювання в опромінюваний зразок (матрицю) залежить від його структури (матеріалу). Чим більше атомний номер матеріалу, тим на меншу глибину проникає збуджуюче випромінювання. Для важких матриць (сплави металів) ця глибина складає долі міліметра, для легких - декілька міліметрів. Цей шар називається корисним (з нього знімається інформація про склад елементів). При виході флуоресцентного випромінювання (вторинного) із зразка, воно також поглинається матрицею. М'якші довгохвильові лінії поглинаються сильніше, ніж жорсткі (короткохвильові). Довжина хвилі флуоресцентного випромінювання збільшується із зменшенням атомного номера відповідного елементу. Спосіб забезпечує виконання вимірювань з відносною похибкою, що не перевищує 20% при довірчій імовірності 0,95. Спосіб визначення неорганічних елементів за допомогою рентгенфлуоресцентного аналізу відрізняється від інших способів завдяки простоті, зручності, комп'ютерній обробці даних, широкому спектру та якості отриманих результатів. За спектром елементів цей спосіб дозволяє визначати одночасно декілька елементів (у діапазоні від Са до U), у тому числі й ті, які мають важливе токсикологічне значення (Se, Zn, Cu, Fe, Μn, Ni, Сr, Co, Sr, U, Pb та ін.). Порівняльний аналіз технічного рішення із прототипом дозволяє зробити висновок, що спосіб який заявляється відповідає критерію "новизна". Спосіб виконується таким чином. Для підготовки проб до аналізу підбирають фарфорові тиглі. Відібрані тиглі миють і висушують в сушильній шафі за температури (120-130°С). Після цього тиглі охолоджують і зважують з точністю до 0,01г (маса - М1). Відбір проб біологічних субстратів Для аналізу хімічних елементів рентгенфлуоресцентним способом відбирають середню пробу досліджуваного матеріалу і поміщають до хімічно чистого скляного або пластикового посуду. Середню пробу, за необхідності, подрібнюють, перемішують і з цього матеріалу беруть наважку для визначення долі сухої речовини і подальшого спалювання. Для дослідження рентгенфлуоресцентним способом відбирають від 2 до 42619 4 40г. біологічного субстрату, поміщають у тиглі та зважують до 0,01г. (М2). Висушування тиглів разом з наважкою дослідного біологічного субстрату Тигель разом з наважкою біологічного субстрату, що підлягає дослідженню, поміщають до сушильної шафи, яку нагрівають до температури (120-130)°С. Перший етап сушки продовжується 2 години. Після цього тиглі виймають, охолоджують і зважують з точністю до 0,01г. Потім тиглі знову поміщають до сушильної шафи і прогрівають за температури (120-130)°С протягом 1 години. Після цього їх виймають і охолоджують. Тиглі разом з висушеним матеріалом зважують. Ця процедура триває до здобуття постійної маси тигля з наважкою матеріалу, що підлягає дослідженню (М3). Визначення величини наважки досліджуваного матеріалу За отриманими результатами визначали величину наважки досліджуваного матеріалу - Μ (формула 1.1) М =М2-М1 (1.1) де: М - величина наважки досліджуваного матеріалу, г; M1 - маса тиглю, підготованого до аналізу, г; М2 - маса тиглю з наважкою сирого досліджуваного матеріалу, г. Окрім цього, визначають кількість сухої речовини - М4 (формула 1.2) M4=M3-M1 (1.2) де: М4 - кількість сухої речовини наважки, г; M1 - маса тиглю, підготованого до аналізу, г; М3 - маса тиглю з наважкою матеріалу, висушеного до постійної ваги, г. Озолення біологічного матеріалу Для проведення рентген-флуоресцентного аналізу досліджуваний матеріал має бути підданий спалюванню (озоленню до чорної або сірої золи). Для ефективнішого спалювання матеріалу у тиглі додають пергідроль. Кількість пергідролю залежить від характеру спалюваного матеріалу. Потім тиглі поміщають до сушильної шафи (або муфельної печі) з регульованою і контрольованою системою нагріву. Спочатку суміш висушують 1 годину за температури 150°С, а потім температуру поступово збільшують на 50°С кожні 2 години. Після кожної стадії спалювання тиглі виймають з печі та перемішують вугілля скляною паличкою. Озолення матеріалу можна припинити на будь-якій стадії, за умови здобуття досить сконцентрованої золи - (0,3-0,5)г. Після охолоджування, золу переносять до фарфорової ступки подрібнюють до дрібного порошку та зважують, визначаючи масу золи за формулою: М7 = М6 – М1 де: М7 - маса золи М6 - маса тиглю з золою М1 - маса тиглю підготовлена до аналізу. Внесення внутрішнього стандарту Для внесення поправки на індивідуальні особливості інтенсивності флуоресценції кожної окремої матриці до кожної проби золи вносять внутрішній стандарт у вигляді порошку кремнію діоксиду з нанесеним галієм або германієм до концентрації 5 42619 0,1-1,0мг/масу золи. Масу внутрішнього стандарту (М5), що вноситься, підбирають з урахуванням маси золи та концентрації елементу галію чи германію у стандарті та зважують з точністю до 0,01г. Потім визначають масу золи М7 у сумі з масою внесеного стандарту М5 за формулою 2.4 М8=М7+М5 (2.4) де М8 - маса стандарту і золи, г; М7 - маса золи, г; М5 - маса стандарту, г. Суміш золи і внутрішнього стандарту ретельно перемішують скляною паличкою і перетирають у ступці. Подрібнений матеріал переносять до скляних баночок об'ємом (10-20)см3, закривають пробкою і зберігають до аналізу на приладі. Виміри і розрахунок концентрації елементів у досліджуваному матеріалі. Виміри проводять на приладі «СпектросканМАКС» відповідно до інструкції по застосуванню. Підготовані для дослідження зразки золи поміщають до кювети та ущільнюють. Інтенсивність випромінювання того або іншого елементу в пробі залежить від якісного і кількісного складу кожної конкретної досліджуваної матриці. При кількісному розрахунку елементу цей недолік необхідно усувати шляхом введення до основної формули коефіцієнта (К1), який розраховують за інтенсивністю флуоресценції внутрішнього стандарту (галію або германію) у кожному досліді та інтенсивністю флуоресценції (галію або германію) у стандарті на кремнію діоксиді. Розрахунок коефіцієнта К1 Розрахунок коефіцієнта К1 проводять за формулою (2.5) K1 = × A1× CmGa M8 A2× Ga× M5 (2.5) де: A1 - кількість імпульсів Ga в конкретній досліджуваній пробі; А2 - кількість імпульсів Ga у стандартній калібрувальній суміші на кремнію діоксиді, з концентрацією 1мг/г; Комп’ютерна верстка Л.Литвиненко 6 Сm Gа - концентрація Ga у стандартній калібрувальній суміші на кремнію діоксиді, виміряна на приладі (1мг/г); М8 - маса золи, отримана після спалювання досліджуваного матеріалу в сукупності з масою внесеного внутрішнього стандарту на кремнію діоксиді; М5 - наважка внутрішнього стандарту, внесеного до проби (г); Ga - концентрація галію на кремнію діоксиді (мг/г) у внутрішньому стандарті (5мг/г). 13.1.3 Розрахунок кількості елементів у пробі Розрахунок кількості елементів, що визначаються у пробі проводять за формулою 2.6: X= Iпр×M8 ×1000, Iст×M× K1 (2.6) де: X - кількість елементу в досліджуваному продукті, мг/кг; Іпр - кількість імпульсів елементу в досліджуваній пробі; М8 - маса золи, отриманої після спалювання досліджуваного матеріалу, в сукупності з масою внесеного внутрішнього стандарту на кремнію діоксиді, г; Іст - кількість імпульсів у стандарті, з концентрацією 1мг/г; М - величина наважки досліджуваного матеріалу, г; К1 - коефіцієнт перерахунку; 1000 - коефіцієнт перерахунку для переведення величини вмісту елементу в міліграми на 1кг продукту. Спосіб визначення неорганічних елементів за допомогою рентген-флуоресцентного аналізу є простим, не матеріалоємким, зручним для комп'ютерної обробки даних. За спектром елементів цей спосіб дозволяє визначати одночасно декілька елементів у тому числі й ті, які мають важливе токсикологічне значення (Se, Zn, Cu, Fe, Mn, Ni, Cr, Co, Sr, U, Pb). Підписне Тираж 28 прим. Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601