CC BY
35
МИРОНОВА Елена Валерьевна, кандидат химических наук, доцент кафедры химии, научный сотрудник научно-образовательного центра «Химические исследования» ОмГТУ.
ЛЕОНТЬЕВА Наталья Николаевна, кандидат химических наук, сотрудник учреждения Российской академии наук Института проблем переработки углеводородов Сибирского отделения РАН. ЛЕОНОВ Вячеслав Евгеньевич, аспирант кафедры химической технологии и биотехнологии ОмГТУ. БЛЕСМАН Александр Иосифович, кандидат технических наук, доцент (Россия), доцент кафедры физики; директор научно-образовательного ресурсного центра нанотехнологий ОмГТУ.
ПОЛОНЯНКИН Денис Андреевич, кандидат педагогических наук, старший преподаватель кафедры физики, инженер научно-образовательного ресурсного центра нанотехнологий ОмГТУ. ЮРЬЕВА Алла Владимировна, кандидат химических наук, доцент (Россия), доцент кафедры химической технологии и биотехнологии, научный сотрудник научно-образовательного центра «Химические исследования» ОмГТУ. Адрес для переписки: [email protected]
Статья поступила в редакцию 14.01.2015 г. © И. А. Кировская, Е. В. Миронова, Н. Н. Леонтьева,
В. Е. Леонов, А. И. Блесман, Д. А. Полонянкин, А. В. Юрьева
УДК 543.544 а. е. земцов
я. ю. мордакова т. ф. шешко ю. м. серов
Омский государственный технический университет
Российский университет дружбы народов
СРАВНИТЕЛЬНАЯ ОЦЕНКА ЭФФЕКТИВНОСТИ СПОСОБОВ ОЧИСТКИ ПОВЕРХНОСТИ ВОЛОС ОТ ВНЕШНИХ ЗАГРЯЗНИТЕЛЕЙ ДЛЯ ПРОВЕДЕНИЯ ХИМИКО-ТОКСИКОЛОГИЧЕСКИХ ИССЛЕДОВАНИЙ
На основании анализа литературных и экспериментальных данных по химико-токсикологическому анализу волос рассмотрены четыре уникальных обобщенных способа их отмывки от внешних загрязнителей. Проведено сравнение эффективности предложенных схем с использованием модельных проб волос. Ключевые слова: внешний смыв, волосы, химико-токсикологический анализ, GC-MS.
Введение. Волосы являются одним из наиболее перспективных биологических материалов химико-токсикологического исследования. Особый интерес к данному биообъекту обусловлен тем, что он не требует каких-либо особых условий хранения, содержащиеся в нем экзогенные вещества сохраняются достаточно долго и находятся преимущественно в неизменном виде, что исключает необходимость поиска сложных метаболитов.
Применение исследования волос актуально для многих областей, таких как судебная медицина, клиническая фармакология, клиническая токсикология и химия окружающей среды. В рамках химико-токсикологической экспертизы исследование волос позволяет решать особую задачу — устанав-
ливать факт наличия экзогенных веществ, таких как наркотические средства, психотропные вещества или лекарственные препараты в организме человека спустя продолжительное время после их употребления.
Химико-токсикологический анализ волос состоит из нескольких этапов: отбор проб волос, внешний смыв, отмывка от внешних загрязнений, про-боподготовка и инструментальный анализ. Стадия отмывки волос от внешних загрязнителей, так называемый процесс деконтаминации, очень важен, т.к. он помогает избежать ложноположительных результатов при анализе волос на наличие различных экзогенных веществ. В настоящее время разработаны несколько различных способов
Таблица 1
Температурный режим хроматографа
Скорость нагрева, °С/мин Температура, °С Время выдержки, мин
60 2
50 100 0,5
15 180 4
10 260 0,5
25 320 6
№
Схемы отмывки волос от внешних загрязнителей
Таблица 2
Номер этапа 1-я схема 2-я схема 3-я схема 4-я схема
1 Перемешивание в течение 30 мин на орбитальном шейкере в 4 мл деионизированной воды с добавлением 5 мг додецилсульфата натрия Перемешивание в течение 30 мин на орбитальном шейкере 4 мл метанола Перемешивание в течение 30 мин на орбитальном шейкере в 4 мл деионизированной воды Перемешивание в течение 30 мин на орбитальном шейкере в 4 мл хлороформа
2 Перемешивание в течение 30 мин на орбитальном шейкере 4 мл метанола Перемешивание в течение 30 мин на орбитальном шейкере в 4 мл хлороформа Перемешивание в течение 30 мин на орбитальном шейкере 4 мл метанола Перемешивание в течение 30 мин на орбитальном шейкере 4 мл метанола
3 Перемешивание в течение 30 мин на орбитальном шейкере в 4 мл хлороформа Перемешивание в течение 30 мин на орбитальном шейкере в 4 мл деионизированной воды с добавлением 5 мг додецилсульфата натрия Перемешивание в течение 30 мин на орбитальном шейкере в 4 мл хлороформа Перемешивание в течение 30 мин на орбитальном шейкере в 4 мл деионизированной воды
4 Перемешивание в течение 30 мин на орбитальном шейкере 4 мл метанола
Рис. 1. Хроматограмма и масс-спектр ТФА-производной фенилалкиламина в метанольном смыве с волос
деконтаминации волос и каждая лаборатория придерживается своего способа. Однако не существует стандартного общепринятого метода отмывки волос от внешних и потожировых загрязнений. В литературе отсутствуют данные по экспериментальной оценке эффективности различных способов деконтаминации, что делает наши исследования уникальными и необходимыми для унификации данного процесса.
Целью работы является разработка наиболее эффективного метода отмывки волос от внешних
загрязнений для дальнейшего проведения химико-токсикологического анализа внутренней области волос.
Материалы и методы. Объекты исследования представляли собой модельные пробы волос, приготовленные специальным образом, с точно известным содержанием искусственного внешнего загрязнителя, имитирующего фенилалкиламин. Волосы, отобранные случайным образом, измельчались, перемешивались и помещались в чистые полимерные пробирки в количестве 100 ± 2 мг. Для
Рис. 2. Хроматограммы четвертых этапов всех предложенных схем отмывки волос от внешних загрязнений, где хроматограмма черного цвета соответствует первой схеме (табл. 2), синего — второй схеме, красного и зеленого — третьей и четвертой схеме соответственно
д)
Рис. 3. Наложение хроматограмм по выделенному иону с m/z = 140 всех этапов отмывки схем 1—4 (а—г соответственно) и последних метанольных промывок всех четырех схем (д)
нанесения искусственного внешнего загрязнителя пробы пропитывались метанольным раствором аналитического стандарта фенилалкиламина с концентрацией 1 мкг/мл.
Инструментальный анализ проводили методом газовой хроматографии с масс-селективным детектированием (далее ГХ-МС) на оборудовании фирмы
Agilent Technologies (США), состоящем из газового хроматографа 5890 и одноквадрупольного масс-спектрометра 5975С. Хроматограф оснащен капиллярной колонкой DB-5MS длиной 30 м, толщиной 0,25 мм и внутренним диаметром сорбента 0,25 мкм. Выбор хроматографической колонки основан на изучении характеристик существующих коммер-
ческих образцов, областей их применения и сравнения между существующими аналогами, а также с изученными литературными данными [1—3].
Объем вводимой пробы составлял 1 мкл и осуществлялся с помощью автосамплера в режиме деления потока в соотношении 10:1. Температура инжектора и интерфейса составляли 270 °С. Поток газа-носителя (гелий) — 1,26 мл/мин. Температурный режим работы хроматографа представлен в табл. 1.
Масс-спектрометр работал в режиме ионизации электронным ударом. Детектирование проводили в режиме полного сканирования ионов в диапазоне 43 — 600 а.е.м. Энергия ионизации — 70 эВ. Задержка на растворитель составляла 4 мин. Общее время анализа одной пробы — 30 мин.
Результаты и обсуждение. На основании изученных литературных источников выбраны четыре схемы отмывки волос от внешних загрязнений. В табл. 2 представлено поэтапное описание предложенных схем.
После каждого этапа для всех четырех схем промывочные растворы отбирали в чистые полимерные пробирки, концентрировали и проводили ацилирование для последующего анализа методом ГХ-МС. В случае промывочного водного раствора с добавлением додецилсульфата натрия и без него применяли дополнительную экстракцию метилтретбутиловым эфиром, с последующим концентрированием и дериватизацией. Дериватизацию проводили раствором метил-бис-трифторацетамида (далее — MBTFA) в течение 30 мин при температуре 80 °С.
На рис. 1 представлены хроматограмма и масс-спектр производной ТФА-фенилалкиламина в мета-нольном смыве с волос. Время выхода ТФА-производной фенилалкиламина при данных условиях анализа — 7,68 мин.
Для оценки эффективности отмывки каждой из четырех приведенных выше схем в программе обработки инструментальных данных MSD ChemStation E02.00.493 фирмы Agilent Technologies было проведено сравнение хроматограмм последних этапов всех 4-х схем, а именно, метанольных смывов (этап № 4 каждой из схем табл. 2). Хрома-тограммы представлены на рис. 2.
Из рис. 2 видно, что наиболее чистыми являются хроматограммы последних этапов отмывки согласно схемам 1 и 4.
Далее анализировалось изменение содержания искусственного внешнего загрязнителя (фенилал-киламина) между этапами отмывки каждой схемы и проведено сравнение содержания фенилалки-ламина между последними этапами всех схем отмывки. Для этого использовалось наложение хроматограмм по характеристическому иону ТФА-производного фенилалкиламина с m/z = 140 в интервале времени, включающем время выхода ТФА-производного фенилалкиламина. Результаты представлены на рис. 3.
Из рис. 3б, г и д видно, что предложенные в табл. 2 схемы отмывки волос от посторонних внешних примесей № 2, 4 не позволяют полностью
избавиться от искусственного внешнего загрязнения, что исключает возможность их применения. В результате обобщения данных, полученных сравнением чистоты хроматограмм финальных промывок всех четырех схем отмывки волос от внешних загрязнений, а также по результатам оценки полноты избавления от искусственного загрязнителя, можно сделать вывод, что наиболее эффективным и достаточным для дальнейшего проведения химико-токсикологического анализа внутренней области волос является схема № 1.
Выводы. Впервые проанализированы данные по методам деконтаминации волос, на основании которых предложены четыре уникальные обобщенные методики отмывки внешней поверхности волос. С помощью приготовленных модельных образцов волос экспериментальным путем определена наиболее эффективная методика отмывки проб волос, включающая первую из предложенных схем, для химико-токсикологического анализа.
Таким образом, предлагается универсальная процедура деконтаминации при подготовке волос к химико-токсикологическому анализу.
Библиографический список
1. Qualitative screening for drugs of abuse in hair using GC-MS [Journal] / S. Paterson [et al.] // Journal of Analytical Toxicology. - 2001. - Vol. 25. - P. 203-208.
2. Schaffer, M. I. An evaluation of two wash procedures for the differentation of external contamination versus ingestion in the analysis of human hair samples for cocaine [Journal] / M. I. Schaffer, W. L. Wang, J. Irving // J. Analytical Toxicology. -2002. - 26. - P. 485-488.
3. Nakahara, Y. Hair analysis for drugs of abuse: effect of physicochemical properties of drugs on incorporation rates into hair [Journal] / Y. Nakahara, K. Takahashi, R. Kikura // Biol. Pharm. Bull. - 1995. - № 18. - P. 1223-1227.
>
ЗЕМЦОВ Александр Евгеньевич, кандидат химических наук, доцент кафедры химической технологии и биотехнологии Омского государственного технического университета.
Адрес для переписки: [email protected] МОРДАКОВА Яна Юрьевна, аспирантка кафедры физической и коллоидной химии, Российский университет дружбы народов. Адрес для переписки: [email protected] ШЕШКО Татьяна Фёдоровна, кандидат химических наук, доцент (Россия), доцент кафедры физической и коллоидной химии, Российский университет дружбы народов.
Адрес для переписки: [email protected] СЕРОВ Юрий Михайлович, доктор химических наук, профессор, заведующий кафедры физической и коллоидной химии, Российский университет дружбы народов.
Адрес для переписки: [email protected] Статья поступила в редакцию 29.10.14 г.
© А. Е. Земцов, Я. Ю. Мордакова, Т. Ф. Шешко, Ю. М. Серов
