CC BY
42
Для достоверности полученных результатов при измерении необходимо добиваться одинакового расстояния от мишеней и эталона до люминофора при их обсчете, равнозначности и площадей мишени и эталона, использования постоянного эталона (желательно U234).
Остальные результаты представляются в кюри на 1 л мочи.
ЛИТЕРАТУРА
Паттон Ф. С., Гуджин Д. М., Гриффите В. Л. Ядерное горючее на основе обогащенного урана. М., 1966.—В о n i A. L., Hlth Phys., 1960, v. 2, p. 288.— Gackson S., Taylor N. В кн.: Assessment of Radioactivity in Man. Vienna, 1964, v. 1, p. 195.
Поступила 12/XII 1969 r.
ОБЗОРЫ
УДК 613-073.537(047)
ЛЮМИНЕСЦЕНТНЫЙ АНАЛИЗ В ГИГИЕНИЧЕСКИХ ИССЛЕДОВАНИЯХ
Канд. мед. наук Ю. В. Новикову Ф. И. Гуров
Московский научно-исследовательский институт гигиены им. Ф. Ф. Эрисмана и Центральный
научно-исследовательский институт судебных экспертиз, Москва
Люминесцентный анализ является сейчас одним из наиболее чувствительных методов физико-химических исследований. С его помощью можно установить присутствие в исследуемом образце вещества в концентрации до 10""11 г/г. Это позволяет люминесцентному анализу конкурировать со многими физическими и физико-химическими методами, например спектральным, эмиссионным, спектрофотометрическим, полярографическим и даже радиоактивационным. От многих других методов люминесцентный анализ отличается простотой, экспрессностью, а также неизменяемостью вещества в процессе исследования.
Качественный и количественный люминесцентный анализ используется в гигиенических исследованиях для выявления некоторых загрязнений воздуха и воды, установления качества и питательной ценности пищевых продуктов, наличия посторонних химических примесей. С помощью этого метода можно обнаружить следы химических консерватов, антиокислителей, лекарственных препаратов, гормонов, пестицидов, вкусовых и ароматизирующих веществ, пищевых красителей и т. д.
При всех своих очевидных достоинствах люминесцентный метод еще не находит широкого применения в гигиенических исследованиях. Это объясняется тем, что широкие круги гигиенистов и санитарных врачей не осведомлены о конкретных возможностях метода, областях и способах его использования.
Способностью люминесцировать обладают газы и пары различных элементов (02, 12, и т. д.), соли некоторых веществ (редкоземельных элементов, ураниловых соединений), ароматические соединения (бензол, нафталин, антрацен и т. д.), растворы ряда красителей, кристаллофосфоры и многие другие вещества. Для нелюминесцирующих веществ разрабатываются специальные так называемые люминесцентные реакции, в результате которых получают соединения, обладающие люминесцентной способностью (А. А. Бабушкин и соавт.). Для того чтобы вещество начало люминесци-
ровать, к нему необходимо извне подвести определенное количество энергии. Молекулы вещества, поглощая энергию, переходят в возбужденное состояние, пребывая в нем некоторое время. Затем они вновь возвращаются в невозбужденное состояние, отдавая при этом часть энергии возбуждения в виде квантов люминесценции. В зависимости от вида возбужденного уровня и времени пребывания на нем люминесцентное излучение разделяют на флюоресценцию и фосфоресценцию. Реализация тех преимуществ, которыми обладает люминесцентный анализ, зависит от того, насколько в оптимальных условиях находятся источник возбуждения с фильтром, вещество, трансформирующее энергию возбуждения в энергию люминесцентного излучения и регистрирующее устройство.
Выбор источника возбуждающего света нужно начинать с рассмотрения вопроса о расположении в шкале длин волн спектра поглощения веществ. Когда он расположен в ультрафиолетовой области, удобным источником является ртутная лампа; если спектр простирается в видимую область, можно использовать лампу накаливания. Узкий спектральный интервал выделяется при помощи фильтра или монохроматора так, чтобы он приходился на максимум спектра поглощения вещества. Однако, если наряду с исследуемым веществом присутствует мешающая примесь, имеющая свой спектр поглощения, частично совпадающий со спектром вещества, то этот спектральный интервал в ряде случаев целесообразнее выбирать так, чтобы он меньше захватывал спектр примеси. Такая операция приведет к тому, что влияние примеси может быть существенно ослаблено. В том случае, когда влияние примеси не существенно, возбуждать можно светом с широким спектральным интервалом в пределах спектра поглощения. Как показано Д. Н. Щер-бовым и Р. Н. Коржевой, это приводит к увеличению чувствительности проводимого анализа. С помощью монохроматора можно непрерывно менять длину волны возбуждения. В этом случае, регистрируя свечение люминесценции, получают так называемые спектры возбуждения люминесценции (Parker). С помощью таких спектров можно проводить тонкие исследования с целью выявления различных излучающих центров (Г. М. Свищев), повысить чувствительность количественного анализа (М. У. Белый и И. Я. Куш-ниренко), фиксировать передачу энергии от одного излучающего центра
к другому и т. д.
На чувствительность люминесцентного анализа существенное влияние оказывают условия, в которых находится исследуемое вещество. Как показывают результаты многих исследований, с понижением температуры в результате снижения температурного тушения увеличивается интенсивность люминесценции и улучшается структура спектра. В ряде случаев соединение, нелюминесцирующее при комнатной температуре, начинает люминесциро-вать при низкой температуре. Широкое применение в практике научных исследований для получения низких температур нашел жидкий азот (t — 196°). Интенсивность люминесценции (ИЛ) при заданных условиях возбуждения определяется числом излучающих центров вещества, т. е. концентрацией. ИЛ с увеличением концентрации растет до некоторого предела. При больших концентрациях наблюдается концентрационное тушение, которое может не только уменьшить ИЛ, но и свести его к нулю. Имеет ли место концентрационное тушение в каждом конкретном случае, легко проверить разбавлением.
Серьезным препятствием, особенно при определении малого количества анализируемого соединения, служит наличие примесей. Влияние нелюми-несцирующей примеси может проявиться в том, что она перехватывает энергию как возбуждения, так и люминесценции, приводя к неправильному определению ИЛ. Наиболее эффективен этот процесс, когда примесь имеет спектр поглощения, перекрывающийся со спектром люминесценции. Если примесь обладает люминесцентной способностью, то своим излучением она создает фон, на котором зачастую невозможно определить свечение малого количества исследуемого соединения. В этом случае до люминесцентного
анализа к продукту сложного состава должны быть применены приемы аналитической химии (осаждение, соосаждение, экстракция, хроматография и т. д.) для его разделения на более простые компоненты. Желательным является проведение обезгаживания, так как эффективными тушителями люминесценции могут быть газы и в большинстве случаев кислород (А. Н.Те-ренин). В исследовательской практике для обнаружения какого-либо вещества нередко используют его избирательную способность тушить люминесценцию другого соединения. Так, при тонкослойной хроматографии применяют люминесцирующий адсорбент и по темным участкам на его лю-минесцирующем фоне производят идентификацию соединения.
К выбору растворителя при исследовании растворов нужно подходить с позиции его нейтральности по отношению к излучающему веществу. В частности, он не должен поглощать энергию ни возбуждения, ни люминесценции. Проведя аналитические операции в ионизирующих средах, следует иметь в виду возможную в таких условиях диссоциацию органических соединений, изменение спектров излучения и поглощения в зависимости от величины рН растворов (М. А. Константинова-Шлезингер).
Способ регистрации люминесцентного излучения определяется решаемой задачей. Если проводится люминесцентный анализ обнаружения или простейший химический анализ, при котором требуется установить факт люминесценции анализируемого вещества, то применяют визуальное наблюдение интегрального свечения объекта. Количественные измерения проводят с использованием люминесцентных фотометров-флюориметров (С. Юденфред). Техника количественного анализа во всех случаях основывается на сравнении ИЛ раствора неизвестной концентрации с ИЛ эталонного раствора. Когда состав пробы достаточно сложен, необходимо с помощью спектральных приборов энергию излучения разложить в спектр. Интенсивность люминесценции при этом регистрируется фотографическим или фотоэлектрическим способом (К. И. Тарасов). При отсутствии спектрометра для фотоэлектрической регистрации можно приспособить монохро-матор или спектрофотометр (Ю. А. Владимиров и Ф. Ф. Литвин).
Круг задач, которые могут быть решены в санитарно-гигиенической практике с применением люминесцентных методов, чрезвычайно широк. Б. Ведин и соавт. применили метод флюоресцирующих порошков для изучения загрязнений атмосферы наземными и высокими источниками при различных метеорологических условиях. Распыленный порошок улавливался посредством фильтров, установленных на самолетах, автомобилях и кораблях. Количество частиц определялось под микроскопом при ультрафиолетовом освещении. Carpenter использовал флюоресценцию родамина В для изучения циркуляции и перемешивания вод в естественных водоемах. В определенных местах Балтиморской бухты выливался раствор красителя и с помощью специального флюориметра, установленного на борту судна, непрерывно регистрировалась концентрация красителя в анализируемой пробе. В. К. Матвеев и В. В. Патрикеев предложили метод люминесцентных меченых песков для изучения закономерностей перемещения в водной среде рыхлых осадков пород (песка, ила и т. д.). Люминесцентным методом можно определять перенос вещества в организме животных и человека, а также в живых растениях. Для этого вводят растворы безвредных красителей и при ультрафиолетовом освещении наблюдают скорость и направление их перемещения.
Люминесцентный анализ используют для установления качества и питательной ценности пищевых продуктов. При определении свежести рыбы и рыбных продуктов количественные методы люминесценции позволяют установить начальную стадию порчи (Н. Н. Крылова и Ю. Н. Лясковс-кая). С. В. Конев и соавт. предложили люминесцентный метод изучения белков в молоке, при помощи которого без затрат реактивов можно произвести анализ за 3—5 мин. вместо 8—12 часов по методу Кьельдаля. Среднее расхождение с методом Кьельдаля не превышает 0,1%.
Некоторые пестициды (потозон, варфалин, индолинуксусная кислота, нафтилацетат и др.) обладают собственной флюоресценцией (Hornstein). Пестициды, не обладающие собственной флюоресценцией (ДДТ, метокси-хлор, альдрин, хлордан, гептахлор и др.), после соответствующих химических обработок могут быть превращены в люминесцирующие вещества. Так, Giang разработал высокочувствительный люминесцентный метод определения инсектицида 0,0-диэтил-0-нафтилимидотиофосфата, основанный на окислении этого соединения во флюоресцирующее производное. С помощью спектрофлюориметра этот препарат можно установить в концентрации 0,01 мкг/мл.
Т. М. Петрова и Т. И. Голубева предложили метод изучения ДДТ, гептахлора и линдана в воде при помощи тонкослойной хроматографии с флюоресцеином. Инсектициды экстрагировали из воды петролейным эфиром и упаривали экстракт до 0,2—0,3 мл. Экстракт наносили на тонкий слой сорбента, содержащего флюоресцеин натрия. При разделении в н-гексане хлорорганические инсектициды обнаруживаются на пластинке в виде коричневых пятен на желтовато-зеленом фоне. Метод позволяет определять до 0,5 мкг ДДТ и гептахлора и 5 мкг линдана.
Люминесцентный метод может быть использован для исследования нефти в открытых водоемах (Р. С. Белова 1; А. Д. Семенов и соавт.; Ludwig и соавт.).
В промышленной санитарной химии люминесцентный анализ может быть использован для установления в воздухе производственных помещений смолистых веществ, бензатрена, нафтиламинов, борной кислоты, нафтало-нов, фталатов и др. (Д. Н. Васкевич).
М. Т. Дмитриев и А. Н. Китросский разработали специфический анализатор озона, основанный на регистрации хемилюминесценции при его реакции с люминалом в присутствии гематина. Чувствительность определения составляет 0,005 мкг, а измеряемые концентрации в газах — 0,3 мкг/л; воспроизводимость показаний равна 10%.
При санитарно-токсикологическом исследовании в организме животных необходимо устанавливать биологически важные вещества. Так, пор-фирины обладают способностью флюоресцировать. Учитывая это, Но-leek предложил хроматографическое разделение и определение по люминесценции различных порфиринов, в частности копропорфирина. Широкое применение находит люминесцентный метод анализа адреналина в крови (С. К. Розенталь).
Serembe разработал методы количественного исследования террамици-на и ауреомицина по интенсивности их люминесценции в спиртовых растворах. Свечение ауреомицина достигает максимальной интенсивности при pH 7,5—8,0, а террамицина — при pH 9,0—10,0.
Определение неорганических веществ люминесцентным методом основано в большинстве случаев на применении люминесцентных органических реагентов, которые с изучаемыми элементами, находящимися в растворе, способны образовывать внутрикомплексные соединения. Эти комплексы при облучении ультрафиолетовым светом ярко светятся в видимой области спектра, тогда как сами реагенты подобной способностью не обладают или же светятся другим цветом (Е. А. Божевольнов). Широко используются и методы, основанные на приготовлении кристаллофосфоров (К. П. Столяров и Н. Н. Григорьев). Чувствительность этих методов достаточно высока. Например, уран в количестве 10"~б мкг можно исследовать с применением кристаллофосфора на основе фторида натрия (Т. С. Добролюбская). Ионы тяжелых элементов определяются в замороженных растворах галоидных кислот при низкой температуре (М. У. Белый и И. Я. Кушниренко).
Крупным вкладом в развитие люминесцентного анализа явилось открытие Э. В. Шпольским с сотрудниками тонкой структуры в спектрах слож-
1 Автореферат кандидатской диссертации. Саратов, 1958.
ных органических соединений в замороженных н-парафиновых растворах («эффект Шпольского»). Оказалось возможным создать условия, при которых вместо размытых полос в спектрах поглощение и люминесценции наблюдается большое число узких линий, так называемых квазилиний. Методика получения квазилинейчатых спектров проста. Раствор исследуемого соединения замораживают в прозрачном сосуде Дьюара с жидким азотом. Возбуждение люминесценции производят через фильтр или монохроматор. Спектры регистрируют фотографическим или фотоэлектрическим способом. До настоящего времени исследовано более 200 разнообразных органических соединений. Несмотря на то что квазилинейчатая структура некоторых соединений получается нечетко выраженной, анализ, проводимый по таким спектрам, достаточно достоверен.
Применению метода Шпольского для гигиенических исследований посвящена большая серия работ П. П. Дикуна. Ему удалось по спектрам флюоресценции обнаружить присутствие 3,4-бензпирена (БП) в загрязнениях атмосферного воздуха, табачном дыме, некоторых пищевых, яродуктах ит. д. Простота и легкость определения 3,4-БП по спектрам люминесценции обусловили его применение как индикатора канцерогенных загрязнений различных гигиенических объектов. По 3,4-БП проверена загрязненность атмосферного воздуха промышленными предприятиями (JI. М. Шабад и П. П. Дикун; Н. Я. Янышева) х, загрязненность почв и растительности промышленных районов (Н. П. Щербак). Проведено определение 3,4-БП методом Шпольского в отработанных газах двигателей (Л. М. Шабад и Г. А. Смирнов). К. П. Ершова и И. М. Минц исследовали загрязненность канцерогенным веществом водоемов сточными водами предприятий.
Нужно заметить, что возможности применения метода Шпольского в гигиенических исследованиях вряд ли исчерпываются обнаружением канцерогенных веществ. Так, в своих последних работах П. П. Дикун с применением колоночной хроматографии по спектрам флюоресценции обнаружил целую гамму многоядерных полициклических углеводородов в загрязнениях атмосферного воздуха, копченой рыбе, сланцевой смоле.
Наряду с исследованиями качественного состава сложных смесей по методу Шпольского разработан и применяется ряд высокочувствительных методик количественного определения содержания индивидуальных соединений в продуктах сложного состава. Широко используются метод добавок (Muel и Lacroix) и метод внутреннего стандарта (Р. И. Персонов), а также их модификация (А. Я. Хесина и Г. Е. Федосеева).
Таким образом, люминесцентный анализ позволяет получать информацию большого объема о загрязнении внешней среды химическими веществами. Высокая чувствительность такого анализа в сочетании с простой лабораторной техникой позволяют сделать вывод, что этот универсальный метод найдет широкое применение в гигиенических исследованиях.
ЛИТЕРАТУРА
Бабушкин А. А., Б а ж у л и н П. А., Королев Ф. А. и др. Методы спектрального анализа. М., 1962.— Божевольнов Е. А. Люминесцентный анализ неорганических веществ. М., 1966.— ВаскевичД. Н. Люминесцентный анализ в про-мышленно-санитарной химии. М., 1956.— В един Б., Фресслинг H., А др и -виллицс Б. Атмосферная диффузия и загрязнение воздуха. М., 1962, с. 467.— Владимиров Ю. А., Литвин Ф. Ф. Фотобиология и спектральные методы исследования. М., 1964.— Дмитриев М. Т., Китросский Н. А. Ж. физ. химии, 1968, Ns 12, с. 3125.— Добролюбская Т. С. Люминесцентные методы определения урана. М., 1968.—Ершова К. П., Минц И. М. Гиг. и сан., 1968, № 9, с. 52.—Kofi е в С. В., Лыкова Т. И., Салощенко П. И. Биофизика, 1963, в. 2, с. 260.— Константинова-Шлезингер М. А. (ред.). Люминесцентный анализ. М.—Л., 1948.— Крылова H. Н., Лясковская Ю. Н. Физико-химические методы исследования продуктов животного происхождения. М., 1965.— П е р с о н о в Р. И. Ж. анал. химии, 1962, т. 17, с. 506.— Розенталь С. К. Изв. АН СССР, Серия физическая,
1 Автореферат докторской диссертации. Москва, 1970.
1951, т. 23, Nг 3, с. 348.— Семенов А. Д., Страдомская А. Г., 3 у р и -н а Л. Ф. Гиг. и сан., 1970, № 5, с. 66.—С толяров К. П., Григорьев Н. Н. Введение в люминесцентный анализ неорганических веществ. Л., 1967.— Тарасов К. И. Спектральные приборы. Л., 1968.— Теренин А. Н. Фотохимия красителей. М. — Л., 1947.— Ш а б а д Л. М., Д и к у н П. П. Загрязнение атмосферного воздуха канцерогенным веществом — 3,4-бензпиреном. Л., 1959.— Ш а б а д Л. М., Смирнов Г. А. Гиг. и сан., 1969, № 2, с. 98.— Шпольский Э. В., Ильина А. А., Климова Л. А. Докл. АН СССР, 1952, т. 87, с. 935.—Щ е р б а к Н. П. Гиг. и сан., 1968, № 7, с. 93. — Ю д е н ф р е н д С. Флуоресцентный анализ в биологии и медицине. М., 1965.— G i а n g Р. А., J. Agric Fd. Chem., 1962, v. 9, р. 42.— H о 1 ё e k V., Chem. Listy, 1957, v. 51, р. 315.— Hornstein Т., J. Agric Fd. Chem., 1958, v. 6, p. 32.— M u e 1 В., L а с г о i х G., Bull Soc. Chim. France, 1960, No 11—12, p. 2139.— S e -г e m b e M., Boll Soc. ital. Biol. sper., 1951, v. 27, p. 1330.
Поступила 20/IV 1970 r.
ЗА РУБЕЖОМ
УДК 613.03:54
0 НЕКОТОРЫХ ВОПРОСАХ ПРОМЫШЛЕННО-САНИТАРНОЙ ХИМИИ
П. Кольковски
Народная Республика Болгария, София
Развитие промышленно-санитарной химии требует решения ряда проблем, связанных с гигиеной и охраной труда. Известно, что концентрации в воздухе определяемого компонента постоянно меняются вследствие большой неустойчивости системы «воздух — токсический агент», который может быть в форме газа, паров, аэрозолей или пыли. Понятие «точность» в сани-тарно-химическом аспекте следует рассматривать как отклонение, которое данный аналитический метод допускает при определении количества токсического агента, содержащегося в рабочей среде в продолжение одной рабочей смены. Это должно быть руководящим началом при выборе соответствующего аналитического метода.
Для количественной оценки колеблющихся концентраций предпочтительно применение точного метода, дающего возможность вести непрерывный анализ в течение одной рабочей смены. На практике это лучше всего осуществимо с помощью автоматических газоанализаторов. Однако они находят ограниченное применение. Использование точных лабораторных методов усложняется их большой трудоемкостью. Для динамического определения анализируемого компонента необходимо непрерывно брать пробы с последующим их анализом в лабораторной обстановке. Это связано с большой затратой сил, что экономически нецелесообразно. Чаще всего при применении точных лабораторных методов для анализа берут 2—3 пробы за рабочую смену. Если принять, что взятие проб происходит в течение
1 часа, как это бывает при некоторых точных аналитических методах, то адекватный результат измеряемой величины получают только за время, когда взята проба. На примере определения окиси углерода в воздухе куз-нечно-прессового отделения было показано, что в случае отбора ограниченного числа проб средняя концентрация измерена с точностью в 2 раза меньшей по сравнению с экспрессными методами, хотя точность последних в 4 раза меньше точности лабораторных методов. Этот, на первый взгляд, парадокс объясняется тем, что экспрессные методы представляют возможность для динамических анализов. Это не отрицает классических методов, но
