CC BY
38
УДК 543.427.4
Ф. Ф. Кадыров, С. А. Бахтеев, Р. А. Юсупов,
М. Ф. Шаехов
РАЗРАБОТКА МЕТОДИКИ АНАЛИЗА Сг (VI) В ВОДНЫХ СРЕДАХ И БИОЛОГИЧЕСКИХ ОБЪЕКТАХ МЕТОДОМ РФА
Ключевые слова: рентгенофлуоресцентный анализ, Сг (VI), вода.
Разработана методика анализа Сг (VI) и рассчитаны метрологические характеристики градуировочных функций для Сг (VI) (Р = 0.95. г = 3%.) в диапазоне концентраций 1.6*10'4 -2.0*10'5 моль/л. Данная методика использована для контроля процесса вымывания хрома из имплантатов, изготовленных из нержавеющей стали, в ткани организма в процессе длительной эксплуатации.
Keywords: X-ray fluorescence analysis, , Cr (VI), water
A method of analysis of Cr (VI) and the metrological characteristics calculated calibration functions for Cr (VI) (P = 0.95. R = 3%). Concentration range of 1.6 * 10'4 2.0 * 10-5 mol /1. This technique is used to control the process of leaching of chromium implants made of stainless steel in the tissue during long-term operation.
Введение
В современной травматологии и ортопедии эндопротезы и имплантаты изготавливаются из различных материалов и сплавов на их основе. Однако, несмотря на все многообразие материалов, несомненно, лидирующую позицию в производстве эндопротезов и имплантатов занимает чистый, или легированный другими металлами титан. В работах [1,2] изложена методика рентгенофлуоресцентного анализа Cr (VI) в водных растворах в области концентраций 2,110"7 - 8,3-10"5 моль/л.
Несмотря на серьезную конкуренцию со стороны титана, свою нишу в производстве эндопротезов и имплантатов заняла нержавеющая сталь (12Х18Н9Т), из которой изготавливают детали и комплектующие эндопротезов и имплантатов.
Как и любое инородное тело, имплантат, выполненный из нержавеющей стали, подвержен биологической коррозии, продукты которой, находясь долгое время в организме, могут вызвать ме-таллоз. Связи с этим, актуальным является проверка организма на ПДК тяжелых металлов.
Разработанный в настоящей работе метод измерения концентрации ионов Cr (VI) в водных растворах необходим для измерения концентрации ионов Cr (VI), мигрировавших из опытных пластин из нержавеющей стали в водную вытяжку [3].
По данным эксперимента будет построен градуировочный график, позволяющий в дальнейшем определять концентрацию ионов Cr (VI) в биологических объектах.
Экспериментальная часть
Оборудование
1. Автоматические микропипетки объемом
0,50-5,00 мл; 25-250 мкл; 0,5-10 мкл.
2. Стаканы с меткой объемом 10,0 мл, 25,0 мл, 50 мл.
3. Весы аналитические марки OHAUS Adventurer Pro AV264.
4. Рентгенофлуоресцентный спектрометр S2
Picofox.
5. Воронка
Реактивы
1. Государственный стандартный образец состава водного раствора ионов хрома (VI) (7К-1).
2. Дистиллированная вода (кафедра ПНТВМ)
Растворы
1. Рабочий раствор 50.0 мл (1.00*0,005/52.0/0,05= 2*10-3 моль/л)
Методика подготовки образцов для проведения анализа на спектрометре 82 Р1ео1ох
1. В колбу объемом 50 мл переносится содержимое реактива 1. Далее содержимое колбы разбавляется дистиллированной водой до метки. Получается рабочий раствор Сг (VI) с концентрацией 2*10-3 моль/л. Далее рабочий раствор разбавляется до концентрации 2*10-4 моль/л (рабочий раствор 1).
2. В качестве внутреннего стандарта для определения концентрации ионов Сг (VI) использован раствор КС1. Готовится раствор внутреннего стандарта КС1 путем растворения 0,067 г КС1 в медицинской склянке до метки 200 мл. 250 мкл этого раствора будет в дальнейшем добавляться в мерную колбу 10,0 мл при приготовлении градуировочных растворов.
Точная концентрация КС1 большого значения не имеет, т. к. при смешивании с раствором Сг (VI) его концентрация будет постоянной.
3. Далее автоматической пипеткой отбираются пробы из рабочего раствора в мерную колбу на 10.0 мл и до метки добавляется дистиллированная вода (см. таблицу 1).
С помощью автоматической микропипетки последовательно отбирается 2.0 мкл раствора, начиная с максимальной концентрации, и помещается на диск из кварцевого стекла (диски из акрилового полимера плохо очищаются после проведения анализа). Далее капля высушивается с помощью теплого воздушного потока. Методика высушивания изложена в работе [4]. После этого высушенная капля анализируется на рентгенофлуоресцентном спектрометре. Время измерения каждого образца составляет 200 с. Параметры рентгеновской трубки: 50
кВ, 600 мкА. рентгеновская трубка с анодом из молибдена.
Таблица 1 - Приготовление растворов Сг (VI) в мерной колбе на 10.0 мл. Диапазон (0.2 - 1.6.10"5 моль/л)
Код раст- вора Аликвота рабочего раствора 1 Сг (VI), мл Концентрация Сг (VI), моль/л Концентрация Сг (VI), г/л Сигнал Сг (VI), имп/с Приведенный сигнал Сг (VI)
1.1 1.00 2.0.10'5 1*10-4 5292 5164
1.2 1.50 3.0.10'5 1.5* 10"4 13003 12229
1.3 2.00 4.0.10'5 2.0* 10-4 12729 13192
1.4 2.50 5.0.10'5 2.5* 10"4 13154 17990
1.5 4.00 8.0.10'5 4.0* 10-4 23972 27594
1.6 5.00 (3.00+3.00) 12.0.10'5 6.0* 10-4 33897 40047
1.7 5.00 (4.00+4.00) 16.0.10'5 8.0* 10"4 68260 47579
1.8 Дистиллят (кафедра ПНТВМ) 0 0 200
Для нормировки градуировочного графика используется приведенный сигнал. Он представляется в следующем виде:
Сг (VI) прив.
= Net
Сг (VI) реал.
Net
К (I) ср
/ Net
К (I) реал.
В таблице 2 представлены сигналы хрома и
калия.
Таблица 2 - Концентрации стандартных растворов Сг (VI) и сигналы хрома и калия
№ С(СгО^)), моль/л *10-5 Сигнал Сг (VI), имп/сек Сигнал КО), имп/сек Приведенный Сигнал Сг (VI), имп/сек
1 2.0 5292 51235 5164
2 3.0 13003 53164 12229
3 4.0 12729 48245 13192
4 5.0 13154 36560 17990
5 8.0 23972 43437 27594
6 12.0 33897 42322 40047
7 16.0 68260 71733 47579
По этим данным рассчитаны метрологические характеристики градуирововочной функции представленные на рисунке 1.
Рис. 1 - Зависимость сигнала Сг (VI) от концентрации
Рис. 2 - Зависимость приведенного сигнала Сг (VI) от концентрации
Рис. 3 - Градуировочные характеристики приведенного сигнала Сг (VI)
Заключение
Разработана методика анализа ионов Сг (VI) в водных растворах в области концентраций Сг (VI) = 1.6*10-4 -2.0*10-5 моль/л без предварительного концентрирования и разделения элементов.
Работа выполнена при финансовой поддержке Министерства образования и науки Российской Федерации в рамках федеральной целевой программы «исследования и разработки по приоритетным направлениям развития научно-
технологического комплекса России на 2007 - 2013 годы» по госконтракту 16.552.11.7060
Литература
1. Ф.Ф.Кадыров, С.А. Бахтеев, Р. А. Юсупов, М.Ф. Шае-хов. Вестник Казанского технологического университета, 24, 40-42 (2012).
2. Ф.Ф.Кадыров, С.А. Бахтеев, Р.А. Юсупов, М.Ф. Шае-хов. Вестник Казанского технологического университета, 5, 148-150 (2013).
3. ГОСТ Р ИСО 10993-12-2009.
4. Р.А. Юсупов , С.А. Бахтеев, И.Р. Гатиятуллин. Вестник Казанского технологического университета, 19, 306308 (2011).
© Ф. Ф. Кадыров - асп. каф. ПНТВМ КНИТУ, kadyrovff@yandex.ru; С. А. Бахтеев - к.х.н., асс. каф. АХСМК КНИТУ, said-bah@yandex.ru; Р А. Юсупов - д.х.н., проф. той же кафедры, yusupovraf@yandex.ru; М. Ф. Шаехов - д.т.н., проф. каф. ПНТВМ КНИТУ, shaechov@kstu.ru.
