CC BY
55
УДК 543.427.4
Ф. Ф. Кадыров, С. А. Бахтеев, Р. А. Юсупов,
М. Ф. Шаехов
РАЗРАБОТКА МЕТОДИКИ АНАЛИЗА Ti (IV) В ВОДНЫХ СРЕДАХ И БИОЛОГИЧЕСКИХ ОБЪЕКТАХ МЕТОДОМ РФА В ОБЛАСТИ НИЗКИХ КОНЦЕНТРАЦИЙ
Ключевые слова: рентгенофлуоресцентный анализ, Ti(IV), вода.
Разработана методика анализа Ti (IV) и рассчитаны метрологические характеристики градуировочных функций для Ti (IV) (Р = 0.95. r = 3%.) в диапазоне концентраций 2.0*10-7 -2.0*10-6 моль/л. Данная методика использована для контроля процесса вымывания титана из имплантатов в ткани организма в процессе длительной эксплуатации.
Keywords: X-ray fluorescence analysis, Ti(IV), water.
The method for the analysis of Ti (IV) and calculated the metrological characteristics of the calibration functions for Ti (IV) (P = 0.95. R = 3%.) In the concentration range of 2.0*10-7 -2.0*10-6 mol /1. This technique is used to control the process of leaching of titanium implants in the tissues of the body in the long run.
Введение
В работе [1] изложена методика рентгенофлуоресцентного анализа Ti( IV) в водных растворах в области концентраций 4.2 * 10-6 - 8.3 * 10-5 моль/л. В этой работе также определена актуальность анализа Ti(IV) в мышечных тканях, биологических жидкостях. В настоящей работе разработана методика рентгенофлуоресцентного анализа Ti(IV) в области низких концентраций соответствующих предельно допустимым концентрациям.
Эксперимент
Были использованы следующие оборудование и реактивы: автоматические микропипетки объемом
0,50-5,00 мл, 25-250 мкл, 0,5-10 мкл; стаканы с меткой объемом 10,0 мл, 50,0 мл; весы аналитические марки OHAUS Adventurer Pro AV264; рентгенофлуоресцентный спектрометр S2 PICOFOX; воронка; государственный стандартный образец состава водного раствора ионов титана (IV) (13К-1); дистиллированная вода; рабочий раствор 1000.0 мл (1.00*0,005/47.90/1000= 1,05*10-4 моль/л).
Методика подготовки образцов для проведения анализа на спектрометре S2 Picofox
1) В колбу объемом 50,0 мл переносится содержимое реактива 1. Далее содержимое колбы разбавляется дистиллированной водой до метки. Получается рабочий раствор 1 Ti(IV) с концентрацией 2,05*10-3 моль/л.
Далее с помощью автоматической пипетки отбираем аликвоту 5 мл рабочего раствора 1 и разбавляем его в мерной колбе на 50,0 мл дистиллированной водой до метки. Получается рабочий раствор 2 Ti(IV) с концентрацией 2,05*10-4 моль/л.
Далее повторяем эту инерацию до достижения концентрации раствора Ti(IV) до 2,05*10-6 моль/л.
2) В качестве внутреннего стандарта для определения концентрации ионов Ti (IV) использован раствор Mn(II). Готовится раствор внутреннего стандарта Mn(II) путем растворения 0,0305 г MnSO^3H2O в медицинской склянке до метки 200 мл. 250 мкл этого раствора будет в дальнейшем до-
бавляться в мерную колбу 10,0 мл при приготовлении градуировочных растворов.
Точная концентрация Мп(11) большого значения не имеет, т. к. при смешивании с раствором Т1(1У) 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).
Таблица 1 - Приготовление растворов Т1(М) в мерной колбе на 10.0 мл.
Диапазон 1 (1 - 10.0 * 10-7 моль/л)
Код рас- твора Аликвота рабочего раствора 1 Т1(!У), мл Концентрация Ti(IV), моль/л Концен- трация Ti(IV), г/л Сиг- нал Ti(IV ), имп/ с При ве- ден- ный сиг- нал Ti(IV )
1.1 1.00 2.09.10-7 1*10-5 104 107
1.2 1.50 3.13.10-7 1.5* 10-5 136 108
1.3 2.50 5.23*10-7 2.5* 10-5 112 119
1.4 4.00 8.36.10-7 4*10-5 199 164
1.5 6.00 (3.00+3.00) 12,3 * 10-7 6*10-5 219 186
1.6 8.00 (4.00+4.00) 16,4*10-7 8*10-5 223 245
1.7 Дистиллят (кафедра ПНТВМ) 0 0 68 -
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 [2]. После этого высушенная капля анализируется на рентгенофлуоресцентном спектрометре. Время измерения каждого образца составляет 500 с. Параметры рентгеновской трубки: 50 кВ, 600 мкА. рентгеновская трубка с анодом из молибдена.
В таблице 2 представлены сигналы титана и марганца. По этим данным рассчитаны метрологические характеристики градуирововочной функции, представленные на рисунке 1.
0.00 2.33 4.67 7.00 Э.ЗЗ 11.Є7 14.00 16.33 18.67 21 .ОС
Рис. 1 - Зависимость нормированного сигнала Ti(IV) от концентрации
Рис. 2 - Градуировочные характеристики нормированного сигнала ТІ(М) от концентрации. п = 5; 1 = 2.78; р = 0.95; г = 75%; а = 61.0; Ь = 13.4; Ба = 12%; БЬ = 4.8%; Сраб. = (2.2 - 21.0).10-7
моль/л
С тКу|)= (2.9 ± 1.6 (58%))* 10-7 моль/л.
Пример 2: При сигнале равном 300 импульс/(с*см2) результат анализа:
С тку|)= (1.8 ± 0.2 (11%))* 10-6 моль/л.
Таблица 2 - Концентрации стандартных растворов Т1(М) и сигналы титана и марганца
№ п/п C(Ti(IV)), моль/л *10-7 Сигнал Ti(IV), имп/сек Сигнал Mn(II), имп/сек Приведенный Сигнал Ti(IV), имп/сек
1 2.09 104 10669 107
2 3.13 136 13832 108
3 5.23 112 10355 119
4 8.36 199 13304 164
5 12,3 219 12953 186
6 16,4 223 10009 245
Заключение
Разработана методика анализа ионов титана(1У) в водных растворах в области концентраций Ti(IV) = 2.0*10-7 -2.0*10-6 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 научнотехнологического комплекса России на 2012 - 2013 годы» по госконтракту 16.552.11.7060.
Литература
1. Кадыров Ф.Ф., Бахтеев С.А., Юсупов Р.А., Шаехов М.Ф. Разработка методики анализа Ti (IV) в водных средах и биологических объектах методом РФА // Вестник Казан. технол. ун-та. 2012. Т. 15, №24. С.40-42.
2. Юсупов Р. А., Бахтеев С. А., Гатиятуллин И.Р. Методика выполнения измерений концентрации серебра в технологических водах предприятий // Вестник Казан. технол. ун-та. 2011. №19. С.306-308.
Пример 1: При сигнале равном 100 импульс/(с*см ) результат анализа:
© Ф. Ф.Кадыров - асп. каф. плазмохимических и нанотехнологий высокомолекулярных материалов КНИТУ, kadyrovff@yandex.ru; С. А. Бахтеев - к.х.н., асс. каф. аналитической химии, сертификации и менеджмента качества КНИТУ, said-bah@yandex.ru; Р А. Юсупов - д-р хим. наук, проф. той же кафедры, yusupovraf@yandex.ru; М. Ф. Шаехов - д-р техн. наук, проф. каф. плазмохимических и нанотехнологий высокомолекулярных материалов КНИТУ, shaechov@kstu.ru.
