CC BY
98
УДК 615.074
РАЗРАБОТКА МЕТОДОВ ДИАГНОСТИКИ ДИСБАЛАНСА МИКРО-И МАКРОЭЛЕМЕНТОВ В ОРГАНИЗМЕ ЧЕЛОВЕКА
Е-mail: [email protected]
Пермский национальный исследовательский политехнический университет
Л.В. ПЛАХОВА
В данной статье рассматриваются аналитические подходы атомно-абсорбционного определения ряда элементов в биопробах. Предложен способ прямой элементометрии биопроб на базе метода атомно-абсорбционной спектрометрии с электротермической атомизацией и зеемановской коррекцией неселективного поглощения. Разработанные методы утверждены Минздравом и Роспотребнадцором РФ.
Ключевые слова: дисбаланс, микроэлементозы, эссенци-альные элементы атомно-абсорбционная спектрометрия.
Введение
Одной из задач фармацевтической и токсикологической химии является исследование и разработка методов определения лекарственных веществ в биологических объектах для токсикологического и эколого- фармацевтического мониторинга. Элементный состав биосред, органов и тканей человека в норме, при лечении и при отравлении - важный показатель микроэлементного состава организма особенно для лекарственных средств с низким терапевтическим индексом.
Дисбаланс микро- и макро- элементов в организме человека на территории Российской Федерации является явлением распространенным и опасным для здоровья населения особенного детского. В качестве основных причин возникновения нарушения минерального статуса является нерациональное питание, антивитаминные факторы, изменение качества среды обитания, нарушение ассимиляции и метаболизма минералов.
В тоже время не следует думать, что баланс минералов всегда носит отрицательный дефицитарный характер. Распространенность избытка химических элементов составляет от 1/10 до 1/6 всех дисмикроэлементозов, а в промышленных зонах и в некоторых регионах этот показатель выше - до 50% [1,3]•
На территории Российской Федерации часто диагностируется повышенное содержание в организме не только токсичных элементов таких как свинец, кадмий, алюминий, но и эссенциальных - железа, ванадия никеля, хрома, марганца, молибдена, хрома, меди, цинка, селена, фтора, которые должны поступать в организм в микроколичествах [1,3].
При избыточном поступлении в организм эссенциальных элементов они становятся токсичными и могут провоцировать серьезные заболевания, а также вызывать дисбаланс микро- и макро- элементов в организме.
Назначение и прием препаратов содержащих микро- и макро- элементы в лечебных или профилактических целях должен осуществляться под строгим контролем врача [1,3].
Таким образом, необходимость диагностики микро- и макро- элементного состава биосред человека очевидна. Однако на пути реализации этой идеи возникает ряд вопросов, ключевым из которых является вопрос методического обеспечения химикоаналитического контроля микроэлементного состава биологических сред.
Аналитическая задача определения низких концентраций элементов в биологических средах, несмотря на высокий уровень физико-химических методов обнаружения, а также в условиях современного технического оборудования является одной из сложнейших [2,4].
Методы должны отличаться высокой селективностью, низким пределом обнаружения и высокой информативностью (надежностью) получаемых результатов, обеспечивающих удовлетворительные метрологические характеристики.
В этом отношении среди инструментальных методов анализа для идентификации низких концентраций микроэлементов метод атомно-абсорбционной зееманов-ской электротермической атомизации при соответствующей отработке аналитических приемов определения на фоне сложного высококомпонентного состава матрицы пробы дает хорошие метрологические параметры (точность, прецензионность) [2,4,5].
Актуальность разработки высокочувствительных методов определения ряда элементов в биологических средах, определяется реализацией, в настоящее время, новых направлений в фармакологической химии, а также современных концепций аналитического контроля, направленных отработку концепции оценки риска воздействия определяемого соединения на здоровье населения [2,4].
Наряду с отработкой аналитических, физико-химических и инструментальных параметров при разработке метода определения химических соединений одним из основных этапов является установление метрологических характеристик метода для оценки внутрилабораторной прецизионности и выполнения оперативного контроля качества количественного химического анализа [5].
Целью настоящих исследований явилась разработка методических приемов определения ряда металлов в биологических пробах для задач диагностики микро-элементного состава биосред.
Методика эксперимента
Исследования выполнены методом атомно-абсорбционной спектрометрии с электротермической атомизацией и зеемановской коррекцией неселективного поглощения.
Объектом исследования являлась кровь (венозная). Объем биоматериала необходимый для анализа составил 10-20мкл на проведение одного элементоопределения. Всего для анализа необходимо 30-60 мкл пробы. Забор проб крови выполнен в гепа-ринезированные фторопластовые пробирки объемом 1 мл. Хранение проб до суток при температуре +2-+4°С, свыше суток при температуре -7°С. Анализ проводили методом прямой элементометрии с использование модификации аликвоты пробы.
Обсуждение результатов
Атомно-абсорбционная спектрометрия с электротермической атомизацией проигрывающая при анализе сравнительно чистых растворов методам 1СР ЕБ и 1СР МБ по производительности, а последнему методу и по пределам обнаружения, при анализе проб сложного состава имеет несомненные преимущества [5].
Стадия пробоподготовки, как правило, лимитирует продолжительность анализа и его метрологические параметры. Поэтому трудоемкие классические методы химической деструкции и минерализации аналитической пробы целесообразно заменять более экологичными и производительными инструментальными методами анализа.
Основной задачей исследований являлась разработка прямой элементометрии элементов в биопробах за счет оптимизации и отработки инструментальных и температурно-временных параметров анализа и получение достоверных, воспроизводимых с малой абсолютной погрешностью результатов.
Инструментальные параметры для каждого элемента в большой степени зависят также от исследуемой среды, поэтому разработка и рекомендации по их установлению являются наиболее сложным и трудоемким исследовательским этапом при решении поставленной задачи.
В качестве источника резонансного излучения для каждого исследуемого элемента при разработке метода использовали лампы с полым катодом.
Для выбора оптимальных условий элементометрии необходимо установление комплекса специальных инструментальных параметров - ток лампы, положение компенсатора, значение резонансной линии, а также напряжения питания кварцевого генератора (ЦАП) и ФЭУ.
Осуществлен оптимальный подбор всех перечисленных выше инструментальных параметров для ряда элементов табл. 1.
Отработка рекомендаций по установлению температурно-временной программы работы печи для определения элементов является одним из важнейших этапов исследований, позволяющим проведение прямой элементометрии металлов в конкретной матрице (кровь).
Таблица 1
Инструментальные параметры атомно-абсорбционного определения (на примере ванадия (спектрометр МГА 915))
Аналитический параметр Значение аналитического параметра при определении ванадия
Ток лампы, мА 18-20
ЦАП кварца, у.е. 37-39
ФЭУ,В 660-700
Коэффициент сглаживания, у.е. 0.699
Характеристическая масса, пкг 4.0
Каждый из этапов аналитической программы имеет важное значение, поскольку в момент формирования аналитического сигнала (атомизации) необходимо удаление максимального количества компонентов матрицы и разделения пиков аналитического и неатомного поглощения.
В ходе исследований отработаны температуно-временные программы анализа для исследуемых элементов (табл.2). Для увеличения чувствительности и повышения точности при проведении прямой элементометрии проб крови разработана химическая модификация образца с учетом физико-химических особенностей исследуемых элементов.
Таблица 2
Оптимальные параметры температурно-временной программы
Этап температурновременной программы Температура, 0С Время, сек Скорость потока внутреннего аргона, дм3/мин
Сушка 110 55 0.4
Пиролиз1 450-470 30-40 0.4
Пиролиз2 1300 30 0.6
Атомизация 2750 1.5 0
Очистка 2800 2 0.9
Пауза - 40 -
Охлаждение печи - 100 -
Хорошие результаты при этом показала группа каталитических модификаторов, в частности для ванадия предложено использование 10 мкл 1% раствора нитрата палладия.
Выводы
Таким образом, проведенные исследования позволили разработать методы прямой элементометрии ряда металлов в пробах крови на уровне характеристических масс с погрешностью определения не выше 25%.
Методики утверждены Роспотребнадзором РФ «Сборник методических указаний МУК 4.1.2102-4.1.2116-06».
Список литературы
1. Биохимические нормы в педиатрии: Практический справочник /под ред. Д.Б. Сыромятников. - СПб.: Comuc, 1994- - 91 с.
2. Ермаченко Л.А., Ермаченко В.М. Атомно-абсорбционный анализ с графитовой печью.- М., 1999. - С. - 182-192.
3. Микроэлементозы человека // Материалы Всесоюзного симпозиума. - М., 1989. -С. 353-355.
4. Analitical methods for atomic absorption spectrometry. - 1994. - Vol. 300. - 256 р.
5. Analytische methoden analysen in biol material / / Lieftrung. - 1991. - Vol. 150. - 325 p.
DEVELOPMENT OF METHODS FOR DIAGNOSING IMBALANCE OF MICRO-AND MACRO-ELEMENTS IN THE HUMAN BODY
This article discusses the analytical approaches atomic absorption determination of a number of elements in the bioassays. Provides a method for direct elementometrii bioassay method based on atomic absorption spectrometry with electrothermal atomization and Zeeman correction of the non-selective absorption. The developed methods approved by the Ministry of Health and Rospotrebnadtsorom Russia.
Keywords: imbalance microelementoses, essential elements of atomic absorption spectrometry.
L.V. PLAHOVA
Perm national research 3olytechnic university
E-mail: [email protected].
