Толочь или резать? о методах пробоподготовки кератиновых материалов для анализа стабильных изотопов водорода Текст научной статьи по специальности «Прочие технологии»

^ Трансформация экосистем

Ecosystem Transformation 1 www.ecosysttrans.com

Толочь или резать? О методах пробоподготовки кератиновых материалов для анализа стабильных изотопов водорода

М.А. Белова1, А.А. Зудилова1, Д.С. Копылов12*

1Череповецкий государственный университет, 162600, Россия, Вологодская обл., г. Череповец, пр. Луначарского, д. 5.

2Палеонтологический институт им. А.А. Борисяка РАН, 117868, Россия, г. Москва,

ул. Профсоюзная, д. 123

*aeschna@yandex.ru

Поступила в редакцию: 07.04.2020 Принята к печати: 22.04.2020 Опубликована онлайн: 18.05.2020

DOI: 10.23859/estr-200407 УДК 543.51

ISSN 2619-094X Print ISSN 2619-0931 Online

Измерение изотопного состава водорода в кератиновых образцах (волосы, перья и т.д.) является одной из весьма востребованных, но достаточно сложных задач изотопной масс-спек-трометрии. Сложность выполнения таких анализов связана со стремительным загрязнением образцов водородом из атмосферной влаги. Одним из нерешенных вопросов этого направления исследований остается влияние различных методов измельчения проб на измеренные значения 62Н. Метод измельчения волос практически не влияет на динамику сорбции образцами атмосферной влаги. Однако, несмотря на одинаковое количество и изотопный состав сорбированной воды, измеренные значения 62Н у резаных и толченых волос могут существенно и непредсказуемо различаться. Уравновешивание волос с атмосферой даже на протяжении долгого времени не позволяет полностью стереть «изотопную историю» образца, что требует пересмотра стандартных процедур пробоподготовки.

Ключевые слова: IRMS, дейтерий, волосы, масс-спектрометрия, вода, сорбция.

Белова, М.А., Зудилова, А.А., Копылов, Д.С., 2020. Толочь или резать? О методах пробоподготовки кератиновых материалов для анализа стабильных изотопов водорода. Трансформация экосистем 3 (2), 111-120.

Введение

Анализ стабильных изотопов водорода (52H) в волосах и других кератинсодержащих тканях имеет широкий спектр применения. Значения ô2H кератина используются при исследовании миграции птиц и других животных (Chamberlain et al., 1996; Hobson and Wassenaar, 1996; Ramos et al., 2009), в антропологии (Ehleringer et al., 2008; Nardoto et al., 2006; Thompson et al., 2010), судебно-медицинских задачах (Dunn and Carter, 2018; Meier-Augenstein and Fraser, 2008).

Основным методом определения изотопного состава на сегодняшний день является масс-спек-трометрия (IRMS, Isotope Ratio Mass Spectrometry). Несмотря на высокую точность анализа и легкость в обращении с современными масс-спектрометрами, определение содержания стабильных изотопов водорода (52H) в кератиновых материалах является отдельной, достаточно сложной задачей. Основную техническую трудность такого анализа составляет влияние атмосферной воды на анализируемое вещество. Влага влияет на ке-

ратин двумя основными способами. Во-первых, волосы - очень гигроскопичный материал, поэтому они быстро сорбируют атмосферную влагу до 10-20% своей сухой массы. Во-вторых, водород кератина неконтролируемо обменивается с водородом молекул воды в окружающей среде (Bowen et al., 2005; Meier-Augenstein and Kemp, 2012; Wassenaar and Hobson, 2000).

Хотя большая часть водорода в сложных органических соединениях непосредственно связана с углеродом (СН-связь) и не участвует в обмене, атомы водорода, содержащиеся в функциональных группах, таких как -NH2, -COOH, -OH, -SH, легко обмениваются с водородом окружающей среды (Meier-Augenstein and Kemp, 2012). Доля такого лабильного водорода варьируется среди органических веществ от 0% для простых углеводородов, содержащих только СН-связи, до 20-40% от общего количества Н для более сложных субстратов, таких как коллаген, целлюлоза и кератин (Wassenaar and Hobson, 2000). Таким образом, водород в кератиновых образцах существует в трех неравных состояниях: водород сорбированной воды, обмениваемый и необме-ниваемый водород кератина. Для большинства практических задач важно установить значения б2Н необмениваемой части водорода, в то время как значения б2Н сорбированной воды и обмениваемой части представляют собой загрязняющий фактор, который необходимо всегда брать в расчет при измерениях изотопного состава водорода в кератиновых материалах.

Существуют два основных метода для получения значений б2Н необмениваемого водорода в кератиновых образцах: метод корректировки по двум точкам (Wassenaar and Hobson, 2003) и метод одновременного двухступенчатого уравновешивания (Bowen et al., 2005).

Метод корректировки по двум точкам состоит в том, что исследуемые образцы уравновешиваются с атмосферой лаборатории одновременно с двумя кератиновыми стандартами. В процессе уравновешивания происходит сорбция атмосферной влаги образцами и обмен атомами водорода между сорбированной водой и обмениваемой частью водорода в кератине. С технической точки зрения данный процесс осуществляется предельно просто: образцы выставляются в атмосферу лаборатории в открытой таре на несколько дней. Предполагается, что по завершении уравновешивания и исследуемые образцы, и изотопные стандарты будут иметь одинаковый изотопный состав обмениваемой части водорода, соответствующий изотопному составу атмосферной влаги. При этом и количество, и изотопный состав сорбированной воды также будут одинаковы. По зокончании уравновешивания проводится одновременное (в

течение одной измерительной сессии) измерение б2Н образцов и стандартов. Истинное значение б2Н образца (62Htrue) определяется на основе анализа линейной регрессии (Dunn and Carter, 2018; Wassenaar and Hobson, 2003):

где 62Htrue - истинное значение б2Н необмениваемой части водорода, 62Hraw - измеренное значение б2Н, RM1 и RM2 - изотопные стандарты.

Как мы видим из формулы, для применения этого метода нам не требуется знать ни изотопный состав атмосферной воды, ни влажность в лаборатории, которая могла бы повлиять на количество сорбированной влаги. Важно лишь то, что параметры сорбированной и обмениваемой частей водорода в образцах и стандартах должны быть одинаковы; это приводит к необходимости проводить измерения в достаточно сжатые сроки (в течение нескольких часов), в течение которых параметры атмосферы не успеют существенно измениться.

Метод одновременного двухступенчатого уравновешивания (Bowen et al., 2005) заключается в разделении исследуемого образца на две части, каждая из которых уравновешивается с водой известного изотопного состава в течение 4 суток. После уравновешивания образцы подвергаются ли-офилизации на протяжении 7 суток для удаления следов остаточной влаги. Чтобы избежать контакта уравновешенных образцов с атмосферной влагой, образцы после изъятия из сушки как можно скорее (в течение 30 минут) переносят в специальный изолированный от окружающей среды автосэмплер (zero-blank или аналогичные модели).

Метод одновременного двухступенчатого уравновешивания чрезвычайно сложен и требует специального оборудования для изоляции образцов от атмосферной влаги. Таким образом, для большинства исследователей метод корректировки по двум точкам (Wassenaar and Hobson, 2003) является единственно приемлемым.

Одной из нерешенных проблем б2Н-анализа волос остается влияние метода измельчения образцов на результаты измерений. Можно предположить, что способ измельчения образцов не должен влиять на их изотопный состав, однако измеренные значения б2Н резаных и толченых образцов могут значительно различаться (Bowen et al., 2005). В нашем эксперименте мы исследовали динамику сорбции/десорбции воды в измельченных разными способами волосах человека и шерсти домашних млекопитающих, для того чтобы определить, влияет ли метод измельчения на количество сорбированной воды.

Другим нерешенным вопросом является скорость уравновешивания образцов с атмосферой лаборатории. Время, необходимое для атмосферного уравновешивания, значительно варьирует у разных авторов, составляя от 1 (Wassenaar and Hobson, 2003) до 35 суток (Smith et al., 2009). Для проверки необходимого для уравновешивания времени мы искусственно насытили обмениваемую часть водорода волоса дейтерием, а далее пронаблюдали динамику его выведения.

Материалы и методы

В работе проводилось исследование волос людей и шерсти домашних млекопитающих. Были взяты образцы женских неокрашенных волос; возраст участниц эксперимента составлял: 7 лет («детские»), 70 лет («седые»), 20 лет («прямые»), 19 лет («кудрявые»). Шерсть домашних млекопитающих брали у козы домашней (5 лет, самка) и собаки породы аляскинский маламут (1 год, самец). Образцы были промаркированы по способу измельчения и типу волос (Табл. 1).

От каждого объекта было взято порядка одного грамма волос. Все образцы были промыты 3 раза по 40 минут в ультразвуковой ванне (Derui ultrasonic cleaner DR-MS07) в растворе хлороформ - метанол (2:1) для удаления липидов (O'Connell et al., 2001). Отмывка проводилась в пробирках Falcon емкостью 50 мл. После промывки пробы высушивались в вакуумном эксикаторе в течение 2 суток. Затем пробы были нарезаны на фрагменты длиной 5-10 мм и разделены на две части. Одна часть измельчалась в вибрационной шаровой мельнице Retsch MM 200 (в Лаборатории почвенной зоологии и общей энтомологии ИПЭЭ им. А.Н. Северцо-ва РАН), другая оставалась нарезанной.

Для определения динамики сорбции/десорбции волосы были поделены на две партии: № 1 (А1, В1, А2, В2, А3, В3) и № 2 (А4, В4, А5, В5, А6, В6). Партия № 1 помещалась в вакуумный эксикатор, партия № 2 - в эксикатор с водой на двое суток. После этого в течение двух суток проводились измерения массы резаных и толченых образцов, подвергшихся воздействию атмосферы после вакуумной сушки или насыщения парами. Измерения массы волос проводили в лабораторных условиях при температуре 22 ± 1° С и относительной влажности 30 ± 5% на весах Mettler Toledo WXTS3DU (точность 1 мкг). Первые 30 минут после вскрытия эксикатора образцы взвешивали с

Табл. 1. Маркировка исследуемых образцов.

минимальным интервалом (2-3 мин), далее, по мере выхода измеряемых значений масс на плато, интервал увеличивался. Опыт был повторен 4 раза, при этом партии образцов, подвергающиеся сушке и увлажнению, каждый раз менялись. Таким образом, для каждой партии динамика сорбции и десорбции была измерена по два раза.

Вторая часть исследования заключалась в определении разбросов измеренных значений ö2H для резаных и толченых волос и необходимого времени атмосферного уравновешивания образцов перед анализом. Для этой работы по итогам первой части эксперимента были выделены два образца: А4 и В4, с самыми большими разбросами сорбции/десорбции воды между резаной и толченой формами, и А2 и В2, с самыми маленькими разбросами. Затем каждый образец (резаный/толченый) был поделен на две равные части. Резаные образцы были дополнительно измельчены до длины 2-3 мм. Для определения динамики уравновешивания образцов с атмосферой лаборатории одна половина образцов была уравновешена с дистиллированной водопроводной водой, другая - с тяжелой водой в течение 4 суток. ö2H тяжелой воды составлял +440%о. По причине отсутствия жидкостного сэмплера мы не имели возможности измерить ö2H водопроводной воды, однако, исходя из данных GNIP IAEA по г. Вологда (IAEA, 2020), можно ориентировочно оценить его в -110%.

На следующем этапе работы образцы высушили в вакууме в течение 4 суток и поместили в открытые пробирки для уравновешивания с лабораторной атмосферой при температуре 22 ± 1° С и относительной влажности 30 ± 5%. Измерения изотопного состава проводились через 4, 18 и 32 суток после начала уравновешивания с атмосферой.

Определение изотопного состава проводилось в лаборатории IRMS Череповецкого государственного университета. Образцы запрессовывались в стандартные серебряные стаканчики по 185 ± 20 мкг, взвешивание проводилось на весах Mettler Toledo WXTS3DU. Образцы подвергались пиролизу при 1450° C в графитовом пиролитиче-ском реакторе элементного анализатора EA Isolink Flash IRMS в потоке чистого гелия. Полученный при пиролизе водород в потоке гелия подавался на изотопный масс-спектрометр (IRMS) Thermo Fisher Delta V Advantage через газовый интерфейс ConFlo IV. Измерение проводилось в режиме непрерывного потока. В качестве изотопного

Детские Седые Прямые Кудрявые Коза Собака

Резаные А1 А2 А3 А4 А5 А6

Толченые В1 В2 В3 В4 В5 В6

стандарта использовался лабораторный стандарт волос, предварительно откалиброванный по стандартам USGS 42 (б2И = -72,9%0), USGS 43 (б2И = -44,4%). Изотопный состав его необме-ниваемой части водорода (62Htrue(RM)) составляет -89.2%. Стандарты измерялись в начале и в конце сеанса, далее для выявления истинных значений б2И образцов между ними вычислялась линейная регрессия. Всего в каждом сеансе измерялось 32 навески: по 4 навески с изотопным стандартом в начале и конце сессии и по 3 повторности навесок каждого исследуемого образца. Значения 62Htrue вычислялись по формуле для калибровки по одному стандарту (Dunn and Carter, 2018):

s2ti

u 11 true(sample)

_ (g2 Hraw(sample) + l)x (S2 Htrue(RM)+1) s2Hraw(RM) + 1

1.

Результаты измерений приводятся в единицах дельта (б) в шкале VSMOW:

где Р = [2Н]/[1Н].

Результаты

Согласно графикам динамики сорбции/десорбции образцов (Рис. 1, 2) в первые 40 минут после вскрытия эксикатора волосы активно поглощают/ отдают влагу. Затем темпы сорбции/десорбции

снижаются, и через 1-2 часа значения выходят на плато. При этом как динамика, так и равновесная масса резаных и толченых волос практически не имеют различий. Резаные волосы, как правило, сорбировали несколько больше воды, чем толченые, однако различия эти были невелики и составляли не более 0.7% (в среднем - 0.2%) от сухой массы волос (Табл. 2).

Для дальнейшей работы были выбраны образцы 2 и 4, показавшие соответственно наименьший и наибольший разброс значений. Половина указанных образцов была уравновешена с обычной (легкой) водой (A2L, B2L, A4L, B4L), половина - с тяжелой (А2Н, В2Н, А4Н, В4Н) (Табл. 3, Рис. 3).

По результатам IRMS анализа для пробы 2, уравновешенной с обычной водой (A2L, B2L), характерно различие в значениях б2Н между толчеными и резаными волосами порядка 13-15% в течение всего эксперимента. Образец 4 (A4L, B4L), напротив, показал практически полное отсутствие различий между резаными и толчеными волосами (различия в 1-4%). Следует отметить, что в опытах по сорбции/десорбции воды образец 2, наоборот, показывал наименьший разброс, в то время как образец 4 - наибольший. Различия между измерениями одних и тех же проб, выполненных в разные дни, не превышали 3%, что соответствует заявленной производителем точности масс-спектрометра.

Уравновешивание с тяжелой водой привело к различным результатам для образцов 2 и 4

Табл. 2. Разница в сорбции и десорбции воды между толчеными и резаными образцами. Meq - масса навески после выхода на плато, Md - сухая масса навески, А - резаные волосы, В - толченые волосы. Прочерками (-) отмечены прогоны эксперимента, в которых данные были потеряны по техническим причинам.

Отношение Meq/Md

A1 B1 B1-A1 A2 B2 B2-A2 A3 B3 B3-A3

run 1 1.060 1.057 -0.003 1.057 1.056 -0.001 1.058 1.056 -0.002

run 3 Сорбция 1.067 1.065 -0.002 1.064 1.063 0.000 1.066 1.065 -0.001

run 2 - 1.040 - - 1.039 - 1.042 1.039 -0.003

run 4 Десорбция 1.022 1.020 -0.002 1.020 1.020 0.000 1.021 1.020 -0.001

B-A mean -0.002 -0.001 -0.002

A4 B4 B4-A4 A5 B5 B5-A5 A6 B6 B6-A6

run 1 1.056 1.048 -0.007 - 1.046 - 1.052 1.046 -0.006

run 3 Десорбция 1.056 1.050 -0.007 1.056 1.053 -0.003 1.055 1.055 0.000

run 2 1.054 1.055 0.001 - 1.047 - 1.051 1.045 -0.006

run 4 Сорбция 1.034 1.029 -0.005 1.033 1.032 -0.001 1.033 1.034 0.001

B-A mean -0.004 -0.002 -0.003

В X X

д д д

X

0 А.

♦°х

—2- ♦ О

А *

«К О

в ♦ о * о

Д А а

-X

Д А 83 Д

Время (1), мин

д * а

А

В

О А1

ТЗ

♦ В1 2

ЛА2 ^ АВ2 ^ ►5 АЗ ХВЗ

□ • *

еР ° • п в О а

° а Ь § □

Время (1), мин

• + • +

%—•

Ь ¡с

§ е

и

СП

ф

ь

о

□ А4 СП

□ В4 Я

ЕЗА5

+ В5 >

ОА6

• Вб

р

ю

о

ю

с о ^

аз

I

о

■8-

о

73

§

оз

£

С

Л

Ц>

а;

о

о

□ А4 с

о

□ В4

ПА5 сь

+ В5 §

ОА6 «

• В6 ю

_ь.

I

О ю о

Время (I), мин

Время (*), мин

Рис. 1. Динамика десорбции воды в атмосферу увлажненными образцами волос. МЩ/Мс) - отношение массы образца в момент измерения к его сухой массе; А, В - образцы 1, 2, 3, первый (А) и второй (В) повтор эксперимента; С, Р - образцы 4, 5, 6, первый (С) и второй (Р) повтор эксперимента. Условные обозначения как в Табл. 1.

СП

X

А х &

-X—&-

Время (I), мин

Я АЗ ХВЗ

п о □

■ § □ + •

□ □ р 9 • + • а и

□ □ 2 • и и

■ ° □

С/ □

■ * и а

1

1

А4 □ В4 ПА5 + В5

0 50 100 Время (1), мин 150 200 250

□

□ □ О в 0 + □

□ □ 0 % □ + □ + □ А4

□■в □ «£в п + ПА5 + 85 ОА6

□И® □ар • В6

й О

СП

ф

ь

о

СП

03

р

ю о ю

0 ^

аз

1 о ■8-о

73 §

оз

£ §

§ О

с о

Сл>

ю

ю о

Время (1), мин

100 150

Время (г), мин

Рис. 2. Динамика сорбции воды из атмосферы высушенными образцами волос. МЩ/Мс) - отношение массы образца в момент измерения к его сухой массе; А, В - образцы 1, 2, 3, первый (А) и второй (В) повтор эксперимента; С, Р - образцы 4, 5, 6, первый (С) и второй (Р) повтор эксперимента. У словные обозначения как в Табл. 1.

Табл. 3. Изотопный состав (52H, %% VSMOW) исследованных образцов на 4-е, 18-е и 32-е сутки уравновешивания с атмосферой. Mean - среднее по трем последовательным измерениям, SD - стандартное отклонение по трем последовательным измерениям.

Образец 4-ые сутки Mean SD 18-ые сутки Mean SD 32-ые сутки Mean SD

A2L -93.7 0.8 -96.1 0.4 -94.8 1.6

2 B2L -107.2 1.2 -111.0 1.1 -108.2 0.9

A2H -80.9 0.9 -86.9 1.2 -87.8 0.7

B2H -86.5 0.1 -93.9 1.8 -95.2 0.4

A4L -93.6 1.3 -94.8 1.6 -96.1 1.7

4 B4L -92.5 1.0 -93.2 0.9 -93.0 1.0

A4H -79.8 0.9 -86.0 1.6 -87.3 1.6

B4H -69.9 1.1 -78.1 0.3 -81.1 1.6

(Рис. 3). Для пробы 2 полученные значения б2И (А2Н, В2Н) были ожидаемо выше, чем соответствующие значения для A2L и B2L. При этом толченые волосы, так же, как в опыте с обычной водой, показывали более низкие значения б2Н. В случае с образцом 4 уравновешивание с тяжелой водой дало весьма неожиданный результат. Если в «нормальных» условиях этот образец не обнаруживал различий между резаным и толченым состоянием, то при уравновешивании с тяжелой водой толченые волосы показали существенно более высокие значения б2Н, чем резаные.

При проведении дальнейшего уравновешивания с атмосферой (измерения через 18 и 32 суток после начала уравновешивания) значения б2И для «тяжелых» образцов закономерно убывали. Однако даже на 32 сутки уравновешивания эти значения были на 7-12% выше, чем для соответствующих «легких» образцов. При этом значения, полученные на 32 день, были всего на 1-3% ниже, чем на 18 день, т. е. можно сказать, что уже к 18 дню уравновешивание этих образцов с атмосферой практически завершилось, далеко не достигнув ожидаемых значений.

Обсуждение

Результаты эксперимента показали, что количество сорбированной воды, как и динамика сорбции/десорбции, не зависит от метода измельчения. В первые 40 минут присутствия в атмосфере лаборатории толченые и резаные образцы волос одинаково активно поглощают/отдают влагу. Стремительная сорбция в первые минуты говорит о том, что точное измерение методом одновременного двухступенчатого уравновешивания (Bowen et а1., 2005) без применения каких-либо специальных осушающих устройств не представляется возможным (даже при 30% влажности в лаборатории). Более того, даже запрессовка образцов в серебряные стаканчики для анализа не

изолирует их от контакта с атмосферной влагой (личные наблюдения).

Запуская эту серию опытов, мы ожидали увидеть либо отсутствие колебаний изотопного состава в связи с методом измельчения, либо закономерное влияние вариаций в количестве сорбированной воды на результаты измерений. Однако полученные данные противоречат нашей первоначальной гипотезе. Мы показали, что доля сорбированной воды в резаных и толченых образцах примерно одинаковая, однако результаты измерений б2И по этим образцам различаются, причем совершенно непредсказуемым образом. С чем это может быть связано? Очевидно, что необме-ниваемая часть водорода в кератине не может давать такой эффект. Сорбированная часть водорода у образцов практически одинакова. Таким образом, как ни парадоксально, вероятнее всего, причины вариаций кроются в динамике обмена между окружающей водой и обмениваемой частью водорода. Очевидно, эта динамика должна определяться прежде всего химическим строением кератина, а не его механическим состоянием; при этом химический состав образца мы вряд ли могли бы существенно нарушить простым измельчением. Тем не менее, водородный обмен является сложным физико-химическим процессом, и, надо полагать, не все его аспекты нам на данный момент понятны.

Как мы видим, к сравнительному анализу резаных и толченых образцов волос следует подходить с осторожностью. Общедоступные изотопные стандарты кератиновых материалов (такие как USGS 42, USGS 43, CBS, KHS) представляют собой порошки, а это значит, что в идеале следует брать исследуемые образцы в том же состоянии. Однако мы не всегда имеем возможность размалывать образцы, особенно когда количество материала слишком мало. Возможным решением является изготовление дополнительных лабораторных стандартов резаных волос.

Рис. 3. Изотопный состав (62Н, %о VSMOW) образцов 2 и 4 на 4-е, 18-е и 32-е сутки уравновешивания с атмосферой. Расшифровку обозначений образцов см. в тексте.

В исследованиях Г. Боуэна с соавторами (Bow-en et al., 2005) обмен водорода между кератином волос и атмосферной влагой был относительно быстрым и достигал равновесия в течение 3-4 дней независимо от относительной влажности, при которой образцы были уравновешены. Ранее в статье Л. Вассенаара и К. Хобсон (Wassenaar and Hobson, 2003) отмечалось, что водородный обмен между влагой воздуха лаборатории и обмениваемым водородом в кератине достигает равновесия в течение 24-48 часов при комнатной температуре, а при более высокой температуре -за меньшее время. Мы обнаружили, что образцы, предварительно уравновешенные с тяжелой водой, сохраняют значительно более высокие значения б2Н даже после 4 недель уравновешивания с атмосферной влагой. Это означает, что даже за достаточно большой промежуток времени обычное атмосферное уравновешивание не стирает «изотопную историю» волос (следы изотопного состава воды, с которой волосы контактировали до начала уравновешивания). Стоить отметить, что опыт специально проводился в критических условиях (уравновешивали с водой не естественного изотопного состава), т. е. для практических работ, вероятно, это будет не столь существенно.

Выводы

Поскольку полностью высушенные волосы стремительно сорбируют атмосферную влагу, метод одновременного двухступенчатого уравновешивания (Bowen et al., 2005) на практике не применим без поддержания в комнате нулевой влажности или иных мер по изоляции образцов от атмосферы. Таким образом, метод корректировки по двум точкам (Wassenaar and Hobson, 2003) остается единственным практически применимым для большинства исследователей. Однако протокол подготовки образца должен быть пересмотрен. Измельчение волос должно проводиться тем же методом, что и измельчение изотопного стандарта. Уравновешивание с атмосферой следует проводить достаточно длительное время, или же необходимо усовершенствовать методику сброса «изотопной истории» проб волос; например, в стандартную процедуру пробоподготовки добавить уравновешивание с водопроводной водой.

Благодарности

Мы выражаем благодарность А.В. Тиунову и О.Л. Розановой (ИПЭЭ РАН, Москва) за помощь в пробоподготовке образцов.

Список литературы

Bowen, G.J., Wassenaar, L.I., Hobson, K.A., 2005. Global application of stable hydrogen and oxygen isotopes to wildlife forensics. Oecologia 143 (3), 337-348. https://doi.org/10.1007/s00442-004-1813-y

Chamberlain, C.P., Blum, J.D., Holmes, R.T., Feng, X., Sherry, T.W., Graves, G.R., 1996. The use of isotope tracers for identifying populations of migratory birds. Oecologia 109 (1), 132-141. https://doi.org/10.1007/s004420050067

Dunn, P.J.H., Carter, J., 2018. Good practice guide for isotope ratio mass spectrometry. 2-nd edition. FIRMS, 95 p.

Ehleringer, J.R., Bowen, G.J., Chesson, L.A., West, A.G., Podlesak, D.W., Cerling, T.E., 2008. Hydrogen and oxygen isotope ratios in human hair are related to geography. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America 105 (8), 2788-2793. https://doi. org/10.1073/pnas.0712228105

Hobson, K.A., Wassenaar, L.I., 1996. Linking breeding and wintering grounds of neotropical migrant songbirds using stable hydrogen isotopic analysis of feathers. Oecologia 109 (1), 142-148. https:// doi.org/10.1007/s004420050068

IAEA, 2020. WISER: Water Isotope System for data ana lysis visualization and Electronic Retrieval. Web page. URL: https://nucleus.iaea.org/wiser/index.aspx (accessed 05.04.2020).

Meier-Augenstein, W., Fraser, I., 2008. Forensic isotope analysis leads to identification of a mutilated murder victim. Science & Justice 48 (3), 153-159. https://doi.org/10.1016/j.scijus.2007.10.010

Meier-Augenstein, W., Kemp, H.F., 2012. Stable Isotope Analysis: Hair and Nails. In: Jamieson, A. and Moenssens, A. (eds.), Wiley Encyclopedia of Forensic Science. John Wiley & Sons, Ltd, Chichester, UK, fsa1043. https://doi. org/10.1002/9780470061589.fsa1043

Nardoto, G.B., Silva, S., Kendall, C., Ehleringer, J.R., Chesson, L.A., et al., 2006. Geographical patterns of human diet derived from stable-isotope analysis of fingernails. American Journal of Physical Anthropology 131 (1), 137-146. https://doi. org/10.1002/ajpa.20409

O'Connell, T.C., Hedges, R.E.M., Healey, M.A., Simpson, A.H.R.W., 2001. Isotopic Comparison of Hair, Nail and Bone: Modern Analyses. Journal of Archaeological Science 28 (11), 1247-1255. https://doi.org/10.1006/jasc.2001.0698

Ramos, R., Gonzalez-Solis, J., Ruiz, X., 2009. Linking isotopic and migratory patterns in a pelagic seabird. Oecologia 160 (1), 97-105. https://doi. org/10.1007/s00442-008-1273-x

Smith, A.D., Lott, C.A., Smith, J.P., Donohue, K.C., Wittenberg, S., et al., 2009. Deuterium Measurements of Raptor Feathers: Does a Lack of Reproducibility Compromise Geographic Assignment? The Auk 126 (1), 41-46. https://doi.org/10.1525/ auk.2009.08009

Thompson, A.H., Chesson, L.A., Podlesak, D.W., Bowen, G.J., Cerling, T.E., Ehleringer, J.R., 2010. Stable isotope analysis of modern human hair collected from Asia (China, India, Mongolia, and Pakistan). American Journal of Physical Anthropology 141 (3), 440-451. https://doi.org/10.1002/ ajpa.21162

Wassenaar, L.I., Hobson, K.A., 2000. Improved Method for Determining the Stable-Hydrogen Iso-topic Composition (5D) of Complex Organic Materials of Environmental Interest. Environmental Science & Technology 34 (11), 2354-2360. https:// doi.org/10.1021/es990804i

Wassenaar, L.I., Hobson, K.A., 2003. Comparative equilibration and online technique for determination of non-exchangeable hydrogen of keratins for use in animal migration studies. Isotopes in Environmental and Health Studies 39 (3), 211-217. https://doi.org/10.1080/1025601031000096781

To shred roughly or to grind? On the methods of sample preparation of the keratinous material for stable hydrogen isotope analysis

Maria A. Belova1, Alyona A. Zudilova1, Dmitry S. Kopylov12*

1Cherepovets State University, pr. Lunacharskogo 5, Cherepovets, Vologda Region, 162600 Russia 2A.A. Borissiak Paleontological Institute, Russian Academy of Sciences, Profsoyuznaya str. 123, Moscow, 117868 Russia

*aeschna@yandex.ru

Hydrogen stable isotope measurement in keratin samples (hair, feathers, etc.) is one of the very popular, but rather complex tasks of isotope ratio mass spectrometry. The complexity of such analyzes is associated with the rapid contamination of samples with hydrogen from atmospheric moisture. The effects of various methods of sample preparation on the measured values of 52H is still an emerging issue in this field of study. The method of hair shredding practically does not affect the dynamics of the atmospheric moisture sorption by the samples. However, despite the same amount and isotopic composition of sorbed water, the measured 52H values for roughly shredded and grinded hair can vary significantly and unpredictably. Equilibration the hair water content with the atmospheric moisture, even for a long time, does not completely erase the "isotope history" of the sample, which requires a review of standard sample preparation procedures.

Keywords: IRMS, deuterium, hair, mass-spectrometry, water, sorption.