Какие приборы используются для построения минералограммы?

Пациентам нашей медицинской лаборатории Мед центра в Москве предоставляется уникальная возможность исследования содержания элементов на масс-спектрометре с индуктивно-связанной плазмой (ICP-MS)  серии Elan фирмы Perkin-Elmer (США), который является лучшим (и весьма дорогостоящим) прибором для проведения подобных анализов. Преимущества масс-спектрометра перед атомно-абсорбционным и плазменно-эмиссионным спектрометрами: исключительно высокая степень обнаружения, высокая точность измерений и возможность определения отдельных изотопов каждого элемента.

Данные, полученные в нашем Мед центре с помощью масс-спектрометра, дополняются результатами исследований биосубстратов, проводимыми на атомно-эмиссионном спектрометре со индуктивно-связанной плазмой (ICP-AES) серии Optima той же фирмы. Комплексное использование двух указанных приборов для проведения анализов позволяет существенно повысить достоверность получаемых результатов (аттестат аккредитации Госстандарта России N RU.0001.510091).

Немного об известных и применяемых методах анализа в медицинской лаборатории «Микроэлемент»

Для определения содержания тех или иных микроэлементов в биосубстратах (волосы, ногти, кровь, моча) может быть использовано много различных методов (в настоящее время их насчитывается несколько десятков). Однако на практике применяются методы анализа следующих категорий:

• АС - атомно-спектральные методы (атомной абсорбции, атомной эмиссии и атомной флуоресценции),
• МС - масс-спектральные методы анализа,
• НА – нейтронно-активационные методы анализа.

Под атомно-спектральным анализом понимают совокупность приемов, с помощью которых в результате измерения спектров исследуемого образца количественно определяют содержание в нем интересующих элементов. Обычно наблюдают спектральные линии, лежащие в видимой и ультрафиолетовой областях спектра. При использовании других областей это всегда отмечают в названии соответствующего метода: рентгеноспектральный анализ, инфракрасная спектроскопия и т.д.

В атомной абсорбции, где нейтральные атомы определяемого элемента в газовой фазе в ячейке атомизации возбуждаются внешним источником света, измеряется доля излучения светового источника, поглощаемая атомами в процессе возбуждения.

В атомной флуоресценции, где нейтральные атомы анализируемого элемента в газовой фазе возбуждаются в ячейке атомизации внешним источником света, как и в атомной абсорбции, измеряется доля энергии, испускаемая возбужденными атомами, претерпевающими переход в основное состояние путем излучения, как в атомной эмиссии.

В атомной эмиссии ячейка атомизации служит для превращения различных составляющих образца в нейтральные атомы в газовой фазе и для перевода этих атомов в возбужденное состояние путем столкновений. В атомной абсорбции и атомной флуоресценции ячейка атомизации служит только для превращения различных компонентов образца в нейтральные атомы газовой фазы.

Масс-спектрометрия (иногда также называемая масс-спектроскопией или масс-спектральным анализом) представляет собой метод анализа вещества путем определения масс атомов и молекул, входящих в состав этого вещества, и их количеств. Совокупность значений масс атомов и молекул и их относительных содержаний называется масс-спектром.

Нейтронно-активационный анализ (НАА) - наиболее чувствительный метод химического анализа многих элементов периодической таблицы. Он основан на анализе радиоактивных изотопов, которые образуются в образце под воздействием облучения тепловыми нейтронами. Только легкие элементы (такие, как бор, кислород, азот и углерод) не образуют изотопов, пригодных для исследования НАА.

Наибольшей точностью обладают атомно-эмиссионные спектрометры (АЭС) и масс-спектрометры (МС), которые и используются в нашей медицинской лаборатории Мед центра «Микроэлемент» для исследования биосубстратов наших пациентов.

Методы и приборы для исследования
элементного состава биосубстратов
(составления минералограмм)

Размер и название минералограммы	Метод анализа
	ICP-AES	ICP-MS	LS-EA
12 (минимальная)	IRIS Advantage, Optima-4300 DV
28A (средняя: набор A)	IRIS Advantage, Optima-4300 DV
28B (средняя: набор B)	IRIS Advantage, Optima-4300 DV
29A (средняя расширенная: набор A + I)	IRIS Advantage, Optima-4300 DV		ЛИЭС
29B (средняя расширенная: набор B + I)	IRIS Advantage, Optima-4300 DV		ЛИЭС
32A (средняя exclusive A)	IRIS Advantage, Optima-4300 DV		ЛИЭС
32B (средняя exclusive B)	IRIS Advantage, Optima-4300 DV		ЛИЭС
52 (большая exclusive)	Optima-4300 DV	Elan-6101	ЛИЭС
70 (полная exclusive)	Optima-4300 DV	Elan-6102	ЛИЭС

Обозначения:

• ICP-AES - атомно-эмиссионный с индуктивно-связанной плазмой
• ICP-MS - масс-спектральный с индуктивно-связанной плазмой
• LS-EA лазерно-искровой экспресс-анализ
• Elan-6100 - масс-спектральный анализатор с индуктивно-связанной плазмой Elan-6100 ("Perkin Elmer",США)
• IRIS Advantage - атомно-эмиссионный спектрометр с индуктивно-связанной плазмой IRIS Advantage (“Thermo Jarrell Ash”,США)
• Optima-4300 DV - атомно-эмиссионный с индуктивно-связанной плазмой спектрометр Optima-4300 DV (“Perkin-Elmer”,США)
• ЛИЭС - лазерно-искровой экспресс-анализатор ЛИЭС (НПО «Тайфун», РФ)

В последние годы для определения элементного состава объектов природной среды стал успешно применяться лазерно-искровой метод экспресс-анализа. В таком экспресс-анализаторе ЛИЭС, благодаря воздействию сфокусированного лазерного излучения на исследуемую поверхность, возникает лазерная искра оптического пробоя. Образующаяся плазма содержит пары вещества данного образца. Анализ свечения лазерной искры с помощью полихроматора, многоэлементного фотодетектора и блока согласования с IBM PC, позволяет выделить спектральные линии паров элементов, содержащихся в образце. Это позволяет успешно и точно определять содержание в биосубстратах (волосах и ногтях) таких важных элементов, как йод и германий.  

Золотой стандарт определения элементного состава волос или ногтей

Подготовка проб к анализу (пробоподготовка)

Для разложения образцов ногтей и волос используют систему автоклавного вскрытия МКП-05 НПВФ («АНКОН-АТ-2», Россия). Навески анализируемых образцов составляют 60 -100 мг. Образцы помещают в тефлоновые реакционные емкости автоклавов и добавляют 1 мл концентрированной азотной кислоты (HNO3) и 0.5 мл перекиси водорода (Н2О2). Реакционные емкости закрывают крышками и герметизируют в титановых кожухах аналитических автоклавов. Автоклавы помещают в электронагреватель и выдерживают 1 час при 160°С, 2 часа при 180°С и 1 час при 200°С. После охлаждения автоклавы открывают, полученные растворы переносят в полиэтиленовые бюксы, разбавляют деионизованной водой до 6 мл. В качестве контрольных образцов в тефлоновых реакционных емкостях проводят описанные выше процедуры без образца. Конечные растворы используют как контрольные.



Некоторые особенности анализа разными методами

Атомно-эмиссионный анализ (ICP-AES)

Содержание Li, В, Na, Mg, Al, Si, P, S, K, Ca, Ti, V, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Zn, Sr, Ba в пробах определяют методом атомно-эмиссионной спектрометрии с индуктивно связанной плазмой.
Обычно используют следующие линии:

 

Элемент	An. линия.	Элемент	Ан. линия.	Элемент	Ан. линия.	Элемент	Ан. линия,
	hm		hm		hm		hm
Li	670.784	Si	251.612	V	292.402	Cu	324.754
В	249.678	P	213.618	Cr	267.716	Zn	213.856
Na	588.995	S	182.04	Mn	257.61	Sr	421.552
Mg Al	279.553 308.215	К Ca	766.491 393.366	Fe Co	259.94 228.616	Ba	493.409
Al	237.312	Ti	334.941	Ni	231.604

Время интегрирования при измерениях составляет порядка 5 сек. Определение содержания элементов в водных растворах проводят количественным методом с использованием эталонных растворов содержащих 0.5 и 10 мг/л исследуемых элементов. Содержание элементов в пробах рассчитывают с использованием программного обеспечения спектрометра. Предел обнаружения (ПО) рассчитывают как:

nO = Ci + 3*s

где: Ci - среднее значение содержания элемента i при измерениях контрольных образцов;
s - стандартное отклонение для элемента i при измерениях контрольных образцов.
Относительное стандартное отклонение для всех элементов не превышает 0.2 при измерении содержания этих элементов до 5*ПО и не превышает 0.1 при измерении содержания >5*ПО.


Масс-спектральный анализ (ICP-MS)

Содержание Li, Be, В, Al, P, Sc, Ti, V, Cr, Mn, Co, Ni, Cu, Zn, Ga, As, Se, Br, Rb, Sr, Y, Zr, Mo, Nb, Rh, Ag, Cd, In, Sn, Sb, Те, Cs, Ba, La, Ce, Pr, Nd, Sm, Eu, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Yb, Lu, Hf, Та, W, Re, Ir, Pt, Au, Hg, Tl, Pb, Bi, Th и U в образцах определяют методом масс-спектрометрии с индуктивно связанной плазмой. 
Определение элементов в образцах проводят количественным методом с использованием эталонных растворов содержащих от 1 до 500 мкг/л определяемых элементов. Для увеличения точности определения элементов используют внутренний стандарт - барий и стронций. Содержание этих элементов в пробах предварительно было определяют атомно-эмиссиониым методом.
Обработку масс-спектров и расчеты содержания элементов в пробах проводят с использованием программного обеспечения масс-спектрометра. Содержание Li, В, Ti, Cr, Ni, Си, Zn, Ge, Se, Br, Sr, Zr, Mo, Ag, Cd, Sn, Sb, Те, Ba, Nd, Sm, Eu, Gd, Dy, Er, Yb, Hf, W, Re, Os, Ir, Pt, Hg, Tl и Pb в образце рассчитывают как среднее значение, измеренное по их изотопам. Предел обнаружения (ПО) рассчитывают как:

ПO = Ci + 3*s

где: Сi - среднее значение содержания изотопа i при измерениях контрольных образцов;
s - стандартное отклонение для изотопа i при измерениях контрольных образцов.
Для элементов с несколькими изотопами, в дальнейших расчетах используют величину ПО для наиболее распространенного изотопа.
Относительное стандартное отклонение для всех элементов не превышает 0.3 при измерении содержания этих элементов до 5*ПО и не превышало 0.15 при измерении содержания >5*ПО.