Масс-спектрометр с индуктивно связанной плазмой

Немного истории

Масс-спектрометрия с индуктивно связанной плазмой (ИСП-МС) не такая уж и новая технология. Ей уже почти 25 лет. Первые статьи о данном методе появились в начале 1980-х, а PerkinElmer SCIEX выпустил на рынок первый коммерчески доступный масс-спектрометр с индуктивно связанной плазмой в 1983 г. С тех пор метод конечно же претерпел много улучшений и усовершенствований. Сегодня ИСП-МС — это широко распространенная аналитическая техника, которая ежедневно используется во многих лабораториях по всему миру.

ИСП-МС дает ряд преимуществ, особенно тем лабораториям, которые занимаются анализом рассеянных элементов:

Масс-спектрометрия с индуктивно связанной плазмой

На сегодняшний день не существует более чувствительного и экспрессного метода элементного и изотопного анализа, чем ICP-MS (масс-спектрометрия с индуктивно связанной плазмой).

ICP-MS - это уникальное сочетание недоступных ранее аналитических возможностей, что позволяет использовать его при решении самых разнообразных научных, научно-практических и прикладных задач. Высокая производительность позволяет выполнять огромный объем аналитических работ без потери точности. Практически вся таблица Менделеева может быть проанализирована на этом приборе за один раз.

К основным достоинствам масс-спектрометрии с индуктивно связанной плазмой относятся:

• Одни из самых низких пределов обнаружения элементов (0,1 - 0,001 мкг/л в анализируемом растворе).
• Простота пробоподготoвки и обслуживания.
• Высокая скорость анализа: время измерения на все элементы ~ 3 минуты.
• Большой динамический диапазон измеряемых концентраций (7-8 порядков).
• Небольшое количество анализируемого раствора: 3 - 5 мл.

 ICP-MS - молодой и быстроразвивающийся метод. Новые разработки и усовершенствования в приборостроении постоянно улучшают его характеристики и позволяют полностью решить трудности, возникавшие ранее при определении низких содержаний так называемых "проблемных" элементов - К, Fe, Se, V. Современные квадрупольные масс-спектрометры способны анализировать (в некоторых случаях - без предварительной пробоподготовки) водные растворы (морская вода, водопроводная вода и сточные воды), органические вещества (растворители, нефть и т.п.), клинические образцы (кровь, плазма, моча и т.п.) и образцы с неизвестной матрицей с высокой надежностью и точностью.

В 2007 году в нашем институте установлен масс-спектрометр ELAN DRC II фирмы Perkin Elmer. За время работы проанализированы тысячи образцов, включающие природные воды, образцы почв, биологические объекты. Выполнены исследования распределения изотопов урана в водных экосистемах, характера химического загрязнения окружающей среды вокруг Гомельского химзавода и Мозырского НПЗ, содержания природных тяжелых радионуклидов в воде из различных источников, микроэлементарного статуса организма и многое другое.
Оборудование позволяет быстро выполнять элементный анализ пищевых продуктов (спиртные напитки, кофе, чай, сахар и пр.) и промышленных товаров, что позволяет оптимизировать технологические схемы производства пищевой продукции и предложить потребителю более полезные продукты питания.

Возможно выполнение совместных научно-исследовательских и научно-прикладных работ в различных областях, требующих элементного или изотопного анализа геологических, биологических, технологических или иных образцов.

Пишите: nikitinale@gmail.com

Химические элементы в теле человека

В основе функционирования нашего организма лежат свойства химических элементов и соединений из которых они состоят. Элементы в теле человека могут находится в свободном состоянии - в виде простых веществ и ионов, но чаще всего они входят в состав сложных биологических молекул. Химические элементы входят формируют строительный материал, из которого состоит тело человека, они участвуют в катализе биохимических реакций, регуляции обмена веществ, адаптации к стрессовым воздействиям и во многих других функциях организма.

Четыре элемента (кислород, углерод, водород и азот) составляют 96% массы тела человека. Эти элементы называются органогенными - жизнеобразующими. Еще 6% массы тела слагают макроэлементы. На микроэлементы приходится около 0,05%. Но такое низкое содержание микроэлементов не может свидетельствовать об их незначительном значении для жизненных функций организма. Недостаток, как и избыток, каждого из микроэлементов может привести к серьезным последствиям, снизить устойчивость организма к внешним воздействиям и привести к тяжелым заболеваниям.

Роль микроэлементов в функционировании организмов и обеспечении здоровья человека изучалась  такими отечественными учеными, как В.И. Вернадским, А.П. Виноградовым, В.В. Ковальским, Г.А. Бабенко, А.В. Скальным и др. Но еще в древности люди интуитивно понимали большое значение минеральных веществ в поддержании здоровья. Лечение с помощью минералов существовало в древнем Китае, Индии, Месопотамии.

Современная медицина ушла далеко вперед. Сегодня вместо растертых минералов применяют соединения микроэлементов с лигандами, для улучшения их усвоения. Установлены физиологически нормальные диапазоны содержания микроэлементов в органах и тканях. Разработаны тесты на обеспеченность организма микроэлементами, установлены функции микроэлементов и раскрыты пути возникновения патологий при их избытке или недостатке.

Микроэлементы поступают в организм с пищей, с вдыхаемым воздухом или водой. Внутри нас существуют тонкие механизмы, регулирующие распределение микроэлементов внутри органов и тканей, превращение их из одних форм в другие и скорость выведения из организма. Нарушения этих механизмов, а также ненормальное поступление микроэлементов в организм вызывает дисбаланс обмена микроэлементов и приводит к развитию всевозможных микроэлементозов.

Необходимо сразу отметить, что любой элемент нельзя назвать вредным или полезным. Все зависит от уровня его поступления в организм - от дозы. Такие элементы, как мышьяк, ртуть, сурьма, кадмий, многими из нас считаются безусловно ядовитыми. Но их полное отсутствие в организме также опасно, как и повышение концентрации. А макроэлементы (натрий, калий, кальций, железо, магний) являются жизненно важными, но избыточное их поступление может вызвать серьезные нарушения минерального обмена и привести к заболеваниям. Важно, чтобы был соблюден оптимальный диапазон содержания каждого элемента в организме. Отклонения от этого диапазона могут быть вызваны как прямыми причинами - недостатком или избытком их поступления, так и косвенными - нарушениями в поглощении, выведении или перераспределении элементов в организме.

Элементы находятся в организме не в изолированном состоянии, а постоянно взаимодействуют друг с другом. Различают синергетические и антогонистические взаимодействия.  Синергетические (взаимовыгодные) взаимодействия могут быть связаны с улучшением поглощения одного элемента в присутствии другого. Подобное явление наблюдается в отношении кальция и фосфора, натрия и хлора. Синергизм может быть обусловлен тем, что для выполнения функций одного элемента, необходимо присутствие другого. Так для синтеза гемоглобина, кроме железа, входящего в его состав, необходимо присутствие меди.

Антагонизм между элементами может быть как односторонний, так и двусторонний. Примером антагонистических отношений между элементами может быть конкуренция при всасывании в кишечнике между магнием и фосфором, или между цинком и медью. Часто можно наблюдать конкуренцию за активные центры в ферментах между элементами со сходными ионами. Так в метал-ферментном комплексе щелочной фосфатазы происходит конкуренция между ионами Mg²⁺ и Mn²⁺. Ионы Fe²⁺ и Zn²⁺ конкурируют за центры связывания трансферритина, осуществляющего перенос этих элементов в крови.

Таким образом, здоровье человека, не в последнюю очередь, обусловлено нормальным балансом минеральных веществ. Знание роли и значения каждого элемента, характера их взаимодействия друг с другом, уровней их поступления и выведения, а также содержания в организме важно для поддержания здоровья и долголетия.