Способ определения элементного состава, содержащегося в респирабельной фракции аэрозолей, в мокроте человека Российский патент 2023 года по МПК G01N15/00 G01N33/487 

Изобретение относится к области аналитической химии и может быть использовано для определения концентрации элементов в мокроте человека организациями, осуществляющими деятельность в области профпатологии и экологии человека.

Мокрота – это отделяемый из легких и дыхательных путей (трахеи и бронхов) патологический секрет трахеобронхиального дерева с примесью слюны и секрета слизистой оболочки полости носа и придаточных пазух носа. Данный секрет обладает бактерицидным эффектом, способствует выведению вдыхаемых мелких частиц и очищению бронхов. Любой процесс в легких, бронхах, трахее вызывает изменение биохимических свойств и клеточного состава мокроты. Исследование мокроты имеет большое диагностическое значение.

Известен способ анализа мокроты для выявления инфекций нетуберкулезной этиологии (J. Vandepitte, K. Engbaek, P. Piol, C.C. Heuck. Basic laboratory procedures in clinical bacteriology. World Health Organization Geneva. 1991. 132 p). Метод анализа заключается в макроскопическом описании характеристик мокроты (гнойная, слизисто-гнойная, с прожилками крови и т.д.) и микроскопическом исследовании. При микроскопическом исследовании пробу мокроты используют для приготовления мазка, который окрашивают специальными красителями, позволяющими сделать бактерии видимыми при помощи микроскопа. Результаты микроскопического исследования, окрашенного мазка мокроты по Граму, могут быть использованы для выбора антимикробной терапии при респираторных заболеваниях. Далее приведены возможные варианты ответов: грамположительные диплококки, окруженные пространством из не прокрашенных капсул (предположительно S. pneumoniae); мелкие грамотрицательные кокки (возможно, Н.influenzae); грамотрицательные диплококки, интрацеллюлярно или экстрацеллюлярно (предположительно В.саtarrhalis); грамположительные кокки в виде виноградной грозди (предположительно S.aureus); грамотрицательные палочки (предположительно энтеробактерий или Pseudomonas spp.); большие грамположительные дрожжеподобные клетки, часто с мицелием (предположительно Candida spp.)

Очевидными недостатками при визуальном наблюдении по полю в биологический микроскоп являются кривизна и окраска в изображении элементов структур исследуемых объектов. Метод анализа имеет очень узкие назначение и область применения. На основании микроскопического исследования возможно сделать заключение только о наличии или отсутствии в биоматериале кислотоустойчивых микобактерий. К недостаткам метода можно также отнести его низкую чувствительность. Положительный результат может быть получен только при значительном содержании микробных тел в мокроте: от 50 тыс. микробных клеток в 1 см³ (H.L. David, Bacteriology of mycobacterioses. Atlanta, USA, 1996). Этот метод не позволяет идентифицировать элементный состав биологического материала. Результат микроскопического анализа носит предварительный характер и требует дополнительных исследований.

Известен способ культивирования проб мокроты (Heineman H.S., Radano R.R. Acceptability and cost savings of selective sputum microbiology in a community teaching hospital. Journal of clinical microbiology. 1979. № 10. P. 567 – 573). При культивировании проб мокроты применяют следующие среды для выделения: кровяной агар; шоколадный агар; агар Мак-Конки; среду Левенштейна-Йенсена; декстрозный агар Сабуро; селективный кровяной агар для Haemophilus (бацитрацин или ванкомицин). В качестве реагентов для идентификации используют: диск с оптохином; V и XV факторы; коагулазу плазмы. В результате культивирования обычно устанавливают такие объекты, как: плоские, бесцветные колонии с вогнутым центром и зоной зеленого (α) гемолиза могут быть образованы S.pneumoniae; очень мелкие подобные дождевым каплям колонии, растущие как негемолитические колонии-спутники на кровяном агаре, и значительно более крупные прозрачные колонии на шоколадном или обогащенном кровяном агаре предположительно образованы Н.influenzae; хрупкие, сухие, сероватые колонии как на кровяном, так и на шоколадном агаре могут свидетельствовать о наличии В.catarrhalis; колонии среднего размера с золотистым оттенком характерны для S.aureus; колонии на агаре Мак-Конки предполагают наличие микроорганизмов семейства Enterobacteriaceae, или Pseudomonas spp., или Acinetobacter; белесые, круглые "волосистые" колонии на кровяном или шоколадном агаре могут свидетельствовать о наличии Candida albicans.

Недостатками способа являются специфичность области применения; высокие требования к качеству питательной среды; длительный срок инкубации (от 20 дней до 12 недель). Метод не относится к области аналитической химии и не может быть использован для определения концентрации элементов в мокроте.

Известен способ физико-химического исследования белка в мокроте методом Лоури (Справочник по клинико-биохимической лабораторной диагностике: В 2 т. Т.1 – 2-е изд. – Мн.: Беларусь, 2002. – 495 с.: ил.). В основе метода Лоури лежит реакция с реагентом Фолина-Чокалтеу, активным компонентом которого является комплекс «молибдат – вольфрамат – фосфорная кислота». Метод количественного определения белка, основан на измерении концентрации окрашенных продуктов, образующихся в результате сочетания двух химических реакций: биуретовой реакции на пептидную связь и взаимодействия реактива Фолина-Чиокалтеу с ароматическими аминокислотами – тирозином, триптофаном и другими, входящими в состав белковых молекул. Существенное увеличение белка в мокроте можно обнаружить при туберкулезе и крупозной пневмонии.

Недостатком метода является сравнительно невысокая специфичность. Многие присутствующие в анализируемых образцах вещества мешают определению белка с реактивом Фолина. К ним относятся мочевая кислота, гуанин, ксантин, фенолы (за исключением нитрофенола), аминокислоты (глицин, тирозин, гистидин, цистин), гидразин, сульфат аммония. Реакция развивается с аденином, аденозином, цитозином, цитидином, урацилом, тимидином. Определение белка методом Лоури затрудняют тиоловые соединения, углеводы, глицерин, детергенты, хелатные реактивы, дисульфидные реагенты, ионы калия, ацетилацетон, салицилаты, антибиотики, гистамин и другие физиологические амины. Присутствие в белковых препаратах продуктов перекисного окисления липидов также может дать значительную ошибку. Некоторые из веществ, используемые для приготовления буферных растворов, способны влиять на определение белка по Лоури. Так, широко распространенный трис-буфер, помимо образования неспецифического окрашенного соединения, подавляет взаимодействие реактива Лоури с белками. На результат определения сказывается влияние детергентов, используемых для солюбилизации белков. Таким образом, при использовании метода Лоури большое число различных соединений может исказить картину действительного содержания общего белка и его фракций.

Наиболее близким аналогом является способ определения химических элементов в слюне и лаваже методом масс-спектрометрии с индуктивно связанной плазмой (ISP-MS). Способ определения химических элементов в слюне и лаваже основан на введении исследуемого раствора с помощью перистальтического насоса в распылитель; превращении его в аэрозоль под воздействием потока аргона; перемещении аэрозоля в плазму через центральный канал плазменной горелки, где под воздействием высокой температуры (7000 – 8000 °К) вещества, содержащиеся в пробе, диссоциируют на атомы и ионизируются; образовании положительно заряженных ионов, которые проходят через систему ионной оптики в анализатор; фильтрации ионов по отношению массы к заряду (m/z); детектировании интенсивности ионного потока; регистрации сигнала с последующим определением массовой концентраций элементов по установленной градуировочной характеристике. При определении содержания химических элементов в слюне и лаваже выполняют следующие процедуры: соблюдают требования к безопасности проведения работ и к квалификации лиц, работающих на масс-спектрометре; соблюдают условия выполнения измерений; подготавливают лабораторную посуду; готовят реактивы, градуировочные растворы; подготавливают спектрометр к работе; выбирают алгоритм устранения мешающего влияния матричных компонентов пробы; строят градуировочную зависимость I = f(C); проводят процесс измерения; рассчитывают концентрацию элементов по градуировочной зависимости I = f(C); проводят внутренний оперативный контроль. Диапазон определения зависит от определяемых элементов. Нижний предел обнаружения токсичных элементов (кадмий, мышьяк, ртуть, свинец и хром) в слюне и лаваже составляет (1·10^-4 – 5·10^-4) мкг/г, верхний предел – от 5·10^-1 до 10·10¹ мкг/г. Нижний предел обнаружения для элементов побочных подгрупп Периодической системы химических элементов Д.И. Менделеева, в атомах которых появляются электроны на d- и f-орбиталях составляет от 1·10^-4 до 1·10^-1 мкг/г, верхний предел – от 5·10^-1 до 5·10² мкг/г. Нижний предел обнаружения для щелочных элементов (калий, литий, натрий) составляет от 1·10^-4 до 1·10¹ мкг/г верхний предел – от 5·10^-1 до 5·10³ мкг/г. Для повышения точности измерений все диапазоны определения элементов разбиты на несколько поддиапазонов. Значения относительной погрешности измерений при доверительной вероятности Р = 0,95 не превышают 50 % (Определение химических элементов в биологических средах и препаратах методами атомно-эмиссионной спектрометрии с индуктивно связанной плазмой и масс-спектрометрии с индуктивно связанной плазмой: Методические указания. – М.: Федеральный центр госсанэпиднадзора Минздрава России, 2003. – 56 с.).

Недостатком ближайшего аналога является ограничение в области применения данного метода. Этот метод не позволяет определять элементный состав в мокроте человека. Количество биологического материала необходимого для анализа в методике устанавливают по весу (m, г). Массовую концентрацию элемента в растворе обработанной пробы слюны или лаважа (С, мкг/дм³) рассчитывают по градуировочной зависимости I = f(C). Окончательный результат в единичной пробе выражают в мкг/г. Данный подход затрудняет обработку результатов, т.к. отсутствует формула расчета массовой концентрации элементов в единичной пробе (Х, мкг/г). В методике отсутствует регламентированная процедуры забора проб, нет ссылок на нормативные документы, устанавливающие правила взятия биологического материала. Не предусмотрены требования к квалификации медицинского персонала ответственного за забор проб слюны и лаважа.

Задачей настоящего изобретения является разработка высокоточного метода определения массовой концентрации элементов в мокроте с использованием масс-спектрометра с индуктивно связанной аргоновой плазмой с октопольной реакционной ячейкой (ORS).

Технический результат, на который направлено заявляемое изобретение, заключается в определении элементного состава, содержащегося в респирабельной фракции аэрозоля в мокроте человека методом ORS-ISP-MS с заданной точностью в единицах величин, допущенных к применению в Российской Федерации.

Указанный технический результат достигается тем, что способ определения элементного состава, содержащегося в респирабельной фракции аэрозолей в мокроте человека, заключается в том, что осуществляют отбор проб индуцированной мокроты у пациента, после чего гомогенизируют пробу мокроты с использованием диспергатора, обеспечивающего разрушение мембран клеток и извлечение твердых частиц аэрозоля из биологической матрицы анализируемой пробы, уравновешивают анализируемые частицы в обработанной пробе в интенсивных ультразвуковых волнах, проводят фракционное разделение респирабельных аэрозольных частиц, устанавливают инструментальные параметры определения элементов, проводят процедуру десольватации градуировочных растворов и пробы в водном растворе 1%-ой азотной кислоты, строят градуировочную зависимость I = f(C), проводят процесс измерения методом ISP-MS c октопольной реакционной ячейкой, определяют массовую концентрацию элементов по градуировочным зависимостям I = f(C) в мкг/дм³, рассчитывают массовую концентрацию элементов в единичной пробе в мкг/дм³, рассчитывают массовую концентрацию элементов X в единичной пробе в мкг/дм³ по формуле:

,

где С_{элемента} – массовая концентрация элемента в разбавленном растворе обработанной пробы индуцированной мокроты в 5 см³, установленная по градуировочной характеристике, мкг/дм³; С_хол – массовая концентрация элемента в холостой пробе, установленная по градуировочной характеристике, мкг/дм³; V_обр – объем раствора обработанной пробы – 10 см³, см³; V_{мокроты} – объем анализируемой пробы индуцированной мокроты, взятый для анализа – от 1 до 3 см³, см³; 2,5 – коэффициент разбавления обработанной пробы; η – кратность разбавления раствора обработанной пробы – коэффициент разбавления.

Воздействие частиц на бронхи разного порядка делает возможным использование индуцированной мокроты в качестве объекта для неинвазивного метода идентификации этиологического (химического) фактора идиопатических процессов в легких пациентов, подвергающихся воздействию промышленных аэрозолей или проживающих в условиях повышенной загрязненности воздушной среды. Гомогенизация образца с разрушением мембран клеток, уравновешивание анализируемых частиц в интенсивных ультразвуковых волнах и фракционное разделение респирабельных аэрозольных частиц повышает чувствительность этого способа определения. Применение октопольной реакционной ячейки снижает потери определяемых элементов.

Изобретение поясняется чертежами, где:

- на Фиг. 1 показана блок-схема определения элементного состава, содержащегося в респирабельной фракции аэрозоля в мокроте человека методом ORS-ISP-MS;

- на Фиг. 2 показано изображение градуировочных зависимостей I = f(C) определения Al, As, Cr, Cu, Fe, Mn, Ni, V, Zn в индуцированной мокроте методом ISP-MS с октопольной реакционной ячейкой;

- на Фиг. 3 показано изображение градуировочных зависимостей I = f(C) определения Ba, Cd, Mo, Pb, Sb, Se, Sn, Sr, W в индуцированной мокроте методом ISP-MS с октопольной реакционной ячейкой.

Предлагаемый способ определения элементного состава, содержащегося в респирабельной фракции аэрозоля, в мокроте человека осуществляют следующим образом.

Отбор проб мокроты осуществляют в медицинском учреждении с привлечением квалифицированного медицинского персонала. Сбор свободно отделяемой мокроты осуществляют натощак или не ранее двух часов после еды. Процедура сбора мокроты у пациента включает: премедикацию β2-агонистами для предотвращения бронхоспазма; ингаляцию с 5 см³ 0,9 % - ого изотонического раствора хлорида натрия; стимуляцию отхождения мокроты постукиванием по передней и задней стенкам грудной клетки; забор пробы; определение количества образца по объему в см³.

Объем анализируемой пробы мокроты должен составлять не менее 3 см³ для взрослых (около 1 см³ для детей).

Образцы хранят в стерильной емкости до 2-х часов при температуре (20 – 25)°С и до 24-х часов при температуре (2 – 8)°С.

Определение элементов в мокроте проводят после её гомогенизации с использованием диспергатора, обеспечивающего разрушение мембран клеток и извлечение твердых частиц аэрозоля из биологической матрицы анализируемой пробы: анализируемую пробу мокроты переносят в стеклянный сосуд диспергатора; добавляют ~ 2 см³ воды для лабораторного анализа и проводят гомогенизацию образца.

Гомогенизат мокроты количественно переносят в одноразовую пластиковую пробирку, объем пробы доводят до 10 см³ водой для лабораторного анализа и уравновешивают частицы с использованием интенсивных ультразвуковых волн.

Проводят фракционное разделение респирабельных аэрозольных частиц путем фильтрации анализируемой пробы через бумажный фильтр с примерным размером пор (3 – 5) мкм.

Устанавливают инструментальные параметры определения элементов.

Проводят процедуру десольватации пробы в водном растворе 1%-ой азотной кислоты: 2,00 см³ фильтрата переносят в пластиковую пробирку вместимостью 10 см³; добавляют 0,05 см³ концентрированной азотной кислоты; объем пробы доводят до 5 см³ водой для лабораторного анализа и тщательно перемешивают.

Одновременно аналогичным образом подготавливают холостую пробу, заменяя пробу анализируемой мокроты на такой же объем воды для лабораторного анализа.

Определение массовой концентрации элементов проводят на масс-спектрометре с ORS в соответствии с Руководством по эксплуатации прибора.

Неспектральные и спектральные помехи от матричных компонентов пробы устраняют в процессе анализа с применением ORS и в качестве газа–реактанта используют гелий.

Массовую концентрацию элементов рассчитывают по градуировочным зависимостям I = f(C). Для построения градуировочных зависимостей используют государственные стандартные образцы (ГСО) утвержденного типа. Градуировочные растворы ионов элементов готовят в диапазоне концентраций от 0 до 1000,00 мкг/дм³.

Если измеренное значение массовой концентрации элементов в анализируемой пробе превышает верхнюю границу диапазона градуировочной зависимости, то обработанную пробу мокроты разбавляют раствором азотной кислоты с массовой долей 1%, но не более чем в 10 раз.

Массовую концентрацию элементов (Х, мкг/дм³) в единичной пробе рассчитывают по формуле (1):

где С_{элемента} – массовая концентрация элемента в разбавленном растворе обработанной пробы индуцированной мокроты (в 5 см³), установленная по градуировочной характеристике, мкг/дм³; С_хол – массовая концентрация элемента в холостой пробе, установленная по градуировочной характеристике, мкг/дм³; V_обр – объем раствора обработанной пробы – 10 см³, см³; V_{мокроты} – объем анализируемой пробы индуцированной мокроты, взятый для анализа – от 1 до 3 см³, см³; 2,5 – коэффициент разбавления обработанной пробы; η – кратность разбавления раствора обработанной пробы – коэффициент разбавления.

Ниже приведены примеры реализации изобретения.

Примеры осуществления способа.

Пример 1.

В соответствии заявленным способом был проведен анализ респирабельной фракции аэрозолей в индуцированной мокроте плавильщиков металлургического цеха, участка рафинировочных котлов.

Отбор проб мокроты осуществляли с привлечением квалифицированного медицинского персонала в медицинском учреждении, в ФБУН ЕМНЦ ПОЗРПП Роспотребнадзора, в асептических условиях. Ингаляцию проводили с использованием небулайзера с 5 см³ 0,9 %-ного изотонического раствора хлорида натрия. Суммарная продолжительность времени ингаляции составляла не более 10 минут. Отхождение мокроты стимулировали постукиванием по передней и задней стенкам грудной клетки. Пробу хранили не более 2-х часов при температуре (20 – 25)°С.

Для выделения твердых частиц аэрозоля из клеточных мембран мокроты использовали гомогенизатор/диспергатор.

Диспергатор обеспечивает разрушение мембран клеток исследуемого материала и предоставляет возможность извлечения твердых частиц аэрозоля из биологической матрицы анализируемого образца.

Для уравновешивания твердых частицы в анализируемом образце использовали ультразвуковые волны.

Гомогенизат мокроты количественно переносили в одноразовую пластиковую пробирку, объем пробы доводили до 10 см³ водой для лабораторного анализа и уравновешивали твердые частицы с использованием УЗ-ванны.

Для выделения респирабельных частиц аэрозоля, содержащихся в мокроте, обработанную пробу фильтровали через бумажный фильтр с примерным размером пор (3 – 5) мкм. Таким образом, частицы с аэродинамическим диаметром более 5 мкм абсорбировались на фильтре, а частицы с аэродинамическим диаметром 4 мкм и менее переходили в раствор фильтрата.

Для определения элементного состава 2,00 см³ фильтрата переносили в пластиковую пробирку вместимостью 10 см³; добавляли 0,05 см³ концентрированной азотной кислоты; объем пробы доводили до 5 см³ водой для лабораторного анализа и тщательно перемешивали.

Появившиеся в настоящее время новые направления масс-спектрометрии с индуктивно связанной плазмой позволяют определять элементы с октопольной реакционной ячейкой (ORS). Приборная база этого метода позволяет устранять неспектральные и спектральные помехи от матричных компонентов, расширить диапазон градуировочных зависимостей, снизить предел обнаружения, определять элементы в сложных матрицах с использованием неразрушающего метода пробоподготовки и повысить точность определения.

Определение массовой концентрации элементов проводили на масс-спектрометре с ORS в соответствии с Руководством по эксплуатации прибора.

Массовую концентрацию элементов рассчитывали по градуировочным зависимостям I = f(C). Для построения градуировочных зависимостей использовали государственные стандартные образцы (ГСО) утвержденного типа. Градуировочные растворы ионов элементов готовили в диапазоне концентраций от 0 до 1000,00 мкг/дм³ (Фиг. 2–3).

Массовую концентрацию элементов (Х, мкг/дм³) в единичной пробе рассчитывали по формуле (1):

где С_{элемента} – массовая концентрация элемента в разбавленном растворе обработанной пробы индуцированной мокроты (в 5 см³), установленная по градуировочной характеристике, мкг/дм³; С_хол – массовая концентрация элемента в холостой пробе, установленная по градуировочной характеристике, мкг/дм³; V_обр – объем раствора обработанной пробы – 10 см³, см³; V_{мокроты} – объем анализируемой пробы индуцированной мокроты, взятый для анализа – от 1 до 3 см³, см³; 2,5 – коэффициент разбавления обработанной пробы; η – кратность разбавления раствора обработанной пробы – коэффициент разбавления.

Содержание Al, As, Ba, Cd, Cr, Cu, Fe, Mn, Mo, Ni, Pb, Sb, Se, Sn, Sr, V, W и Zn в пробе определяли прямым методом. Правильность анализа оценивали сопоставлением полученных результатов с результатами контрольной процедуры методом добавок. Результаты определения массовой концентрации элементов в мокроте плавильщика металлургического цеха, участка рафинировочных котлов представлены в таблице 1.

Пример 2.

Аналогичным образом проводили анализ массовой концентрации элементов, содержащихся в респирабельной фракции аэрозолей, в индуцированной мокроте определяли у плавильщиков металлургического цеха, участка рудно-термической печи.

Содержание Al, As, Ba, Cd, Cr, Cu, Fe, Mn, Mo, Ni, Pb, Sb, Se, Sn, Sr, V, W и Zn в пробе определяли прямым методом. Результаты определения массовой концентрации элементов в мокроте представлены в таблице 2.

Правильность анализа оценивали сопоставлением полученных результатов с результатами контрольной процедуры: метод добавок. Сравнение результатов, полученных прямым методом с результатами контрольной процедуры, показывает, что найденные величины концентраций хорошо согласуются между собой в пределах погрешности до: 6,89 % – по алюминию; 9,06 % – по мышьяку; 7,63 % – по барию; 12,50 % – по кадмию; 8,66 % – по хрому; 1,74 % – по меди; 2,08 % – по железу; 9,99 % – по марганцу; 13,91 % – по молибдену; 12,29 % – по никелю; 4,59 % – по свинцу; 10,20 % – по сурьме; 10,63 % – по селену; 6,78 % – по олову; 5,74 % – по стронцию; 12,90 % – по ванадию; 5,20 % – по вольфраму; 4,95 % – по цинку.

Погрешность определения, по показателю внутрилабораторной прецизионности (σ_Rл, %), не превышает установленных норм в методике.

Диапазон измерений массовой концентрации элементов, содержащихся в респирабельной фракции аэрозолей, в индуцированной мокроте составляет от 0,01 до 10000 мкг/дм³. Значения среднеквадратичного отклонения повторяемости и внутрилабораторной прецизионности, показателя правильности и точности измерений при доверительной вероятности Р=0,95 в методике составляют: σ_r – 15 %, σ_Rл – 18 %, ±δ_сл – 20 %; ±δ_л – 41 % для диапазона измерений от 0,01 до 0,1 мкг/дм³; σ_r – 13 %, σ_Rл – 15 %, ±δ_сл – 15 %, ±δ_л – 33 % для диапазона измерений от 0,1 до 1,0 мкг/дм³; σ_r – 10 %, σ_Rл – 14 %, ±δ_сл – 10 %, ±δ_л – 30 % для диапазона измерений от 1,0 до 10 мкг/дм³; σ_r – 8 %, σ_Rл – 10 %, ±δ_сл – 6 %, ±δ_л – 20 % для диапазона измерений от 10,0 до 100 мкг/дм³; σ_r – 5 %, σ_Rл – 7 %, ±δ_сл – 7 %, ±δ_л – 15 % для диапазона измерений от 100,0 до 10000 мкг/дм³.

Таким образом, экспериментально показано, что заявляемый способ позволяет определять металлы и металлоиды с определенной точностью в единицах величин, допущенных к применению в Российской Федерации. Данный способ определения полезен для анализа влияния химического состава аэрозоля на локальный клеточный ответ (экспрессию генов, отвечающих за секрецию про- и противовоспалительных факторов в клетках бронхов), а также на формирования местного микробиоценоза.

Таблица 1 – Определение элементного состава, содержащегося в респирабельной фракции аэрозоля в мокроте методом ISP-MS с октопольной реакционной ячейкой

Пациент Элемент Массовая концентрация элементов, мкг/дм³ Контрольная процедура Прямой метод Метод добавок Плавильщик металлургического цеха, участка рафинировочных котлов
(Стаж работы
20 лет) Al 96,40±19,28 95,98±19,20 As 8,43±2,53 8,51±2,55 Ba 81,04±16,21 80,78±16,16 Cd 0,77±0,25 0,72±0,24 Cr 3,88±1,16 3,56±1,07 Cu 489,46±73,42 494,11±74,12 Fe 126,10±18,92 126,42±18,96 Mn 15,85±3,17 15,97±3,19 Mo 1,87±0,56 1,69±0,51 Ni 9,13±2,74 9,00±2,70 Pb 51,23±10,25 52,01±10,40 Sb 9,34±2,80 9,67±2,90 Se Менее 0,01 Менее 0,01 Sn 10,59±2,12 10,11±2,02 Sr 245,03±36,75 256,18±38,43 V 0,42±0,14 0,44±0,15 W 227,82±34,17 216,28±32,44 Zn 633,67±95,05 635,18±95,28 Плавильщик металлургического цеха, участка рафинировочных котлов
(Стаж работы
19 лет) Al 160,62±24,09 155,92±23,39 As 4,72±1,42 5,06±1,52 Ba 51,32±10,26 49,79±9,96 Cd 3,31±0,99 3,12±0,94 Cr 4,70±1,41 5,01±1,50 Cu 513,32±77,00 521,16±78,17 Fe 104,65±15,70 102,98±15,45 Mn 7,32±2,20 7,28±2,18 Mo 2,07±0,62 1,94±0,58 Ni 2,80±0,84 2,88±0,86 Pb 19,22±3,84 19,35±3,87 Sb 2,57±0,77 2,32±0,70 Se 10,00±3,00 8,99±2,70 Sn 94,55±18,91 92,48±18,50 Sr 166,31±24,95 168,57±25,29 V 0,17±0,06 0,15±0,05 W 472,52±70,88 486,15±72,92 Zn 710,45±106,57 722,36±108,35

Таблица 2 – Определение элементного состава, содержащегося в респирабельной фракции аэрозоля в мокроте методом ORS-ISP-MS

Пациент Элемент Массовая концентрация элементов, мкг/дм³ Контрольная процедура Прямой метод Метод добавок Плавильщик металлургического цеха, участка рудно-термической печи
(Стаж работы
14 лет) Al 138,43±20,76 135,11±20,27 As 4,88±1,46 5,10±1,53 Ba 38,29±7,66 39,01±7,80 Cd 0,46±0,15 0,49±0,16 Cr 5,30±1,59 5,78±1,73 Cu 579,05±86,86 589,23±88,38 Fe 160,45±24,07 157,15±23,57 Mn 24,23±4,85 22,16±4,43 Mo 1,40±0,42 1,51±0,45 Ni 4,20±1,26 4,59±1,38 Pb 81,48±16,30 78,27±15,65 Sb 2,21±0,66 2,43±0,73 Se 0,49±0,16 0,38±0,13 Sn 7,26±2,18 7,77±2,33 Sr 128,58±19,29 136,18±20,43 V 0,33±0,11 0,29±0,10 W 41,03±8,21 42,00±8,40 Zn 434,54±65,18 456,58±68,49 Плавильщик металлургического цеха, участка рудно-термической печи
(Стаж работы
17 лет) Al 23,93±4,79 25,12±5,02 As 2,88±0,86 2,63±0,79 Ba 52,51±10,50 48,65±9,73 Cd 0,15±0,05 0,17±0,06 Cr 1,20±0,36 1,29±0,39 Cu 554,55±83,18 548,72±82,31 Fe 75,00±15,00 73,61±14,72 Mn 15,77±3,15 14,47±2,89 Mo 1,33±0,40 1,51±0,45 Ni 1,90±0,57 1,68±0,50 Pb 16,72±3,34 15,97±3,19 Sb 1,50±0,45 1,66±0,50 Se Менее 0,01 Менее 0,01 Sn 7,11±2,13 7,29±2,19 Sr 102,81±15,42 107,65±16,15 V 0,17±0,06 0,15±0,05 W 6,11±1,83 6,29±1,89 Zn 342,98±51,45 355,11±53,27

Изобретение относится к области аналитической химии, а именно к способу определения элементного состава, содержащегося в респирабельной фракции аэрозолей в мокроте человека. Способ определения элементного состава, содержащегося в респирабельной фракции аэрозолей в мокроте человека заключается в том, что осуществляют отбор проб индуцированной мокроты у пациента, после чего гомогенизируют пробу мокроты с использованием диспергатора, обеспечивающего разрушение мембран клеток и извлечение твердых частиц аэрозоля из биологической матрицы анализируемой пробы, уравновешивают анализируемые частицы в обработанной пробе в интенсивных ультразвуковых волнах, проводят фракционное разделение респирабельных аэрозольных частиц, устанавливают инструментальные параметры определения элементов, проводят процедуру десольватации градуировочных растворов и пробы в водном растворе 1%-ной азотной кислоты, строят градуировочную зависимость I = f(C), проводят процесс измерения методом ISP-MS c октопольной реакционной ячейкой, определяют массовую концентрацию элементов по градуировочным зависимостям I = f(C) в мкг/дм³, рассчитывают массовую концентрацию элементов в единичной пробе в мкг/дм³, рассчитывают массовую концентрацию элементов X в единичной пробе в мкг/дм³ по формуле:

,

где С_{элемента} – массовая концентрация элемента в разбавленном растворе обработанной пробы индуцированной мокроты в 5 см³, установленная по градуировочной характеристике, мкг/дм³; С_хол – массовая концентрация элемента в холостой пробе, установленная по градуировочной характеристике, мкг/дм³; V_обр – объем раствора обработанной пробы – 10 см³, см³; V_{мокроты} – объем анализируемой пробы индуцированной мокроты, взятый для анализа – от 1 до 3 см³, см³; 2,5 – коэффициент разбавления обработанной пробы; η – кратность разбавления раствора обработанной пробы – коэффициент разбавления. Вышеописанное изобретение позволяет определять элементный состав содержащегося в респирабельной фракции аэрозоля в мокроте человека методом ORS-ISP-MS с заданной точностью в единицах величин, допущенных к применению в Российской Федерации. 3 ил., 2 табл., 2 пр.

Способ определения элементного состава, содержащегося в респирабельной фракции аэрозолей в мокроте человека, заключающийся в том, что осуществляют отбор проб индуцированной мокроты у пациента, после чего гомогенизируют пробу мокроты с использованием диспергатора, обеспечивающего разрушение мембран клеток и извлечение твердых частиц аэрозоля из биологической матрицы анализируемой пробы, уравновешивают анализируемые частицы в обработанной пробе в интенсивных ультразвуковых волнах, проводят фракционное разделение респирабельных аэрозольных частиц, устанавливают инструментальные параметры определения элементов, проводят процедуру десольватации градуировочных растворов и пробы в водном растворе 1%-ной азотной кислоты, строят градуировочную зависимость I = f(C), проводят процесс измерения методом ISP-MS c октопольной реакционной ячейкой, определяют массовую концентрацию элементов по градуировочным зависимостям I = f(C) в мкг/дм³, рассчитывают массовую концентрацию элементов в единичной пробе в мкг/дм³, рассчитывают массовую концентрацию элементов X в единичной пробе в мкг/дм³ по формуле:

,

где С_{элемента} – массовая концентрация элемента в разбавленном растворе обработанной пробы индуцированной мокроты в 5 см³, установленная по градуировочной характеристике, мкг/дм³; С_хол – массовая концентрация элемента в холостой пробе, установленная по градуировочной характеристике, мкг/дм³; V_обр – объем раствора обработанной пробы – 10 см³, см³; V_{мокроты} – объем анализируемой пробы индуцированной мокроты, взятый для анализа – от 1 до 3 см³, см³; 2,5 – коэффициент разбавления обработанной пробы; η – кратность разбавления раствора обработанной пробы – коэффициент разбавления.