Сулейманова Э.И.,
канд.хим.наук, доцент кафедры «Технология неорганических веществ»
Азербайджанского Государственного Университета Нефти и Промышленности (Баку, Азербайджан)
В статье представлен литературный обор результатов научных исследований в области применения метода пламенной фотометрии в различных областях промышленности и сельского хозяйства, а также в биомедицине. Показана возможность определения ионов щелочных, щелочно-земельных и некоторых других металлов в различных биообъектах с помощью метода пламенной фотометрии. Отмечается, что в качестве выбранных биообъектов могут быть использованы слюна, кровь, почки и печень, а также экстракты и плоды ряда растений. Описаны основные типы пламенных фотометров, используемых при определении концентрации ионов различных металлов при аналитических исследованиях. Метод пламенной фотометрии представляет собой оптический метод количественного элементного анализа по атомным спектрам испускания. Он применяется для определения щелочных, щѐлочноземельных и некоторых других элементов по атомным спектрам или молекулярным полосам. Для получения спектров анализируемое вещество переводят в атомный пар в пламени. Источником возбуждения служит пламя водорода, ацетилена, светильного газа. Метод обладает высокой чувствительностью, быстротой, точностью, позволяет определять элементы в солях, смесях, растворах, минералах, биологических объектах. С помощью пламенных фотометров метод пламенной фотометрии позволяет определять не только щелочные и щелочноземельные, но также и некоторые другие металлы, например. Ga, In, Tl, Pb, Mn. Пределы обнаружения щелочных металлов составляют 0,1-0,001 мкг/мл, остальных – 0,1-5 мкг/мл; относительное стандартное отклонение 0,02-0,04. Помехи в методе пламенной фотометрии связаны главным образом с нарушением поступления элемента в пламя вследствие образования труднолетучих соединений (напр., интенсивность излучения Ca снижается в присутствии H3PO4 и солей Al) и смещением равновесия ионизации металлов в пламени (напр., излучение К усиливается в присутствии Pb и Cs). Помехи устраняют выбором подходящих растворов сравнения, буферных растворов, добавлением специальных реактивов, препятствующих образованию труднолетучих соединений и др. Количественная фотометрия пламени была впервые разработана Лундегардом в 1928–1930 годах в связи с его физиологическими исследованиями растений. Ему потребовались быстрые методы определения различных элементов, например калия, чтобы исследовать их абсорбцию в качестве питательных веществ для растений из почвы. Лундегард был также первым, кто применил свои количественные методы к медицинским вопросам. Разработка первого коммерческого фотометра пламени компанией Zeiss была стимулирована требованиями сельскохозяйственной биологии. Раннее развитие пламенно-фотометрических методов в США было связано с требованиями военной медицины во время последней мировой войны, когда было сочтено необходимым быстро определять концентрацию определенных элементов в крови или сыворотке раненых солдат [1]. Одним из важных преимуществ метода пламенной фотометрии является возможность его использования в биомедицине и фармакологических исследованиях. В этой статье показаны результаты исследований в области применения метода пламенной фотометрии в указанных областях, осуществленных преимущественно в новом столетии Так, в работе [2] представлена методика определения количественного содержания лития в биообъектах, в частности печени и почках человека, на пламенном фотометре нового поколения. Приведен пример ее использования в судебно-медицинской практике, раскрывающий ее возможности при криминальных острых отравлениях литием и в случаях передозировки препаратами лития в курсе лекарственной терапии психических расстройств. В работе [3] исследовано взаимное влияние калия и натрия при их определении при различных соотношениях методами атомно-абсорбционной и атомно-эмиссионной спектрометрии (пламенной фотометрии). Показано, что ионизационные помехи, мешающие атомно-абсорбционному определению щелочных металлов, устраняются введением спектроскопического буфера – хлорида цезия. Разработана атомно- абсорбционная методика определения калия и натрия в биологических объектах. Проведен сравнительный анализ результатов определения калия и натрия, полученных разными атомно спектроскопическими методами. Проблемы диагностики преморбидных состояний и поиска высокоинформативных неинвазивных методов для диагностики ранних изменений в состоянии здоровья населения являются важнейшими направлениями в современной медицине. В настоящее время активно ведутся исследования слюны и ее свойств. Этот биоматериал широко используется не только в клинической практике, но и при гигиенических и токсикологических исследованиях, а также для изучения фармакодинамики лекарственных средств. Слюна состоит из воды (99,42%) и растворенных органических и минеральных веществ (0,58%). Состав слюны обусловлен гигиеническим состоянием полости рта, характером питания, нервно- эмоциональным напряжением, системными заболеваниями, суточным ритмом и другими факторами. Авторы работы [4] изучали влияние различных факторов на гомеостаз и электролитный состав смешанной слюны человека. Показано, что пламенная фотометрия является объективным методом диагностики минерального состава слюны в норме и при патологии. Данный метод может быть использован как один из интегральных способов мониторинга состояния организма человека. Уровень Са, К и Na в ротовой жидкости оценивали после предварительного центрифугирования с помощью пламенного фотометра ПФА-378. Концентрация элементов определялась по градуировочному графику. В результате исследования выявлено, что после углеводной нагрузки (полоскание 10% раствором глюкозы) в ротовой жидкости повышается содержание кальция, калия (50.3±0.3 и 383±3 мг/л соответственно). Описаны методики пламенно-фотометрического определения стронция, лития и калия в солоноватых водах, основанные на определении абсолютного фототока эмиссии стронция, лития и калия с учётом мешающего влияния натрия при использовании методов хемометрики [5]. В работе [6] рассмотрены преимущества атомно-эмиссионного метода по сравнению с пламенной фотометрией. Показано, что использование этих методов при анализе содержания натрия и калия в пищевых продуктах, в частности молоке и сухих молочных смесях, позволяет сократить время анализа проб и повысить точность результатов. Целью исследования работы [7] являлась валидация метода определения натрий- иона в препарате альбумин (20%-й раствор для инфузий) методом пламенной фотометрии. В ходе валидации при оценке результатов по калибровочной кривой было установлено, что коэффициент корреляции линейной зависимости графика меньше критерия приемлемости. Вследствие чего, возникла необходимость дополнительного изучения и доработки данной методики. По результатам исследования рекомендовано внести изменение в методику измерения количественного содержания натрий-иона в растворе альбумина. Исследования крови человека, выполняемые в клинико-диагностических лабораториях, проводят по многочисленным показателям. Одним из них является концентрация калия. В статье [8] представлено хронологическое развитие методик определения калия в плазме, сыворотке и цельной крови. Рассмотренные методики основаны на различных методах (пламенная фотометрия, потенциометрия, ионная хроматография, масс-спектрометрия, рентгенофлуоресцентный анализ, спектрофотометрия, турбидиметрия, люминесценция); приведены краткие сведения о методиках и результатах сравнительных испытаний. Отмечено, что потенциометрические методики получили широкое распространение в небольших и средних лабораториях, а также крупных клинико- диагностических центрах. Пламенно-фотометрические обычно применяют в качестве экспертных методик; ионохроматографические методики также претендуют на этот статус. Масс-спектрометрические используют для аттестации стандартных образцов. Методики фотометрии отражения полностью удовлетворяют требованиям экспрессного анализа, и их успешно применяют в небольших и средних клинико-диагностических лабораториях. Люминесцентные методики используют в ограниченном числе научно-исследовательских организаций, а рентгенофлуоресцентные, турбидиметрические, неферментативные и ферментативные спектрофотометрические методики практически не применяют при выполнении рутинных анализов. Цветки ноготков, или календулы лекарственной (Calendula officinalis L.), применяются как официнальное лекарственное растительное сырье в РФ и за рубежом. Цветки календулы входят в состав различных лекарственных сборов, применяемых при лечении заболеваний гепатобилиарной системы, желудочно-кишечного тракта, а также почек и мочевыводящих путей. При этом фитопрепараты традиционно сочетают в себе широту и мягкость терапевтического действия наряду с отсутствием значительного количества побочных эффектов и противопоказаний, что чрезвычайно важно при терапии хронических патологий. В работе [9] опыты по изучению диуретической активности препаратов цветков календулы лекарственной были поставлены на белых беспородных половозрелых крысах обоего пола массой 200–220 г (восемь серий экспериментов). Каждая опытная группа состояла из 10 животных. Исследованию подверглись следующие лекарственные препараты: настойка календулы (1:10) промышленного производства, настойка календулы (1:5) и жидкий экстракт календулы (1:2) на 70%-м этиловом спирте, полученные на кафедре фармакогнозии с ботаникой и основами фитотерапии СамГМУ. Определялась экскреция воды, регистрировалась концентрация натрия и калия методом пламенной фотометрии на ПАЖ-1, креатинина – колориметрическим методом на КФК-3 за 4 и 24 ч эксперимента. Показано, что препараты цветков ноготков в виде настойки (1:5) и жидкого экстракта (1:2) на 70%-м этаноле при однократном внутрижелудочном введении крысам в дозе 50 мкл/кг проявляют выраженные диуретические свойства, достоверно увеличивая относительно контроля объем выделяемой мочи, экскрецию электролитов и креатинина. Учитывая, что препараты на основе цветков календулы лекарственной обладают также антисептическим и противовоспалительным действием, полученные результаты представляют большой интерес в плане комплексной терапии острых и хронических заболеваний почек и мочевыводящих путей. Цель аналогичной работы [10] заключалась в анализе действия рутина на выделительную функцию почек в условиях нормогравитации и гирпер-гравитации. Авторами проведено 9 серий экспериментов, в том числе 4 — с использованием центрифуги ультракороткого радиуса. Изучено влияние рутина в дозе 10 мг/кг на экскреторную функцию почек в обычных условиях и в сочетании с гравитационным воздействием 3g.. У полученных проб мочи определялся объем, концентрация натрия и калия (методом пламенной фотометрии на пламенном анализаторе жидкости ПАЖ-1), креатинина (колориметрическим методом на фотоколориметре КФК-3). Установлено, что в обычных условиях рутин в дозе 10 мг/кг при внутрижелудочном введении способствует достоверному росту диуреза и салуреза исключительно за счет угнетения канальцевой реабсорбции. Рутин в дозе 10 мг/кг в сочетании с гравитационным воздействием усиливает свою исходную диуретическую активность, воздействуя комплексно на канальцевые и на клубочковые структуры почек. В работе [11] изучено физиологическое состояния почек и разработан метод функциональной диагностики синдрома неадекватной секреции антидиуретического гормона (SIADH) у детей. Для этой цели: обследованы 39 детей в возрасте от 3 до 17 лет, из них 28 пациентов с острой пневмонией, включая 9 с SIADH, и 11 детей с бронхиальной астмой лег- кой степени тяжести в стадии ремиссии на плановом обследовании, составивших группу сравнения. Авторы измеряли осмоляльность сыворотки крови и мочи с помощью осмометрии, концентрацию ионов натрия, калия, хлора методами пламенной фотометрии, ионоселективными электродами, концентрацию вазопрессина, копептина с помощью ИФА. Определена частота гипомагниемии у больных хроническим алкоголизмом во время абстинентного синдрома (АС) и связь между степенью АС и частотой гипомагниемии. Уровень магния в плазме крови определяли методом пламенной фотометрии. причем уровень Mg в плазме крови во время АС у 28,7% больных был сниженным (<0,749 ммоль/л), у 65,1% – нормальным (0,750-1,250 ммолъ/л), у 6,2% - повышенным (^1,251 ммоль/л). Гипомагниемия обнаружена у 42,3% больных с клиническим проявлением "белой горячки", у 19,1% - с умеренно выраженным, у 20,0% – со слабо выраженным АС [12].
В официнальной медицине плоды калины обыкновенной (Viburnum opulus L., сем. Caprifoliaceae) применяются как потогонное и противовоспалительное средство, а рябины обыкновенной (Sorbus aucuparia L., сем. Rosaceae) – как поливитаминное средство. Кроме того, по экспериментальным исследованиям плоды калины обладают кардиотоническим, седативным, антиоксидантным, антигипоксическим и гипотензивным действием; а плоды рябины – иммунотропным действием. Данные виды фармакологической активности обусловлены комплексом биологически активных веществ: витаминами (С, Р, В2, Е, каротиноидами), фенольными соединениями (флавоноидами, фенолокислотами, антоцианами), гликозидами, полисахаридами, сахарами, органическими и тритерпеновыми кислотами, жирными маслами, макро- и микроэлементами. Особая роль принадлежит макро- и микроэлементам, содержащимся в исследуемых плодах в виде биодоступных комплексов. Поэтому целью исследования [13] было качественное обнаружение и количественное определение элементного состава плодов калины и рябины обыкновенной. Определение элементного состава проводили методами пламенной фотометрии, атомно-эмиссионной спектроскопии и нейтронно-активационного анализа. Изученные образцы содержат важные биогенные элементы, необходимые для лечения и профилактики заболеваний иммунной и сердечно-сосудистой систем, что позволяет использовать данное лекарственное растительное сырье как перспективное для получения на их основе эффективных лекарственных средств и пищевых добавок. Определение содержания ионов щелочных и щелочноземельных металлов в биологических объектах методом пламенной фотометрии также стало объектом исследований в работах [14-16]. Обобщены различные методы атомной спектроскопии, которые можно использовать в биомедицинских приложениях [17]. Сюда входят, в первую очередь, пламенная атомно- абсорбционная спектроскопия, но могут использоваться и другие методы, такие как пламенная атомно-эмиссионная спектроскопия, атомно-эмиссионная спектроскопия с индуктивно связанной плазмой и масс-спектрометрия с индуктивно связанной плазмой. Основными приложениями являются определение многих основных следовых и объемных элементов из широкого диапазона матриц образцов, таких как ткани и их экстракты, а также биожидкостей, таких как кровь, сыворотка, моча и слюна. В работе [18] апробирован экспресс-метод определения магния в поливитаминном фармацевтическом препарате. Этот элемент анализируется пламенной атомно- абсорбционной спектрометрией после растворения образца в кислой среде. Были определены линейность, точность и надежность метода, а также рассчитаны пределы обнаружения и количественной оценки. Линейность ответа была подтверждена для концентраций в диапазоне от 0,05 до 0,40 мг/л магния. Коэффициент корреляции калибровочных прямых всегда был > 0,9999. Повторяемость метода дала относительное стандартное отклонение (RSD) 0,6%. Результаты показывают пригодность метода для прямого измерения магния в водорастворимом поливитаминном фармацевтическом препарате. В работе [19] метод пламенной атомно-абсорбционной спектрометрии был использован для определения цинка в образцах пищевых продуктов. Цинк образовал комплекс с хелатирующим агентом с образованием гидрофобных частиц. Гексафторфосфат 1-гексил-3-метилимидазолия ([Hmim][PF6]) ионная жидкость (ИЖ) использовалась в качестве экологически чистого экстракционного растворителя. Чтобы диспергировать фазу экстракции в растворе образца и повысить эффективность экстракции, в качестве диспергирующего агента использовалось микроволновое облучение. Нагревательный эффект микроволнового излучения заставляет ИЖ растворяться и диспергироваться в образце, что значительно повышает скорость и эффективность экстракции. После процесса экстракции раствор образца центрифугировали, осевшую фазу разбавляли и вводили в пламенную атомно-абсорбционную спектрометрию с помощью обычной аспирации. Были изучены и оптимизированы различные параметры, включая количество ионной жидкости, мощность микроволн, время облучения, pH, количество хелатирующего агента и количество соли. В оптимизированном состоянии, предел обнаружения составил 1,5 нг/мл, Показано, что роль микроэлементов в биологических системах стала заметной в клинической медицине за последние несколько лет, поскольку были разработаны надежные аналитические методы, подходящие для клинических лабораторий. Началом современного анализа микроэлементов стало появление в 1940-х годах пламенного фотометра. Этот аппарат был сильно ограничен в своем диапазоне; натрий, калий, литий и, в меньшей степени, кальций, барий и магний — единственные элементы, которые можно легко количественно определить с помощью этого метода. Доступность гораздо более универсального атомно-абсорбционного спектрофотометра в начале 1960-х годов привела к разработке методов, которые позволили клиническим лабораториям относительно легко измерять большое количество микроэлементов. Тем не менее, отсутствие легкодоступной литературы о биологических приложениях атомно-абсорбционной спектрофотометрии препятствовало ее принятию клинической лабораторией. Только в 1967 году начали появляться небольшие объемы биомедицинской ориентации [20]. Анализ микроэлементов в человеческих волосах для использования в качестве биомаркеров продолжает вызывать значительный интерес в экологических и биоаналитических исследованиях, медицинской диагностике и судебной медицине. В работе [21] изучались концентрации основных и токсичных элементов (Fe, Mg, Ca, Cu, Zn, Cr, Cd и Pb) с использованием пламенной атомно-абсорбционной спектроскопии в волосах кожи головы человека. Также было исследовано влияние возраста, пола, расы и привычек курения на уровни микроэлементов в образцах волос. Кроме того, анализы подвергались статистическому, регрессионному и главному компонентному анализу для оценки межэлементной ассоциации и возможного распознавания образов в образцах волос. Кроме того, были рассчитаны отношения Ca/Mg и Zn/Cu, которые часто используются для оценки степени использования Ca и Cu у людей и в качестве маркеров для различных проблем, связанных со здоровьем, включая атеросклероз, гипертонию, чувствительность к инсулину и рак поджелудочной железы. Общие средние концентрации Fe (25 мкг/г), Ca (710 мкг/г), Mg (120 мкг/г), Zn (190 мкг/г), Cu (12 мкг/г) и Cr (0,20 мкг/г) были обнаружены в образцах волос. Концентрации микроэлементов широко варьировались в образцах волос, о чем свидетельствует большой диапазон концентраций, полученных для каждого элемента. Однако в образце волос были обнаружены уровни элементов Cd и Pb <0,030 мкг/г. В целом уровни микроэлементов в образцах волос плохо коррелировали. Однако значимые корреляции были обнаружены между Ca и Mg (r = 0,840, p = 0,05). Было обнаружено, что уровни Fe, Ca, Mg, Zn, Cu и Cr в образцах волос и рассчитанные соотношения Ca/Mg и Zn/Cu в значительной степени коррелируют с возрастом, расой, полом и привычками к курению.
Сообщается, что метод пламенной атомной абсорбционной фотометрии находит широкое применение в анализе элементов в фармацевтической промышленности. В работе [22] рассмотрены различные области применения атомной спектроскопии при анализе металлов и металлоидов в лекарственных препаратах, активных фармацевтических ингредиентах, сырье и полупродуктах.
Предложен новый, простой, быстрый, селективный и экологически чистый метод определения ионов Cu (II), основанный на образовании комплекса между этими ионами и салофеном в качестве лиганда с последующей дисперсионной жидко-жидкостной микроэкстракцией нейтрального гидрофобного комплекса, образующегося в органической фазе, и пламенная атомно-абсорбционная спектрофотометрическая детекция. Были изучены и оптимизированы различные факторы, включая pH раствора образца, концентрацию салофена в качестве комплексообразующего реагента, тип и объем экстракционных и диспергирующих растворителей, а также время процесса, влияющие на эффективность экстракции ионов Cu (II) и его последующий аналитический сигнал. Предложенный метод также успешно применялся для экстракции и определения ионов Cu (II) в различных образцах воды и пищевых продуктов с удовлетворительными результатами [23].
Был разработан чувствительный, надежный и относительно быстрый метод определения цинка в инсулине с помощью атомно-абсорбционного спектрофотометра [24]. Спектрограммы стандартных и пробных растворов цинка регистрировали путем измерения оптической плотности при 213,9 нм для определения общего цинка. Было обнаружено, что процент извлечения цинка составил 99,8%, относительное стандартное отклонение 1,13%, линейность определениz LOD 0,0032 lg/ml, а предел квантования LOQ 0,0120 lg/ml.
Таким образом, можно сделать вывод о том, что применение метода пламенной фотометрии при анализе ионов щелочных и других металлов в биологических объектах продолжает оставаться актуальным, а в некоторых случаях является наиболее приемлемым методом анализа для таких исследований. Работы в этой области продолжают непрерывно развиваться и в настоящее время.
[/av_textblock]
[av_heading heading='Литература' tag='h3' style='' subheading_active='' show_icon='' icon='ue800' font='' size='' av-medium-font-size-title='' av-small-font-size-title='' av-mini-font-size-title='' subheading_size='' av-medium-font-size='' av-small-font-size='' av-mini-font-size='' icon_size='' av-medium-font-size-1='' av-small-font-size-1='' av-mini-font-size-1='' color='' custom_font='' icon_color='' margin='' margin_sync='true' padding='10' icon_padding='10' link='' link_target='' id='' custom_class='' av_uid='av-m7a6sv6m' admin_preview_bg=''][/av_heading]
[av_textblock size='' av-medium-font-size='' av-small-font-size='' av-mini-font-size='' font_color='' color='' id='' custom_class='' av_uid='av-doqqg' admin_preview_bg='']
