rmjournalЭталоны. Стандартные образцыMeasurement Standards. Reference Materials2687-0886D. I. Mendeleyev Institute for Metrology10.20915/2077-1177-2023-19-4-51-62rmjournal-421Research ArticleСтандартные образцыReference materialsРазработка стандартных образцов изотопного состава диоксида углерода для 13С-уреазного дыхательного тестаDevelopment of Isotopic Reference Materials for 13C-Urea Breath Testshttps://orcid.org/0000-0002-3408-5116ЧубченкоЯ. К.ChubchenkoIa. K.

Чубченко Ян Константинович – канд. тех. наук, старший научный сотрудник научно-исследовательского отдела госэталонов в области физико-химических измерений

190005, г. Санкт-Петербург, Московский пр., д. 19

Ian K. Chubchenko – Cand. Sci. (Eng.), Senior Researcher of the Research Department of State Standards in the Field of Physical and Chemical Measurements

19 Moskovskiy ave., St. Petersburg, 190005

ycc@b10.vniim.ruФГУП «Всероссийский научно-исследовательский институт метрологии им. Д. И. Менделеева»РоссияD. I. Mendeleyev Institute for MetrologyRussian Federation2023240920231945162Copyright © Чубченко Я.К., 20232023Чубченко Я.К.Chubchenko I.K.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://www.rmjournal.ru/jour/article/view/421

В настоящий момент в РФ существует более 30 стандартов и аттестованных методик измерений по определению отношений изотопов углерода, кислорода, водорода. Реализованные в данных документах методики основаны на применении стандартных образцов зарубежного производства. Аналогичные стандартные образцы отечественного производства не выпускаются, в связи с чем широкое применение данного метода в ближайшее время будет существенно ограничено.

Цель исследования состояла в разработке стандартных образцов изотопного состава диоксида углерода для 13С-уреазного дыхательного теста. Для достижения поставленной цели потребовалось решить следующие задачи: разработать методику изготовления стандартного образца, изготовить опытную партию стандартного образца, провести испытания с целью утверждения типа стандартного образца.

Стандартный образец изготавливался посредством гравиметрического смешивания двух диоксидов углерода разного изотопного состава из разных источников с синтетическим воздухом. Расчет пропорции смешивания двух газовых источников диоксида углерода осуществлялся при помощи специально разработанного метода. Исследования стабильности стандартного образца выполнены методом ускоренного старения. Проведены испытания с целью утверждения типа стандартного образца: регистрационный номер в Федеральном информационном фонде по обеспечению единства измерений ГСО 11999–2022.

Достигнутые результаты обладают практической значимостью, потому что разработанные стандартные образцы могут улучшить точностные характеристики и достоверность 13С-уреазного дыхательного теста. В сравнении с разработанными ранее стандартными образцами разработанные нами стандартные образцы имеют более высокую химическую чистоту. Разработанная методика приготовления позволяет получить газовую смесь с заданным отношением изотопов кислорода, соответствующим изотопному составу кислорода в выдыхаемом воздухе, алкогольной и пищевой продукции, парниковых газах. Себестоимость разработанных нами стандартных образцов существенно ниже, чем стандартных образцов, изготовленных из изотопически чистых веществ. Дальнейшие исследования будут направлены на разработку СО отношений изотопов углерода, кислорода, водорода в жидких, твердых и газообразных средах, в том числе – с целью импортозамещения СО зарубежного производства. При этом будет использована разработанная методика гравиметрического приготовления СО из чистых веществ разного изотопного состава для получения материалов, имеющих широкий диапазон аттестованных значений изотопного состава.

Over 30 standards and certified measurement techniques are currently used in Russia to determine carbon, oxygen, and hydrogen isotope ratios. The techniques implemented in these documents are based on foreign reference materials (RMs). Similar domestically-produced RMs are not available, which makes the use of these techniques limited in the near future. This study aims to develop a certified RM (CRM) for the isotopic composition of carbon dioxide for 13C-urea breath tests. The following objectives were formulated: to develop a technique for obtaining RMs; to manufacture an RM pilot batch; to carry out type approval tests. The RM was manufactured by gravimetric mixing of carbon dioxide of two different isotopic composition from different sources with synthetic air. The mixing ratio was calculated using a specially developed technique. The RM stability was tested by an accelerated aging procedure. Following type approval tests, the developed CRM was included in the Federal Information Fund for Ensuring the Uniformity of Measurements under the registration number GSO 11999–2022. The practical significance of the obtained results is related to the possibility of using the developed CRM for improving the accuracy and validity of 13C-urea breath tests. Compared to the analogs, the developed CRM demonstrates a higher chemical purity.

метрологиястабильные изотопыизотопная масс-спектрометрияизотопная инфракрасная спектроскопиястандартные образцы изотоповстандартные образцы изотопного составаизотопный дыхательный тест13С-уреазный дыхательный тестMetrologyStable isotopeIsotope-ratio mass spectrometryIsotope-ratio infrared spectroscopyIsotopic reference materialsIsotopic composition reference materialsIsotopic breath test13C-Urea breath testСтатья выполнена в рамках договора № 02567567/12479/0505–20 от 04.12.2020 «Выполнение составной части опытно-конструкторской работы по разработке эталонного комплекса измерения массового расхода криогенных жидкостей; комплекса государственных первичных референтных методик измерений; эталонных установок и стандартных образцов для метрологического обеспечения измерений в медицинской лабораторной диагностике; комплекса для метрологического обеспечения цифровых электрических подстанций», шифр СЧ ОКР «Система-2020-М». Все измерения проводились с использованием оборудования научно-исследовательского отдела государственных эталонов в области физико-химических измерений ФГУП «ВНИИМ им. Д. И. Менделеева». Автор благодарит сотрудников и руководителя отдела канд. техн. наук Анну Викторовну Колобову за помощь в работе над исследованием.This article was prepared under Contract No. 02567567/12479/0505–20 of December 4, 2020 “Performing a component part of development of a reference complex for measuring the cryogenic liquids mass flow rate; a complex of state primary reference measurement techniques; standard units and reference materials for metrological support of measurements in medical laboratory diagnostics; a complex for metrological support of digital electric substations,” SCh OKR “Sistema-2020-M” code. All measurements were performed using the equipment of the research department of state standards in the field of physical and chemical measurements of D. I. Mendeleev All-Russian Institute for Metrology (VNIIM). The author would like to thank the staff and the head of the department, Dr. Anna Viktorovna Kolobova for their help in this study.ReferencesAssessment of international reference materials for isotope-ratio analysis (IUPAC Technical Report) / W. Brand [et al.] // Pure and Applied Chemistry. 2014. Vol. 86, № 3. P. 425–467. https://doi.org/10.1515/pac-2013–1023Brand W., Coplen T., Vogl J., Rosner M., Prohaska T. Assessment of international reference materials for isotope-ratio analysis (IUPAC Technical Report). Pure and Applied Chemistry. 2014;86(3):425–467. https://doi.org/10.1515/pac-2013–1023Chubchenko Ya. K., Konopel`ko L. A. Development of a new type of reference standard for carbon isotopic composition // Measurement Techniques. 2018. Vol. 60. P. 1228–1232. https://doi.org/10.1007/s11018-018-1344-2Chubchenko Ya. K., Konopel`ko L. A. Development of a new type of reference standard for carbon isotopic composition. Measurement Techniques. 2018;(60):1228–1232. https://doi.org/10.1007/s11018-018-1344-2Verkouteren M. R. Preparation, characterization, and value assignment of carbon dioxide isotopic reference materials: RMs 8562, 8563 and 8564 // Analytical Chemistry. 1999. Vol. 71. P. 4740–4746.Verkouteren M. R. Preparation, characterization, and value assignment of carbon dioxide isotopic reference materials: RMs 8562, 8563, and 8564. Analytical Chemistry. 1999;(71):4740–4746.Preparation and characterisation of IAEA-603, a new primary reference material aimed at the VPDB scale realisation for δ13C and δ18O determination / S. Assonov [et al.] // Rapid Commun Mass Spectrom. 2020. Vol. 34, № 20. P. e8867. https://doi.org/10.1002/rcm.8867Assonov S., Groening M., Fajgelj A., Hélie J. F., Hillaire-Marcel C. (2020) Preparation and characterisation of IAEA-603, a new primary reference material aimed at the VPDB scale realisation for δ13C and δ18O determination. Rapid Commun Mass Spectrom. 2020;34(20): e8867. https://doi.org/10.1002/rcm.8867Плавник Р. Г. 13С-уреазный дыхательный тест на Helicobacter pylori (клинические и организационные аспекты). М.: ИД МЕДПРАКТИКА-М, 2017. 36 с.Plavnik R. G. 13C-urea breath test for Helicobacter pylori (clinical and organizational aspects). ID Moscow: MEDPRAKTIKA-M; 2017. 36 p. (In Russ.).An optimized sampling system for highly reproducible isotope ratio measurements (δ13C and δ18O) of pure CO2 gas by infrared spectroscopy / J. Viallon [et al.] // Metrologia. 2020. Vol. 57, № 5. P. 055004. https://doi.org/10.1088/1681–7575/ab948cViallon J., Flores E., Moussay P., Chubchenko I., Rolle F., Zhang T. et al. An optimized sampling system for highly reproducible isotope ratio measurements (δ13C and δ18O) of pure CO2 gas by infrared spectroscopy. Metrologia. 2020;57(5):055004. https://doi.org/10.1088/1681–7575/ab948cSRS-sensor 13C/12C isotops measurements for detecting Helicobacter Pylori / A. Grishkanich [et al.] // Optical Fibers and Sensors for Medical Diagnostics and Treatment Applications. 2018. Vol. XVIII, 10488. P. 198–209. https://doi.org/10.1117/12.2295927Grishkanich A., Chubchenko Y., Elizarov V., Zhevlakov A., Konopelko L. SRS-sensor 13C/12C isotops measurements for detecting Helicobacter Pylori. Optical Fibers and Sensors for Medical Diagnostics and Treatment Applications. 2018; XVIII(10488):198–209. https://doi.org/10.1117/12.2295927Raman gas analyzer for detecting carbon isotopologues / V. V. Vitkin [et al.] // Journal of Physics: Conference Series. – IOP Publishing. 2019. Vol. 1399. P. 022033. https://doi.org/10.1088/1742–6596/1399/2/022033Vitkin V. V., Chubchenko I. K., Polischuk A. V., Kovalev A. V., Popov E. E. Raman gas analyzer for detecting carbon isotopologues. Journal of Physics: Conference Series – IOP Publishing. 2019;(1399):022033. https://doi.org/10.1088/1742–6596/1399/2/022033(2005) Calcite-CO2 mixed into CO2-free air: a new CO2-in-air stable isotope reference material for the VPDB scale / P. Ghosh [et al.] // Rapid Communications in Mass Spectrometry. 2005. № 19. P. 1097–1119. https://doi.org/10.1002/rcm.1886Ghosh P., Patecki M., Rothe M., Brand W. A. (2005) Calcite-CO2 mixed into CO2-free air: a new CO2-in-air stable isotope reference material for the VPDB scale. Rapid Communications in Mass Spectrometry (19):1097–1119. https://doi.org/10.1002/rcm.1886Preparation and characterisation of IAEA-603, a new primary reference material aimed at the VPDB scale realisation for δ13C and δ18O determination / S. Assonov [et al.] // Rapid Communications in Mass Spectrometry. 2020. № 34. P. e8867. https://doi.org/10.1002/rcm.8867Assonov S., Groening M., Fajgelj A., Hélie J. F., Hillaire-Marcel C. Preparation and characterisation of IAEA-603, a new primary reference material aimed at the VPDB scale realisation for δ13C and δ18O determination. Rapid Communications in Mass Spectrometry. 2020;(34): e8867. https://doi.org/10.1002/rcm.8867Helicobacter pylori breath test by the Raman spectroscopy gas analyzer / E. E. Popov [et al.] // 20th International Conference Laser Optics, 20–24 June 2022, St. Petersburg, Russia. 2022.Popov E. E., Polishchuk A. V., Chubchenko I. K., Kuznetsova O. B., Vitkin V. V. Helicobacter pylori breath test by the Raman spectroscopy gas analyzer. In: International Conference Laser Optics, 20–24 June 2022, St. Petersburg, Russia. (In Russ.).Raman and CRDS isotopic resolution spectroscopy for biomedicine applications / A. Grishkanich [et al.] // Journal of Physics: Conference Series – IOP Publishing. 2019. Vol. 1379. P. 012050. https://doi.org/10.1088/1742–6596/1379/1/012050Grishkanich A., Chubchenko Y., Kustikova M., Zhevlakov A., Konopelko L. et al. Raman and CRDS isotopic resolution spectroscopy for biomedicine applications. Journal of Physics: Conference Series. – IOP Publishing. 2019;(1379):012050. https://doi.org/10.1088/1742–6596/1379/1/012050

The authors declare that there are no conflicts of interest present.