Первичная референтная методика измерений массовой доли и молярной концентрации меди и цинка в биологических материалах методом масс-спектрометрии с изотопным разбавлением
Е. В. Вострокнутова,
Т. Н. Табатчикова,
П. В. Мигаль,
Е. Л. Лебедева,
Е. П. Собина,
А. В. Собина,
М. Ф. Кузнецова https://doi.org/10.20915/2077-1177-2023-19-3-103-127
Аннотация
Установление и контроль метрологических характеристик определения микроэлементов в биологических материалах является актуальной задачей в силу широкого применения этих измерений в медицинской лабораторной диагностике.
В ходе проведенного исследования представлен процесс разработки первичной референтной методики измерений массовой доли и молярной концентрации меди и цинка в биологических материалах методом масс-спектрометрии с изотопным разбавлением. Определены оптимальные условия пробоподготовки и измерений методом изотопного разбавления и масс-спектрометрии с индуктивно-связанной плазмой с целью повышения точности. Изучены источники неопределенности, оценен вклад каждого источника в бюджет неопределенности. При аттестации разработанной методики измерений определены метрологические характеристики: диапазон измерений массовой доли меди и цинка от 1 ∙ 10–6 до 1,5 ∙ 10–3 %, диапазон измерений молярной концентрации меди и цинка от 2 до 20 мкмоль/дм3, относительная расширенная неопределенность измерений массовой доли меди – (7,1–7,5) %, относительная расширенная неопределенность измерений массовой доли цинка – (8,9–9,2) %, относительная расширенная неопределенность измерений молярной концентрации меди – 8,8 %, относительная расширенная неопределенность измерений молярной концентрации цинка – 8,6 %.
Разработанная методика предназначена для установления метрологических характеристик стандартных образцов состава лиофилизированной сыворотки крови и восстановленной лиофилизированной сыворотки крови, контроля правильности результатов измерений, полученных с использованием других методик (методов) измерений аналогичных величин, выполнения высокоточных измерений массовых долей и молярных концентраций меди и цинка в арбитражных целях в лиофилизированной сыворотке крови и восстановленной лиофилизированной сыворотке крови.
Ключевые слова
первичная референтная методика,
лиофилизированная сыворотка крови,
метод масс-спектрометрии с индуктивно-связанной плазмой,
метод изотопного разбавления
При поддержке: Исследования выполнены в УНИИМ – филиале ФГУП «ВНИИМ им. Д. И. Менделеева» в рамках составной части опытно-конструкторской работы «Разработка 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». Все измерения проводились с использованием оборудования УНИИМ – ф илиала ФГУП «ВНИИМ им. Д. И. Менделеева».
Об авторах
Е. В. Вострокнутова
УНИИМ – филиал ФГУП «ВНИИМ им. Д. И. Менделеева»
Россия
Россия
Вострокнутова Елена Владимировна – заместитель заведующего лабораторией метрологического обеспечения наноиндустрии, спектральных методов анализа и стандартных образцов
620075, г. Екатеринбург, ул. Красноармейская, 4
Т. Н. Табатчикова
УНИИМ – филиал ФГУП «ВНИИМ им. Д. И. Менделеева»
Россия
Россия
Табатчикова Татьяна Николаевна – в едущий инженер лаборатории метрологического обеспечения наноиндустрии, спектральных методов анализа и стандартных образцов
620075, г. Екатеринбург, ул. Красноармейская, 4
П. В. Мигаль
УНИИМ – филиал ФГУП «ВНИИМ им. Д. И. Менделеева»
Россия
Россия
Мигаль Павел Вячеславович – канд. техн. наук, заместитель директора филиала по науке, заведующий лабораторией математического моделирования измерительных процессов и систем
620075, г. Екатеринбург, ул. Красноармейская, 4
Е. Л. Лебедева
УНИИМ – филиал ФГУП «ВНИИМ им. Д. И. Менделеева»
Россия
Россия
Лебедева Елена Леонидовна – канд. хим. наук, научный сотрудник лаборатории метрологического обеспечения наноиндустрии, спектральных методов анализа и стандартных образцов
620075, г. Екатеринбург, ул. Красноармейская, 4
Е. П. Собина
УНИИМ – филиал ФГУП «ВНИИМ им. Д. И. Менделеева»
Россия
Россия
Собина Егор Павлович – д-р техн. наук, директор, заведующий лабораторией метрологического обеспечения наноиндустрии, спектральных методов анализа и стандартных образцов, член-корреспондент Метрологической академии
620075, г. Екатеринбург, ул. Красноармейская, 4
А. В. Собина
УНИИМ – филиал ФГУП «ВНИИМ им. Д. И. Менделеева»
Россия
Россия
Собина Алена Вячеславовна – канд. техн. наук, заведующий лаборатории физических и химических методов метрологической аттестации стандартных образцов
620075, г. Екатеринбург, ул. Красноармейская, 4
М. Ф. Кузнецова
УНИИМ – филиал ФГУП «ВНИИМ им. Д. И. Менделеева»
Россия
Россия
Кузнецова Марина Федоровна – заместитель заведующего лаборатории физических и химических методов метрологической аттестации стандартных образцов
620075, г. Екатеринбург, ул. Красноармейская, 4
Список литературы
1. Turnlund J. R. Human whole-body copper metabolism // The American Journal of Clinical Nutrition. 1998. Vol. 67. № 5. Р. 960S-964S. https://doi.org/10.1093/ajcn/67.5.960S
2. Mitochondrial copper in human genetic disorders / N. M. Garza [et al.] // Trends in Endocrinology and Metabolism. 2023. Vol. 34, № 1. P. 21–33. https://doi.org/10.1016/j.tem.2022.11.001
3. Biological applications of copper-containing materials / P. Wang [et al.] // Bioactive Materials. 2021. Vol. 6, № 4. P. 916–927. https://doi.org/10.1016/j.bioactmat.2020.09.017
4. Association between zinc and body composition: An integrative review / T. A. Cunha [et al.] // Journal of Trace Elements in Medicine and Biology. 2022. Vol. 71. P. 126940. https://doi.org/10.1016/j.jtemb.2022.126940
5. Kanwar A., Sharma A. A review on role of zinc as a potent immunity boosting agent // Materials Today: Proceedings. 2022. Vol. 68. № 4. P. 880–885. https://doi.org/10.1016/j.matpr.2022.06.423
6. Nriagu J. Zinc Deficiency in Human Health // Encyclopedia of Environmental Health. 2th ed. 2019. P. 489–499. https://doi.org/10.1016/B978-0-12-409548-9.11433–2
7. Роль микроэлементов в спортивном питании и безопасность металлохелатов / Н. Н. Каркищенко [и др.] // Биомедицина. 2013. № 3. С. 12–41.
8. Камилова Н. М., Садыхов Н. М., Алиев Ч. С. Диагностическое и прогностическое значение изучения влияния цинка, меди и селена на состояние здоровья человека // Биомедицина. 2016. № 4. С. 71–77.
9. Development and validation of an ICP-MS method and its application to determine multiple trace elements in small volumes of whole blood and plasma / E. M. Tanvir [et al.] // Journal of Analytical Toxicology. 2020. Vol. 44, № 9. P. 1036–1046. https://doi.org/10.1093/jat/bkaa033
10. Evaluation of metallic trace elements contents in some major raw foodstuffs in Burkina Faso and health risk assessment / B. S. R. Bazié1 [et al.] // Scientific Reports. 2022. Vol. 12, № 1. P. 4460. https://doi.org/10.1038/s41598–022–08470-z
11. Lau A. T. Y., Tan H. W., Xu Y. M. Epigenetic effects of dietary trace elements // Current Protocols in Pharmacology. 2017. № 3. P. 232– 241. https://doi.org/10.1007/s40495–017–0098-x
12. Tabrez Sh., Khan, Malik A. Microbial biofertilizers and micronutrient availability. The role of zinc in agriculture and human health. Switzerland: Springer, Cham, 2022. 461 p.
13. Molenda M., Kolmas J. The role of zinc in bone tissue health and regeneration-a review // Biological Trace Element Research. 2023. Published: 01 April 2023. https://doi.org/10.1007/s12011-023-03631-1
14. Zinc and its importance for human health: An integrative review / N. Roohani [et al.] // Journal of Research in Medical Sciences. 2013. Vol. 18, № 2. P. 144–157.
15. Mandarano A. H., McGargill M. A. Copper homeostasis is critical for T cell activation // The Journal of Immunology. 2022. Vol. 208. https://doi.org/10.4049/jimmunol.208.Supp.166.08
16. The molecular mechanisms of copper metabolism and its roles in human diseases / J. Chen [et al.] // Pflugers Arch – European Journal of Physiology. 2020. Vol. 472. P. 1415–1429. https://doi.org/10.1007/s00424-020-02412-2
17. Matouke M. M., Remawa A. A., Ndaghu N. N. Copper, zinc, lead, cadmium contents and health hazard inference of consuming Pseudotolithus senegalensis (Valenciennes, 1833) from Usuma dam, Abuja, Nigeria // Scientific African. 2022. Vol. 17. P. e01354. https://doi.org/10.1016/j.sciaf.2022.e01354
18. Review of copper and copper alloys as immune and antibacterial element / Y.-g. Wang [et al.] // Transactions of Nonferrous Metals Society of China. 2022. Vol. 32. № 10. P. 3163–3181. https://doi.org/10.1016/S1003–6326(22)66011-4
19. Трошина Е. А., Сенюшкина Е. С. Роль цинка в процессах синтеза и метаболизма гормонов щитовидной железы // Клиническая и экспериментальная тиреоидология. 2020. Т. 16, № 3. С. 25–30. https://doi.org/10.14341/ket12697
20. Налетов А. В., Мацынин А. Н., Мацынина М. А. Обеспеченность цинком – важный показатель здоровья человека // Health, Food & Biotechnology. 2022. Т. 4, № 3. С. 12–18. https://doi.org/10.36107/hfb.2022.i3.s147
21. Парахонский А. П. Роль меди в организме и значение ее дисбаланса // Естественно-гуманитарные исследования. 2015. № 10, Вып. 4. С. 73–94.
22. Ke. Q., Costa M., Kazantzis G. Chapter 10 – C arcinogenicity of metal compounds // Nordberg handbook on the toxicology of metals / Gunnar F. N. [et al.] eds. Academic Press, 2007. P. 177–196. https://doi.org/10.1016/B978–012369413–3/50065–3
23. Спектральные методы оценки содержания макро- и микроэлементов в биологических средах человека в норме / И. Н. Андрусишина [и др.] // Журнал Микроэлементы в медицине. 2011. Т. 12, № 3–4. С. 35–42.
24. Скиба Т. В., Цыганкова А. Р., Борисова Н. С. Прямое определение тяжелых металлов (Cu, Рb, Cd, Zn) в цельной крови и эякуляте быков методом инверсионной вольтамперометрии с использованием толстопленочных модифицированных графитовых электродов // Аналитика Сибири и Дальнего Востока: материалы Х Всероссийской научной конференции с международным участием, Барнаул, 12–17 сентября 2016 года. Барнаул: Алтайский государственный университет, 2016. С. 86.
25. Rapid quantitative determination of metals in blood and liver by FAAS / A. Irnius [et al.] // Chemija. 2005. Vol. 16, № 3–4. P. 29–33.
26. Determination of trace metal levels in the general population of Korea / H.-J. Kim [et al.] // International Journal of Environmental Research and Public Health. 2017. Vol. 14, № 7. P. 702. https://doi.org/10.3390/ijerph14070702
27. Murphy K. E., Long S. E., Vocke R. D. On the certification of cadmium at trace and ultratrace levels in standard reference materials using ID ICP-MS // Analytical and Bioanalytical Chemistry. 2007. Vol. 387, № 7. Р. 2453–2461. https://doi.org/10.1007/s00216-006-0880-9
28. Development of isotope dilution cold vapor inductively coupled plasma mass spectrometry and its application to the certification of mercury in NIST standard reference materials / S. J. Christopher [et al.] // Analytical Chemistry. 2001. Vol. 73, № 10. Р. 2190– 2199. https://doi.org/10.1021/ac0013002
29. Murphy K. E., Paulsen P. J. The determination of lead in blood using isotope dilution inductively coupled plasma mass spectrometry // Fresenius Journal of Analytical Chemistry. 1995. Vol. 352. Р.203–208. https://doi.org/10.1007/BF00322327
30. Comparison of clinical methods with isotope dilution inductively coupled plasma mass spectrometry for the new standard reference material 955c lead in caprine blood / K. E. Murphy [et al.] // Journal of Analytical Atomic Spectrometry. 2009. Vol. 24. Р. 1170–1178. https://doi.org/10.1039/B903060C
31. Ellison S. L. R ., Williams A. (Eds). Eurachem/CITAC Guide: Quantifying Uncertainty in Analytical Measurement. 3th ed. 2012. URL: www.eurachem.org (дата обращения: 22.04.2022).
32. Atomic masses // CIAAW of IUPAC. URL: http://www.ciaaw.org/atomic-masses.htm (дата обращения: 22.04.2022).
33. Создание эталонной установки на основе метода кулонометрии с контролируемым потенциалом в рамках совершенствования государственного первичного эталона ГЭТ 176 и ее измерительные возможности / В. М. Зыскин [и др.] // Эталоны. Стандартные образцы. 2016. № 2. С. 44–54. https://doi.org/10.20915/2077-1177-2016-0-2-44-54
34. Meija J., Mester Z. Paradigms in isotope dilution mass spectrometry for elemental speciation analysis // Аnalytica chimica acta. 2008. Vol. 607, № 2. Р.115–125. https://doi.org/10.1016/j.aca.2007.11.050
35. Isotope dilution analysis for elemental speciation: a tutorial review / P. Rodrı´guez-Gonzalez [et al.] // Spectrochimica Acta Part B: Atomic Spectroscopy. 2005. Vol. 60, № 2. Р. 151–207. https://doi.org/10.1016/j.sab.2005.01.005
Рецензия
Для цитирования:
Вострокнутова Е.В., Табатчикова Т.Н., Мигаль П.В., Лебедева Е.Л., Собина Е.П., Собина А.В., Кузнецова М.Ф. Первичная референтная методика измерений массовой доли и молярной концентрации меди и цинка в биологических материалах методом масс-спектрометрии с изотопным разбавлением. Эталоны. Стандартные образцы. 2023;19(3):103-127. https://doi.org/10.20915/2077-1177-2023-19-3-103-127
For citation:
Vostroknutova E.V., Tabatchikova T.N., Migal P.V., Lebedeva E.L., Sobina E.P., Sobina A.V., Kuznetsova M.F. Primary Reference Procedure for Measuring the Mass Fraction and Molar Concentration of Copper and Zinc in Biological Materials by Isotope Dilution Mass Spectrometry. Measurement Standards. Reference Materials. 2023;19(3):103-127. (In Russ.) https://doi.org/10.20915/2077-1177-2023-19-3-103-127
Просмотров:
395
Контент доступен под лицензией Creative Commons Attribution-NonCommercial 4.0 International (CC BY-NC 4.0).
Послать статью по эл. почте 
