eng
Выпуск #5/2014
В.Копачевский, Л.Боброва, М.Кривошеева
Анализ человеческих волос на лазерном анализаторе элементного состава LEA-S500
Анализ человеческих волос на лазерном анализаторе элементного состава LEA-S500
Просмотры: 4279
Волосы являются хранителем информации о минеральном обмене веществ в человеческом организме в течение всего периода их роста. В статье представлены результаты исследований количественного определения 30 макро- и микроэлементов в человеческих волосах методом LIBS на лазерном анализаторе элементного состава LEA-S500. На основании полученных данных показана возможность применения лазерного анализатора LEA-S500 для изучения состояния элементного баланса в организме человека.
Теги: analysis of hair essential elements libs method анализ волос метод libs эссенциальные элементы
Анализ волос – перспективный инструмент для клинического скрининга и диагностики критически важных микро- и макроэлементов в организме человека. Существуют данные, что результаты с аномальными содержаниями элементов в волосах не совпадают с другими биологическими индикаторами, например, такими как кровь, сыворотка крови, моча. [1] Специалисты расходятся во мнениях о том, что для постановки диагноза заболевания достаточно провести элементный анализ волос. Трудность заключается в том, что для них очень сложно количественно определить "нормальные" или референтные значения микроэлементов из-за естественной изменчивости состава волос, связанной с их цветом, возрастом человека, его этническим и географическим происхождением, вредными привычками и другими факторами.
Отметим преимущества такого объекта исследования. В то время как моча и кровь, как правило, показывают текущее или недавнее состояние организма, волосы дают информацию о большом временном отрезке. Волосы легче и безопаснее для сбора.
Спектральный анализ волос позволяет провести диагностику нарушений минерального обмена, выявить соотношение необходимых и токсичных микроэлементов в организме человека и определить скрытые причины заболеваний, приобретенные болезни обмена веществ, воздействие токсинов на производстве и в быту, при криминальных отравлениях и т.д. [2, 3].
Для определения содержания жизненно необходимых и токсичных элементов в биосубстратах (волосах) может успешно применяться лазерная атомно-эмиссионная спектрометрия (LIBS). Нами разработана методика количественного определения 30 макро- и микроэлементов в человеческих волосах методом LIBS на лазерном анализаторе элементного состава LEA-S500, который широко используется для прецизионных измерений при исследовании многих объектов окружающей среды и техногенных материалов [4–6].
Для проведения анализа достаточно 50–100 мг волос. Часто волосы сильно загрязнены следами металлов из внешних источников. Потенциальные загрязнители – шампуни, краски для волос, химические завивки. Поэтому перед исследованием образца его тщательно промывают по стандартной методике в соответствии с требованиями МАГАТЭ [7] и методическими рекомендациями МЗ СССР и ФЦГСЭН МЗ РФ [8]. В этом заключается минимальная пробоподготовка отобранной для анализа пробы. Затем прядь волос склеивают специально подобранным составом. Полученную таким образом пробу помещают в камеру образцов прибора и экспонируют согласно разработанному алгоритму (рис.1а и 1б).
Калибровка прибора обеспечивается применением международных сертифицированных стандартных образцов NCS DC 73347a и NCS ZC 81002b. Для калибровки прибора можно использовать образцы волос, предварительно многократно проанализированные альтернативными методами, например, ИСП-АЭС или ИСП-МС. Предлагаемый нами метод позволяет получить результаты в течение 10–15 минут. Благодаря экспрессности анализа можно изучать динамику поступления элементов за небольшие временные отрезки. Воспроизводимость результатов для разных элементов составляет от 10 до 20%.
Проведены исследования волос людей разного возраста и пола. Для анализа отбирали прядь волос длиной 3–4 см от корня в зоне телогена (т.е. в стадии покоя, которая длится 100 дней) согласно принятой методике для проведения элементного анализа [7, 8]. Измерения массовых долей выполняли на расстоянии 2,5–3 см в средней части пряди (рис.1а и 1б).
Результаты анализа позволяют сделать вывод, в какой мере массовые доли измеряемых элементов подпадают под референтные "нормальные" диапазоны содержания данных элементов в соответствии с возрастом и полом человека. В табл.1 и 2 представлены определяемые элементы, минимальные измеряемые массовые доли, референтные [2, 3] массовые доли элементов в волосах для различных возрастных групп и данные (ppm), полученные на лазерном анализаторе LEA-S500 как среднее из трех параллельных измерений.
С помощью лазерного анализатора элементного состава LEA-S500 можно проследить временную динамику накопления эссенциальных элементов в волосах с течением времени. Проведены исследования пряди волос 14-летней девочки. Волосы росли в течение двух лет. Прядь разбили на участки длиной 3 см, что условно соответствует периоду роста волос три месяца. На каждом намеченном участке произведено по три параллельных измерения, результаты которых усреднили. Всего сделали 27 измерений и построили диаграммы, отражающие динамику поступления 15 элементов (Zn, Fe, P, Si, Mg, Mn, Ca, Al, Ti, Cu, Sr, Ba, Cr, K, и Na) в течение двух лет (с 12 до 14 лет) с периодичностью три месяца.
На рис.2–5 приведена динамика изменения массовых долей девяти элементов из 15 проанализированных. Видно, что некоторые элементы, такие как цинк, фосфор, железо, хром, имели явно выраженную положительную динамику в процессе роста ребенка. Щелочные элементы барий, кальций и магний проявляют небольшую отрицательную динамику. Элементы алюминий и медь относительно стабильны. Разброс точек на графике определяется погрешностью измерения данных элементов.
Полученные результаты демонстрируют уникальную возможность применения лазерного анализатора LEA-S500 для выполнения детальных исследований волос по мере их роста и позволяют судить о состоянии организма, его метаболизме, оценить дефицит жизненно необходимых элементов и вовремя внести необходимые коррективы в режим питания человека, а при необходимости провести комплекс лечения.
Преимущества метода:
нет необходимости озолять образец, т.е. значительно уменьшается время пробоподготовки; сокращается время анализа (в 5–6 раз);
нет загрязнений от реагентов, материалов сосудов, аппаратуры при кислотном разложении матрицы в открытой системе и неконтролируемых потерь летучих элементов;
не нужны особо чистые реактивы;
значительно уменьшена стоимость выполнения анализа.
Метод может с успехом применяться для гигиенической оценки баланса химических элементов в биосистеме, основанной на изучении регионального микроэлементного паспорта населения.
ЛИТЕРАТУРА
1. Barrett S. Commercial hair analysis: Science or scam. Journal of the American Medical Association. 1985, v.254, p.1041–1045.
2. Скальный А.В. Химические элементы в физиологии и экологии человека. – М.: Издательский дом "Оникс 21 век": Мир, 2004, 216 с.
3. Гресь Н.А., Скальный А.В. Биоэлементный статус населения Беларуси. – Минск: Харвест, 2011, 352 с.
4. Копачевский В.Д., Кривошеева М.А. Применение лазерного анализатора LEA-S500 для анализа химического состава материалов. – Новые огнеупоры, 2007, №9, c.32–35.
5. Копачевский В.Д. LEA-S500 – Универсальная мини-лаборатория контроля качества продукции. – Аналитика, №2, 2012, с.12–19.
6. Копачевский В.Д., Кривошеева М.А., Боброва Л.А., Клемято Д.В., Бойков В.Н. Анализ чистых материалов на лазерном анализаторе элементного состава LEA-S500. – Аналитика, №5, 2012, с.54–62.
7. Puchyr R.F., Bass D.A., Gajewski R., et al. Preparation of hair for measurement of elements by inductively coupled plasma-mass spectrometry (ICP-MS). Biological Trace Element Research, 1998, v.62, p.167–182.
8. Методические рекомендации МЗ СССР и ФЦГСЭН МЗ РФ, 2003.
Отметим преимущества такого объекта исследования. В то время как моча и кровь, как правило, показывают текущее или недавнее состояние организма, волосы дают информацию о большом временном отрезке. Волосы легче и безопаснее для сбора.
Спектральный анализ волос позволяет провести диагностику нарушений минерального обмена, выявить соотношение необходимых и токсичных микроэлементов в организме человека и определить скрытые причины заболеваний, приобретенные болезни обмена веществ, воздействие токсинов на производстве и в быту, при криминальных отравлениях и т.д. [2, 3].
Для определения содержания жизненно необходимых и токсичных элементов в биосубстратах (волосах) может успешно применяться лазерная атомно-эмиссионная спектрометрия (LIBS). Нами разработана методика количественного определения 30 макро- и микроэлементов в человеческих волосах методом LIBS на лазерном анализаторе элементного состава LEA-S500, который широко используется для прецизионных измерений при исследовании многих объектов окружающей среды и техногенных материалов [4–6].
Для проведения анализа достаточно 50–100 мг волос. Часто волосы сильно загрязнены следами металлов из внешних источников. Потенциальные загрязнители – шампуни, краски для волос, химические завивки. Поэтому перед исследованием образца его тщательно промывают по стандартной методике в соответствии с требованиями МАГАТЭ [7] и методическими рекомендациями МЗ СССР и ФЦГСЭН МЗ РФ [8]. В этом заключается минимальная пробоподготовка отобранной для анализа пробы. Затем прядь волос склеивают специально подобранным составом. Полученную таким образом пробу помещают в камеру образцов прибора и экспонируют согласно разработанному алгоритму (рис.1а и 1б).
Калибровка прибора обеспечивается применением международных сертифицированных стандартных образцов NCS DC 73347a и NCS ZC 81002b. Для калибровки прибора можно использовать образцы волос, предварительно многократно проанализированные альтернативными методами, например, ИСП-АЭС или ИСП-МС. Предлагаемый нами метод позволяет получить результаты в течение 10–15 минут. Благодаря экспрессности анализа можно изучать динамику поступления элементов за небольшие временные отрезки. Воспроизводимость результатов для разных элементов составляет от 10 до 20%.
Проведены исследования волос людей разного возраста и пола. Для анализа отбирали прядь волос длиной 3–4 см от корня в зоне телогена (т.е. в стадии покоя, которая длится 100 дней) согласно принятой методике для проведения элементного анализа [7, 8]. Измерения массовых долей выполняли на расстоянии 2,5–3 см в средней части пряди (рис.1а и 1б).
Результаты анализа позволяют сделать вывод, в какой мере массовые доли измеряемых элементов подпадают под референтные "нормальные" диапазоны содержания данных элементов в соответствии с возрастом и полом человека. В табл.1 и 2 представлены определяемые элементы, минимальные измеряемые массовые доли, референтные [2, 3] массовые доли элементов в волосах для различных возрастных групп и данные (ppm), полученные на лазерном анализаторе LEA-S500 как среднее из трех параллельных измерений.
С помощью лазерного анализатора элементного состава LEA-S500 можно проследить временную динамику накопления эссенциальных элементов в волосах с течением времени. Проведены исследования пряди волос 14-летней девочки. Волосы росли в течение двух лет. Прядь разбили на участки длиной 3 см, что условно соответствует периоду роста волос три месяца. На каждом намеченном участке произведено по три параллельных измерения, результаты которых усреднили. Всего сделали 27 измерений и построили диаграммы, отражающие динамику поступления 15 элементов (Zn, Fe, P, Si, Mg, Mn, Ca, Al, Ti, Cu, Sr, Ba, Cr, K, и Na) в течение двух лет (с 12 до 14 лет) с периодичностью три месяца.
На рис.2–5 приведена динамика изменения массовых долей девяти элементов из 15 проанализированных. Видно, что некоторые элементы, такие как цинк, фосфор, железо, хром, имели явно выраженную положительную динамику в процессе роста ребенка. Щелочные элементы барий, кальций и магний проявляют небольшую отрицательную динамику. Элементы алюминий и медь относительно стабильны. Разброс точек на графике определяется погрешностью измерения данных элементов.
Полученные результаты демонстрируют уникальную возможность применения лазерного анализатора LEA-S500 для выполнения детальных исследований волос по мере их роста и позволяют судить о состоянии организма, его метаболизме, оценить дефицит жизненно необходимых элементов и вовремя внести необходимые коррективы в режим питания человека, а при необходимости провести комплекс лечения.
Преимущества метода:
нет необходимости озолять образец, т.е. значительно уменьшается время пробоподготовки; сокращается время анализа (в 5–6 раз);
нет загрязнений от реагентов, материалов сосудов, аппаратуры при кислотном разложении матрицы в открытой системе и неконтролируемых потерь летучих элементов;
не нужны особо чистые реактивы;
значительно уменьшена стоимость выполнения анализа.
Метод может с успехом применяться для гигиенической оценки баланса химических элементов в биосистеме, основанной на изучении регионального микроэлементного паспорта населения.
ЛИТЕРАТУРА
1. Barrett S. Commercial hair analysis: Science or scam. Journal of the American Medical Association. 1985, v.254, p.1041–1045.
2. Скальный А.В. Химические элементы в физиологии и экологии человека. – М.: Издательский дом "Оникс 21 век": Мир, 2004, 216 с.
3. Гресь Н.А., Скальный А.В. Биоэлементный статус населения Беларуси. – Минск: Харвест, 2011, 352 с.
4. Копачевский В.Д., Кривошеева М.А. Применение лазерного анализатора LEA-S500 для анализа химического состава материалов. – Новые огнеупоры, 2007, №9, c.32–35.
5. Копачевский В.Д. LEA-S500 – Универсальная мини-лаборатория контроля качества продукции. – Аналитика, №2, 2012, с.12–19.
6. Копачевский В.Д., Кривошеева М.А., Боброва Л.А., Клемято Д.В., Бойков В.Н. Анализ чистых материалов на лазерном анализаторе элементного состава LEA-S500. – Аналитика, №5, 2012, с.54–62.
7. Puchyr R.F., Bass D.A., Gajewski R., et al. Preparation of hair for measurement of elements by inductively coupled plasma-mass spectrometry (ICP-MS). Biological Trace Element Research, 1998, v.62, p.167–182.
8. Методические рекомендации МЗ СССР и ФЦГСЭН МЗ РФ, 2003.
Отзывы читателей
