Инструментальный нейтронно-активационный анализ является одним из основных методов определения элементного состава вещества в образцах массой от нескольких мг до мкг. Метод инструментального нейтронно-активационного анализа (сокращенно ИНАА) горных пород основан на измерении спектра наведенного гамма-излучения после облучения образца тепловыми нейтронами в ядерном реакторе. Нейтронно-активационный анализ (НАА) является количественным, высокочувствительным методом анализа для высокоточного определения основных (породообразующих) и микроэлементов в образцах различных типов. НАА может выполнять неразрушающий анализ твёрдых тел, жидкостей, суспензий, растворов и газов при отсутствии или минимальной подготовки. В связи с проникающим характером нейтронов и гамма-лучей, результирующая технология обеспечивает точный анализ объёма. [https://www.fegi.ru/fegi/popov/monogr3.htm]
НАА является одним из самых эффективных и высокочувствительных методов, позволяющих проводить одновременное определение около 25-30 основных и микроэлементов в геологических, биологических образцах и образцах окружающей среды на уровне 10-6- 10-9 г/г без предварительной химической подготовки. [https://www.inp.kz/produkty-i-uslugi/testtiv/neitronno-aktivacionnyi-analiz?set_language=en ]К числу достоинств метода относятся: независимость результатов измерения от химического свойств элементов, возможность определения содержания большого числа элементов из одной навески пробы, возможность анализа маленьких (от нескольких миллиграммов) навесок образца, высокая производительность. К числу недостатков можно отнести низкую чувствительность метода при определении содержания ряда элементов (Zr, Nb, Sn, Te, Tl, Bi), значительная продолжительность времени для анализа, наведенная радиоактивность после облучения. [https://www.fegi.ru/fegi/popov/monogr3.htm]
Масс-спектрометрия с индуктивно связанной плазмой (ИСП-МС) сегодня является одним из наиболее универсальных методов анализа элементного состава вещества. В аналитической химии масс-спектрометрия с индуктивно связанной плазмой заняла место чрезвычайно быстрого и эффективного и высокочувствительного метода количественного одновременного определения многих элементов в широком диапазоне концентраций. Этот метод предназначен для анализа жидких, твердых и газообразных проб с обширным спектром применений: экология, медицина, биология, геология и геохимия, криминалистика, фармацевтическая, пищевая, полупроводниковая, металлургическая, химическая, ядерная промышленность и др. Другой задачей метода является измерение с высокой точностью соотношений концентраций изотопов различных элементов в разнообразных объектах анализа. Применение метода масс-спектрометрии с индуктивно связанной плазмой для измерений изотопных отношений стало возможным благодаря достаточно хорошей стабильности ионного источника (индуктивно связанная плазма) и высокой эффективности ионизации в нем атомов любых элементов. [https://spectroscopy-lab.ru/catalog/?SECTION_ID=7]Масс-спектрометр с индуктивно связанной плазмой позволяет определять содержание большинства элементов периодической системы. Этим методом обычно не определяются такие элементы как H, He, C, N, O, F, Ne, Cl, Ar, Kr, Xe. [ Современные методы масс-спектрометрии: Лабораторный практикум / А.С. Фролов, Т.Г. Моисеева, А.А. Сысоев, А.А. Сысо-
ев. — М.: МИФИ, 2008. — 96 с.]
Содержание элементов, их взаимосвязь способствуют выявлению воздействия, которое они оказывают на организм. Биологические роли элементов, содержание которых определяется методом масс-спектрометрии и ИНАА, рассматриваются далее.
Биологическая роль химических элементов (Ca, Cr, Li, Sb, Lu)
Кальций.
Кальция в организме содержится больше, чем других минералов. Суточная потребность в кальции составляет около 1000 мг или 25 ммоль кальция. При этом в желудочно-кишечном тракте всасывается только 25-50% этого количества, определённое количество кальция выводится из организма с мочой.
Основная масса кальция находится в костях и принимает участие в образовании костной ткани, она не участвует в обменных процессах. Только примерно 1% всей массы кальция организма участвует в обмене веществ и составляет 50-70 тысяч ммоль. Это, так называемый, «обменный» кальций. [https://sebulfin.com/meditsinskie-sovetyi/biologicheskaya-rol-kaltsiya]
Основные функции кальция в организме:
· структурный компонент костей и зубов;
· участвует в мышечных сокращениях;
· регулирует проницаемость клеточных мембран;
· участвует проводимости сигнала по нервным клеткам;
· регулирует сердечную деятельность;
· участвует в свертывании крови.
[https://eat-info.ru/references/microelements/kaltsiy/]
Недостаток кальция в организме.
Среди самых вредных последствий недостаточного количества кальция в организме человека стоит назвать следующие:
· развитие рахита (как у детей, так и у взрослых);
· развитие остеопороза (болезнь чаще всего встречается у взрослых людей);
· ломкость и тусклость волос и ногтей;
· проблемы с сердечным ритмом и со свертываемостью крови;
· судороги и спазмы мышц;
· остановка нормального роста и развития молодого организма;
· ломкость зубов, рвота и помутнения сознания.
Избыток кальция в организме.
Поскольку кальций является строительным элементом для организма человека, его нехватка проявляется очень ярко, хотя и его избыток тоже очень вреден для здоровья. Слишком большое количество кальция в организме приводит к неправильной работе мышц, к вялости, хромоте, нарушениям двигательной координации. К тому же, учащается количество переломов, как при нехватке, так и при избытке кальция. Значительный вред получают почки, через которые проходит этот макроэлемент: их функциональность снижается и повышается риск возникновения почечных заболеваний.[ https://vitaminen.ru/makro-i-mikroelementyi/biologicheskaya-rol-kaltsiya.html]
Хром.
Хром относится к биогенным элементам, который содержится в тканях растений и животных, и необходим для нормального развития и функционирования организма. Важнейшая его биологическая роль состоит в регуляции синтеза жиров, углеводного обмена и уровня глюкозы в крови.[ https://www.natural-sciences.ru/ru/article/view?id=27896]
В организме человека содержится около 6 мг хрома. В тканях органов содержание хрома в десятки раз выше, чем в крови. Наибольшее количество хрома присутствует в печени (0,2 мкг/кг) и почках (0,6 мкг/кг), кишечнике, щитовидной железе, хрящевой и костной ткани, в легких (в случае поступления соединений хрома с воздухом). В легких оседает до 70% поступившего хрома. С возрастом наблюдается снижение хрома количества в организме.[ https://www.psystan.ru/publ/pitanie/po_materialam_pechati/13-1-0-51]
Биологическая роль хрома.
· поддерживает нормальный уровень глюкозы в крови - входит в состав фактора толерантности к глюкозе (витаминоподобное соединение);
· усиливает действие инсулина, обеспечивает его нормальную активность;
· регулирует липидный обмен, возможно оказывает положительный эффект при атеросклерозе;
· обеспечивает структурную целостность нуклеиновых кислот;
· регулирует работу щитовидной железы (способен замещать йод);
· регулирует деятельность сердечной мышцы и кровеносных сосудов;
· усиливает процессы регенерации;
· способствует выведению из организма токсичных элементов.
Дефицит хрома.
Как правило, не наблюдается, но принципиально такие явления возможны.
Последствия дефицита хрома:
· быстрая утомляемость, бессонница, головные боли, беспокойство;
· невралгии, нарушение координации, тремор;
· нарушения углеводного и липидного обмена;
· увеличение риска развития сахарного диабета;
· снижение толерантности к глюкозе, особенно в пожилом возрасте;
· повышение риска ишемической болезни сердца;
· изменение массы тела (исхудание, ожирение);
· нарушение репродуктивной функции у мужчин.
Избыток хрома.
Последствия избытка хрома:
· дерматиты, экземы, язвы, изъязвления слизистых оболочек носа с характерной перфорацией носовой перегородки;
· гастрит, язвы желудка и двенадцатиперстной кишки;
· способствуют развитию аллергических реакций;
· нарушения сердечнососудистой системы;
· пневмосклероз;
· астено-невротические расстройства;
· нарушения печени (гепатопатии) и почек (нефропатии);
· повышения риска развития онкологических заболеваний. [https://eat-info.ru/references/microelements/khrom/]
Литий.
Литий является условно-эссенциальным микроэлементом. Это означает, что его биологическая функция известна, однако явлений дефицита лития не наблюдают.
Содержание лития в организме взрослого человека составляет около 70 мг. Преимущественно он находится (по уменьшению концентрации) в мозге, печени, почках, костях, сердце, легких.
Биологическая роль лития установлена не до конца. По разным источникам литий может оказывать следующие эффекты:
· снижает возбудимость центральной нервной системы (препараты лития применяются в психиатрии);
· регулирует транспорт натрия в нервных и мышечных клетках;
· снижает количество доступного свободного норадреналина в центральной нервной системе;
· снижает содержание серотонина в центральной нервной системе;
· увеличивает чувствительность нейронов некоторых областей мозга к действию дофамина.
Последствия избытка лития:
· общая слабость;
· сонливость, головокружение;
· потеря аппетита и отвращение к пище;
· боль при глотании;
· нарушения сердечнососудистой системы;
· тремор, атаксия;
· повышенная возбудимость мышц;
· повышение болевой чувствительности кожи;
· нарушения центральной нервной системы;
· нарушения работы почек. [https://eat-info.ru/references/microelements/litiy/]
Сурьма.
Физиологическая роль сурьмы для организма человека изучена недостаточно. Суточная потребность организма человека не установлена, среднесуточное поступление около 50 мкг.
Сурьма попадает в организм человека с пищей и избирательно концентрируется в щитовидной железе, печени, селезенке, скелете, почках, крови (в большей степени – в эритроцитах) и в других органах и тканях человека.
Предельно допустимая концентрация сурьмы в организме человека – 10–5–10–7 г на 100 г сухой массы ткани. При высокой концентрации этот элемент активирует ряд ферментов липидного, углеводного и белкового обмена. Из организма сурьма выводится достаточно медленно, преимущественно с мочой (до 80%).
Известно, что сурьма образует связи с атомами серы (например, реагирует с сульфгидрильными (тиоловыми) группами ферментов), что обусловливает ее высокую токсичность. Сурьма накапливается в щитовидной железе, угнетает её функцию и вызывает эндемический зоб. [https://www.pharmacognosy.com.ua/index.php/makro-i-mikro-chudesa/surma-rvotniy-kamen]
Лютеций.
Биологическая роль неизвестна. Растворимые соли малотоксичны. [https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%9B%D1%8E%D1%82%D0%B5%D1%86%D0%B8%D0%B9]