Угроза здоровью человека, связанная с загрязнением окружающей среды, является в настоящее время одной из самых актуальных проблем [1, 2]. Для адекватной оценки антропогенной нагрузки наиболее надежным методом является контроль содержания химических соединений в биологических средах [3–5]. В настоящее время данный прием рекомендован экспертами ВОЗ как наиболее доказательный [6].
Фтористые соединения широко применяются в различных отраслях промышленности. На предприятиях алюминиевой промышленности данный токсикант значительно превышает гигиенические нормативы [7, 8]. Ионы фтора постоянно входят в состав организма человека и содержатся главным образом в костной и зубной тканях. При недостатке фторидов у человека развивается кариес зубов, при повышенном поступлении – флюороз. Высокие концентрации ионов фтора опасны ввиду их способности к ингибированию ряда ферментативных реакций, а также к связыванию важных в биологическом отношении элементов (Р, Са, Мg и др.), нарушающему их баланс в организме [9]. Количественная оценка содержания фторид-иона в моче базируется на ионоселективном методе определения, характеризующимся высокой селективностью и чувствительностью метода. Однако в указанной методике не учитываются мешающие влияния. Ион фтора образует с некоторыми катионами малодиссоциированные комплексные соединения, а с катионами щелочноземельных металлов – малорастворимые фториды. Пробы мочи содержат значительное содержание минеральных веществ, преимущественно солей кальция и магния. При этом фторид-ионы могут находиться в связанном состоянии, что влияет на результаты измерения.
Целью нашей работы было усовершенствование методики определения фторид-ионов в пробах мочи с целью улучшения точности определения.
Материалы и методы исследования
Исследования выполняли специалисты лаборатории аналитической экотоксикологии и биомониторинга ФБГНУ «Восточно-Сибирский институт медико-экологических исследований». Объектами исследования являлись биологическая среда (моча), стандартные растворы фторид-иона, метрологические характеристики измерительного процесса.
Исследования проб на содержание фторид-ионов выполняли ионоселективным методом с использование иономера Мультитест ИПЛ-211. Градуировочную зависимость строили в координатах: значение pFградуировочных растворов, соответствующих отрицательному логарифму концентрации ионов фтора, -lg[F-], моль/дм3 – значение потенциала электрода, мВ.
Результаты исследования и их обсуждение
За основу определения была взята методика ионоселективного определения фторид-ионов в моче ионоселективным методом [10]. Для устранения мешающих влияний была использована динатриевая соль этилендиаминтетрауксусной кислоты (Трилон Б), обладающая способностью превращать нерастворимые соли кальция и магния в растворимые путем извлечения ионов металла из солей и замещения их на ионы натрия, соли которого растворимы и легко определяются.
Правильность результатов оценивали методом добавок. В качестве добавки использовался раствор, содержащий 0,4 мг фторид-иона (табл. 1).
Таблица 1
Результаты анализ проб мочи с различным составом буферного раствора
|
Состав буферного раствора |
Величина введенной добавки, мг |
Величина найденной добавки, мг |
Степень извлечения добавки, % |
|
Буфер БРОИС |
0,4 |
0,37 ± 0,002 |
92,5 ± 0,4 |
|
Буфер БРОИС + Трилон Б (0,001М) |
0,4 |
0,384 ± 0,001 |
95,6 ± 0,6 |
|
Буфер БРОИС + Трилон Б (0,025М) |
0,4 |
0,406 ± 0,001 |
100,4 ± 0,4 |
|
Буфер БРОИС + Трилон Б (0,033М) |
0,4 |
0,385 ± 0,002 |
96,2 ± 0,5 |
|
Буфер БРОИС + Трилон Б (0,05М) |
0,4 |
0,385 ± 0,003 |
96,2 ± 0,7 |
Таблица 2
Результаты анализа проб мочи с различной величиной добавки
|
Состав буферного раствора |
Величина введенной добавки, мг |
Величина найденной добавки, мг |
Степень извлечения добавки, % |
|
Буфер БРОИС |
0,025 |
0,023 ± 0,0003 |
92,0 ± 1 |
|
Буфер БРОИС + Трилон Б (0,025М) |
0,025 |
0,025 ± 0,0006 |
100,4 ± 2,4 |
|
Буфер БРОИС |
0,1 |
0,091 ± 0,001 |
91,2 ± 1 |
|
Буфер БРОИС + Трилон Б (0,025М) |
0,1 |
0,101 ± 0,001 |
100,1 ± 1,4 |
|
Буфер БРОИС |
0,2 |
0,18 ± 0,002 |
91,4 ± 1,1 |
|
Буфер БРОИС + Трилон Б (0,025М) |
0,2 |
0,2 ± 0,002 |
100,1 ± 1 |
|
Буфер БРОИС |
0,5 |
0,46 ± 0,005 |
91,9 ± 0,9 |
|
Буфер БРОИС + Трилон Б (0,025М) |
0,5 |
0,49 ± 0,01 |
99,8 ± 0,9 |
Материалы исследований показали, что лучшие результаты достигнуты при добавлении в буферный раствор Трилона Б в концентрации 0,025 М. Для оценки степени извлечения добавки провели эксперимент с различной величиной добавки (табл. 2).
Как видно из табл. 2, степень извлечения добавки при использовании стандартного буферного раствора составляет 91,1–91,9 %, в то время как применение Трилона Б увеличивает степень извлечения в среднем на 10 %.
В ходе разработки методики впервые были рассчитаны основные метрологические характеристики – показатели прецизионности и точности (табл. 3).
Таблица 3
Метрологические характеристики усовершенствованной методики измерения концентрации фторид-иона в моче
|
Показатели |
Рассчитанные значения |
|
Диапазон измерений, мг/дм3 |
0,19-40,00 |
|
Стандартное отклонение повторяемости, sr, % |
3,76 |
|
Пределы повторяемости, r |
10,5 |
|
Стандартное отклонение воспроизводимости, sR, % |
5,26 |
|
Пределы воспроизводимости, R |
14,7 |
|
Показатель точности, ±d, % |
11 |
Представленные значения пределов повторяемости и воспроизводимости характеризуют параметры методики, при которых полученные результаты будут признаны приемлемыми. Экспериментальная оценка показала, что для всего диапазона концентраций средняя полнота извлечения составляет 99,7 %. При соблюдении всех регламентированных условий проведения анализа погрешность результатов измерений при доверительной вероятности Р = 0,95 не превышает 11 %.
Несмотря на многочисленные публикации, касающиеся токсичности фтористых соединений и влияния их на состояние здоровья при профессиональном и экологическом воздействии, публикаций по методологии проведения биомониторинга фторидов крайне мало. В отечественных руководствах существует уже упоминавшаяся методика, основанная на ионоселективном измерении. А.Г. Колесник с соавторами [11], была сделана попытка модифицировать данную методику. Однако модификация заключалась в увеличении числа определений и усреднении результатов, что уменьшает коэффициент вариации, но не влияет на точность определения. Следует сказать, что ни отечественная, ни зарубежная методика не учитывают мешающее влияние состава матрицы. Кроме того, отсутствуют показатели прецизионности и точности для внутреннего и внешнего контроля качества проводимых измерений, что в настоящее время является необходимым условием для всех лабораторий [12]. Кроме того, методические приемы, положенные в основу метода определения, должны быть доступными, недорогими и индикативными. Представленные нами материалы по модификации методики развивают нормативно-методическую базу исследований и приводят ее в соответствие с современными требованиями.
В ходе апробации методики были проведены исследования населения Иркутской области, подвергающегося воздействию фтористых соединений в различной степени. Содержание фторид-ионов в моче определяли у детей и взрослых, проживающих в промышленных центров, и у поступивших в стационар работников алюминиевого производства Иркутской области с профессиональными заболеваниями (ПЗ) (табл. 4).
Таблица 4
Содержание фторид-иона в моче населения Иркутской области
|
Категория обследованных лиц |
Количество проб |
Концентрация фторид-иона в моче M ± m (min-max), мг/дм3 |
|
Дети |
165 |
0,67 ± 0,14 (0,45–0,74) |
|
Взрослое население |
35 |
0,65 ± 0,17 (0,46–3,21) |
|
Стажированные работники |
32 |
1,83 ± 0,12 (0,85–4,67) |
|
Пациенты с ПЗ в постконтактном периоде до 5 лет |
23 |
1,69 ± 0,14 (0,52–2,95) |
|
Пациенты с ПЗ в постконтактном периоде 5–10 лет |
29 |
1,48 ± 0,1 (0,57–2,77) |
|
Пациенты с ПЗ в постконтактном периоде 10 лет и более |
7 |
1,29 ± 0,17 (0,83–2) |
Как видно из данных табл. 4, у стажированных работников (стаж работы более 10 лет), продолжающих трудовую деятельность, содержание фторид-иона в моче колебалось в пределах от 0,85 до 4,67 мг/дм3, а у не работающих пациентов с профессиональным хроническим токсико-пылевым бронхитом и профессиональной хронической интоксикацией соединениями фтора – от 0,52 до 2,95 мг/дм3. У обследованных стажированных работников, продолжающих трудовую деятельность, и у 30 % неработающих работников алюминиевого производства содержание фторидов в моче превышало региональные уровни для взрослого населения. Элиминация фторид-иона продолжается и после окончания воздействия. По данным О.Ф. Рослого с соавторами [13], концентрация фторидов в моче работников Екатеринбургского алюминиевого завода в среднем составляет 2 мг/дм3. Детское население Иркутской области характеризуется сравнительно узким диапазоном содержания фторидов (табл. 4), в то время как в Пермском крае региональный уровень содержания фтора в моче детского населения составляет 0,32–1,32 мг/дм3 [14]. Таким образом, усовершенствованная нами методика позволяет производить измерения в диапазоне, перекрывающем указанные уровни, и может быть использована для оценки комплексной антропогенной нагрузки на территории при проведении санитарно-гигиенического мониторинга.
Заключение
Экспериментальные исследования показали, что применение Трилона Б, добавление Трилона Б снижает мешающее влияние матричных катионов и позволяет улучшить точность определения фторид-иона в пробах мочи, увеличивая степень извлечения определяемого компонента в среднем на 10 %. Нами установлены оптимальные условия проведения измерений. Диапазон определяемых концентраций составляет 0,19–40,0 мг/дм3. Усовершенствованная методика позволяет производить оценку содержания фторид-ионов в моче у лиц с различной техногенной нагрузкой. Впервые рассчитаны показатели прецизионности, воспроизводимости и точности методики, которые в соответствии с современными требованиями необходимо использовать при оформлении результатов измерений и оценке деятельности лабораторий на качество проведения измерений при реализации методики измерений.