Сотрудники лаборатории геохимии и аналитической химии благородных металлов Института геохимии и аналитической химии им. В.И. Вернадского (ГЕОХИ) РАН исследовали возможности наноразмерных материалов в сочетании с методами атомной спектрометрии – наиболее важного и распространенного современного инструмента неорганического анализа. Показано, как наноматериалы различного состава и строения повышают эффективность определения следовых содержаний элементов в природных объектах и благодаря этому – качество экологических, биомедицинских и других социально-значимых исследований. Результаты исследования опубликованы в журнале «Аналитика».

Большой потенциал применения высокодисперсных (нано) материалов привлекает внимание специалистов самых разных областей науки и технологии. Разнообразие  свойств обусловило перспективность их использования и в современных методах неорганического анализа, включая атомно-абсорбционную спектрометрию, атомно-эмиссионную и масс-спектрометрию с индуктивно связанной плазмой. Наноразмерные материалы применяют в качестве твердофазных экстрагентов (для выделения следовых количеств элементов из растворов) и матричных модификаторов (для усиления аналитических сигналов и повышения чувствительности определения элементов); они являются также объектом анализа.

Вследствие малой размерности (1-100 нм) используемые частицы обладают большой удельной поверхностью и потенциально высокой сорбционной способностью. Кроме того, возможности таких частиц могут быть значительно расширены за счет химического преобразования (модифицирования) поверхности; так получают различные сорбенты и материалы биомедицинского назначения.

Особенно интересны материалы с магнитными свойствами: сочетание этих свойств и сорбционной способности делают магнитные сорбенты эффективным и простым в применении материалом для решения задач, включающих разделение компонентов. Обычно разделение (концентрирование) компонентов перед инструментальным определением существенно облегчает детектирование, но может значительно удлинить анализ. Используя магнитные сорбенты и их сорбционные свойства,  можно легко выделить нужные (например, токсичные) компоненты из больших объемов раствора и отделить сорбент с помощью небольшого магнита (Рис. 1), что актуально при выполнении массовых скрининговых экологических исследований. Помимо простоты получения, дешевизны, возможности количественного и быстрого извлечения целевых веществ, эти сорбенты способствуют получению несложных по составу концентратов, которые легко анализировать различными инструментальными методами, в том числе, любыми атомно-спектральными.

В то же время широкое применение наноразмерных материалов в технологии и медицине привело к возникновению экологических проблем, связанных с увеличением количества искусственно получаемых наночастиц, попадающих в биосистемы и другие объекты окружающей среды, в первую очередь, в воды. Это обусловило актуальность аналитического контроля состава выпускаемых наноматериалов (в частности, определение элементов-примесей в них для оценки биотоксичности), а также исследования поведения наночастиц и продуктов их превращений в природных водных средах.

Новые перспективы для проведения экологических и биомедицинских исследований с участием наночастиц открывает появление современных инструментальных методов. В частности, особый интерес для решения таких задач представляет  масс-спектрометрия с индуктивно связанной плазмой в режиме детектирования одиночных частиц, позволяющая определять количество и размер наночастиц в растворе.

Публикация: И.В. Кубракова, Д.В. Пряжников, О.Н. Тютюнник, М.С. Киселева, О.О. Ефанова (2023) Наноразмерные материалы в аналитической атомной спектрометрии. Аналитика, 13 (2), 94, https://doi.org/10.22184/2227-572X.2023.13.2.94.104.  

Исследование выполнено при финансовой поддержке Минобрнауки России.