Метод пробоподготовки биоорганических образцов


 

G01N1/28 - Исследование или анализ материалов путем определения их химических или физических свойств (разделение материалов вообще B01D,B01J,B03,B07; аппараты, полностью охватываемые каким-либо подклассом, см. в соответствующем подклассе, например B01L; измерение или испытание с помощью ферментов или микроорганизмов C12M,C12Q; исследование грунта основания на стройплощадке E02D 1/00;мониторинговые или диагностические устройства для оборудования для обработки выхлопных газов F01N 11/00; определение изменений влажности при компенсационных измерениях других переменных величин или для коррекции показаний приборов при изменении влажности, см. G01D или соответствующий подкласс, относящийся к измеряемой величине; испытание

Владельцы патента RU 2574738:

Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Новосибирский национальный исследовательский государственный университет" (НГУ) (RU)
Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт катализа им. Г.К. Борескова Сибирского отделения Российской академии наук (RU)

Изобретение относится к методу пробоподготовки биоорганических, в том числе, медицинских образцов для определения в них изотопного соотношения 14C/12C и 14C/13C с помощью ускорительного масс-спектрометра. Метод пробоподготовки биоорганических, в том числе, медицинских образцов включает окисление содержащегося в биоорганическом образце углерода до диоксида углерода. При этом биоорганический образец окисляют в жидкой фазе, в качестве окислителя используют пероксид водорода, а в качестве катализатора используют цеолит типа ZSM-5 с железосодержащим активным компонентом. Затем проводят графитизацию выделенного в результате окисления диоксида углерода СО2, после чего полученный порошок прессуют. Технический результат заключается в расширении спектра анализируемых веществ на изотопный состав углерода с применением ускорительной масс-спектроскопии. 1 з.п. ф-лы, 3 пр.

 

Изобретение относится к методам пробоподготовки биоорганических, в том числе, медицинских образцов для определения в них изотопного соотношения 14C/12C и 14C/13C с помощью ускорительного масс-спектрометра (УМС).

Известно, что метод УМС позволяет проводить измерение изотопного соотношения (отношение концентрации редкого изотопа к полной концентрации элемента) от 10-9 до 10-15 в образце массой от микрограмма до нанограмма (US 5209919, A61K 51/04, G01N 33/60, 11.05.1993. Благодаря высокой чувствительности метод УМС нашел применение в различных областях исследований, таких как радиоуглеродная датировка и науки о Земле.

Но самым многообещающим применением этого метода является исследование продуктов метаболизма лекарственных веществ, меченных радиоактивным изотопом. Применение малых доз лекарственных веществ позволит снизить не только радиационный уровень, но и понизить негативное влияние самого лекарственного препарата. Более того, возможность анализа малых проб позволит свести к минимуму биопсию жира, мышц и костной ткани, а использование долгоживущих изотопов позволит проводить исследования длительных процессов. Возможность безопасных испытания новых лекарственных веществ на человеке позволит сократить время и расходы, избегая испытания на животных и исключая непригодные лекарственные препараты на ранних этапах его тестирования (Hellborg R (2003) Accelerator mass spectrometry - an overview. Vacuum, 70, 365-372).

Для анализа на УМС образец проходит несколько стадий пробоподготовки, в результате получают углеродную таблетку.

Традиционно, первая стадия пробоподготовки представляет собой сушку образца. Высушенный образец вакуумируется и запаивается в стеклянную трубку, содержащую обожженную проволоку оксида меди. Окисление проходит в течение ночи при 900°C. Замороженный образец переносят в печь и проводят восстановление в течение ночи. Образующийся углеродный образец прессуется в алюминиевый катод и отправляется для анализа на УМС (ЕР 1257845, А2, B01D 59/44 G01N 1/28, 20.112002). К недостаткам этого метода подготовки проб можно отнести возможность потери летучих соединений на стадии сушки, а также на следующем этапе возможность неполного окисления соединений серы, способствующих отравлению катализатора графитизации.

Существует метод пробоподготовки, в котором образец не подвергается химической обработке. После сушки образец смешивается и прессуется с графитом (US 7368710, B01D 59/44, 06.05.2008). Как и в предыдущем примере, на стадии сушки возможна потеря летучих соединений.

Если для анализа на УМС используется углекислый газ, то наиболее эффективным подходом является сжигание малых количеств жидких образцов (US 8642953, H01J 49/34, 04.02.2014). Этот метод не имеет описанных недостатков, однако на данный момент существует немного приборов УМС, работающих с углекислым газом, а количества выделяемого углекислого газа в этом процессе недостаточно для проведения графитизации.

Таким образом, в литературе не известны способы проведения жидкофазного окисления проб, при котором выделяется достаточное количество углекислого газа для анализа на УМС, не работающем с углекислым газом.

Описываемое изобретение представляет собой усовершенствование процедуры традиционной пробоподготовки, описанной в патенте (ЕР 1257845, А2, B01D 59/44 G01N 1/28,20.112002), с целью исключения отмеченных недостатков.

Изобретение решает задачу расширения спектра анализируемых веществ на изотопный состав углерода с применением ускорительной масс-спектрометрии.

Технический результат - получение газообразного образца для анализа на ускорительном масс-спектрометре, более подробно - превращение углерода из водного раствора биоорганического образца любой концентрации непосредственно в углекислый газ, минуя стадии сушки и сжигания, при этом летучие соединения также

превращаются в СО2, при этом сера и азот переводятся из состава органических веществ в нелетучие неорганические соединения, преимущественно в сульфаты и нитраты, растворенные в воде.

Задача решается способом пробоподготовки биоорганических, в том числе медицинских, образцов для анализа на ускорительном масс-спектрометре УМС, который включает окисление содержащегося в биоорганическом образце углерода до диоксида углерода, в жидкой фазе, в качестве окислителя используют пероксид водорода, а в качестве катализатора используют цеолит типа ZSM-5 с железосодержащим активным компонентом, затем проводят графитизацию выделенного в результате окисления диоксида углерода СО2, после чего полученный порошок прессуют.

Графитизацию выделенного в результате окисления диоксида углерода СО2 проводят путем последовательных операций: адсорбции СО2 на сорбенте, десорбции СО2 с сорбента при нагревании, замораживанием диоксида углерода в зоне каталитической графитизации, графитизации СО2 на катализаторе.

Предлагается заменить первые две стадии, а именно сушку и сжигание, на процедуру жидкофазного окисления. В качестве окислителя планируется использовать пероксид водорода. Процесс окисления будет катализироваться железосодержащим цеолитом, например Fe-ZSM-5.

Преимущества предлагаемого метода окисления заключаются в отсутствии стадии сушки и, как следствие, исключении возможности потери летучих соединений, а также в полном окислении соединений серы до сульфатов и сокращении времени подготовки образца.

Известно, что соединения железа являются катализаторами разложения пероксида водорода. При определенных значениях pH могут реализовываться различные механизмы разложения. При достаточно низких значениях pH (<10) реакция протекает через образование гидроксильных радикалов. Эти радикалы сами по себе являются довольно сильными окислителями и могут провести окисление органических молекул, но большая их часть, как правило, расходуется с образованием молекул кислорода. При использовании гетерогенного катализатора наблюдается увеличение вклада реакции окисления по сравнению с гомогенными системами. Это объясняется адсорбцией органических веществ на поверхности катализатора, на которой происходит образование гидроксильных радикалов. Органические молекулы оказываются вблизи источника образования гидроксильных радикалов, тем самым увеличивая вероятность их взаимодействия. Адсорбционные центры освобождаются по мере окисления адсорбата (Sashkina K.А (2013) Hierarchical zeolite FeZSM-5 as a heterogeneous Fenton-type catalyst. Journal of Catalysis, 299,44-52).

Использование катализаторов на основе цеолитов эффективно при окислении малых молекул, таких как фенол, этанол, мочевина, благодаря развитой системе микропор. Однако окисление крупных молекул проходит только за счет внешней поверхности катализатора по причине стерических затруднений, что объясняет низкую степень минерализации молекул типа лигнина, размер которого составляет примерно 20 нм. Возникает необходимость увеличения внешней поверхности катализатора. Для этого существует два подхода: уменьшение размера частиц катализатора и использование некоторого темплата при синтезе цеолита для создания дополнительной системы крупных пор. В первом случае частицы катализатора будут коагулировать с образованием более крупных частиц. Таким образом, в обоих случаях будет происходить формирование частиц катализатора с иерархической системой пор. Применение таких катализаторов в реакциях окисления крупных молекул позволяет достигнуть значительно большей степени минерализации.

Пример 1

В стеклянном реакторе готовят 10 мл раствора, содержащего 5 г/л мочевины, 20 г/л железосодержащего цеолита Fe-ZSM-5, приготовленного по известной методике (Sashkina К А (2013) Hierarchical zeolite FeZSM-5 as a heterogeneous Fenton-type catalyst. Journal of Catalysis, 299, 44-52), и 2 M пероксида водорода. Из реактора откачивают воздух. Реакция проходит при перемешивании в течение 4 ч.

Далее накопившуюся смесь газов пропускают через кварцевый капилляр, в котором находится 1 г сорбента - оксида кальция или оксид магния, при температуре 450°C. После пропускания систему закрывают и откачивают с помощью мембранного насоса, затем сорбент разогревают до температуры 900°C и перемещают выделяемый им СО2 в пробирку графитизации с катализатором - порошком железа, или никеля, или меди, или любой их комбинации в количестве 6-8 мг, при помощи вымораживания жидким азотом. Капилляры соединяют между собой с помощью быстроразъемных соединений SMC и кранов луер-лок.

После напуска углекислый газ размораживают, определяют его давление, вновь вымораживают на дне кварцевой пробирки и напускают водород до отношения Н2:СО2=2.5-3. Количество напущенного водорода контролируют по показаниям датчика давления. Затем кварцевую пробирку размораживают и замеряют полное давление в системе, после чего донную часть пробирки помещают в печь. Удаление образующейся в ходе графитизации воды осуществляют перхлоратом магния. За кинетикой графитизации следят по изменению давления с помощью датчиков Honeywell или МРХ 4250.

После окончания графитизации кварцевую кювету с железом извлекают и взвешивают катализатор после графитизации. Порошок зауглероженного железа прессуют в алюминиевые пистоны для УМС-анализа.

Пример 2

В стеклянном реакторе готовят 10 мл раствора, содержащего 5 г/л глюкозы, 20 г/л железосодержащего цеолита Fe-ZSM-5, приготовленного по известной методике (Sashkina K.А (2013) Hierarchical zeolite FeZSM-5 as a heterogeneous Fenton-type catalyst. Journal of Catalysis, 299, 44-52), и 2 M пероксида водорода. Реактор подключают к системе, содержащей сорбент углекислого газа - оксид кальция. Из системы, содержащей реакционную смесь и сорбент, откачивают воздух. Реакция проходит при перемешивании в течение 4 ч.

Далее действуют по методике, описанной в примере 1.

Пример 3

В стеклянном реакторе готовят 10 мл раствора, содержащего 5 г/л интерферона, 20 г/л железосодержащего цеолита Fe-ZSM-5 с иерархической системой пор, приготовленного по известной методике (Sashkina K.А (2013) Hierarchical zeolite FeZSM-5 as a heterogeneous Fenton-type catalyst. Journal of Catalysis, 299, 44-52), и 2 M пероксида водорода. Из реактора откачивают воздух. Реакция проходит при перемешивании в течение 4 ч.

Далее действуют по методике, описанной в примере 1.

1. Метод пробоподготовки биоорганических, в том числе, медицинских образцов для анализа на ускорительном масс-спектрометре УМС, включающий окисление содержащегося в биоорганическом образце углерода до диоксида углерода, отличающийся тем, что биоорганический образец окисляют в жидкой фазе, в качестве окислителя используют пероксид водорода, а в качестве катализатора используют цеолит типа ZSM-5 с железосодержащим активным компонентом, затем проводят графитизацию выделенного в результате окисления диоксида углерода СО2, после чего полученный порошок прессуют.

2. Метод по п. 1, отличающийся тем, что графитизацию выделенного в результате окисления диоксида углерода СО2 проводят путем последовательных операций: адсорбции СО2 на сорбенте, десорбции СО2 с сорбента при нагревании, замораживанием диоксида углерода в зоне каталитической графитизации, графитизации СО2 на катализаторе.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области экспериментального определения температуры хрупко-вязкого перехода при распространении быстрой трещины в образцах материалов, на основе полиолефинов при их испытании на растяжение в исследуемом интервале температур и предназначено для использования при создании однородного хрупкого слоя на поверхности образца, действующего в качестве инициатора трещины.

Изобретение относится к нефтегазодобывающей промышленности, в частности к нефтепромысловому оборудованию для отбора пробы продукции скважины преимущественно в виде высоковязкой газожидкостной смеси.

Изобретение относится к установке для исследования процесса получения синтетических жидких углеводородов, включающей в себя линию подачи газообразных потоков, нагреватель, каталитический реактор, накопительные емкости, средства контроля температуры и давления, запорно-регулирующую арматуру.

Изобретение относится к обогащению полезных ископаемых, а именно к устройству для контроля потоков пульпы при осуществлении автоматического управления технологическими процессами флотации.

Изобретение относится к области измерительной техники, а именно к способу изготовления модельного образца для определения деформаций, и может быть использовано при исследовании напряженно-деформированного состояния металла в прокатном и кузнечно-прессовом производстве.

Изобретение относится к области радиохимии и может быть использовано при доставке разведенных порций (образцов) указанных растворов от места их отбора и разведения к анализаторам состава, находящимся на удалении.

Группа изобретений относится к пробоотборнику для отбора пробы расплавленного материала, имеющего температуру плавления свыше 600°С, к способу отбора данного материала, а также к прободержателю для расположения пробоотборника и к устройству, включающему данный пробоотборник и прободержатель.
Изобретение относится к области биологии и предназначено для биомониторинга водоема с использованием генетического состава популяций хирономид. В водоеме осуществляют отбор личинок хирономид IV стадии развития с последующей их фиксацией и приготовлением временных цитологических препаратов политенных хромосом слюнных желез личинок по ацето-орсеиновой методике.
Изобретение относится к медицине, а именно к фармакологии, гистологии и патологической анатомии, и может быть использовано для оценки анаболического действия лекарственных препаратов.
Изобретение относится к области медицины, в частности к медицинской диагностике, и описывает способ прогнозирования выживаемости у больных с метастазами колоректального рака в печени после ее резекции.
Изобретение относится к способу пробоподготовки биоорганических, в том числе медицинских, образцов для определения в них изотопного соотношения 14С/12С и 14С/13С с помощью ускорительного масс-спектрометра (УМС).

Изобретение относится к аналитической химии, а именно к способам определения изотопного состава вещества, предназначенным для анализа изотопного состава примесей в матрицах сложного состава, в частности для изотопного анализа метана в полевых условиях в воздухе, воде, грунте, снеге и бурильном растворе.

Изобретение относится к области анализа материалов, а именно к способам определения содержания примесей в газообразном гексафториде урана. .

Изобретение относится к области анализа материалов, а именно к способам определения содержания примесных соединений в ксеноне. .

Изобретение относится к технологии электромагнитного разделения изотопов химических элементов. .

Изобретение относится к области аналитической химии, в частности к области изотопного анализа, и может быть использовано (ввиду моноизотопного состава фтора) при определении изотопного состава бора в потоках BF3, циркулирующих в форме сырьевых, целевых, отвальных и флегмовых потоков в производстве изотопов бора путем разделения их природных и других изотопных смесей методами: термо- и масс-диффузии BF3, ультрацентрифугирования и криогенной ректификации трифторида бора, а также химобменной дистилляции комплексных соединений BF3 и химического изотопного обмена бора в двухфазных системах, содержащих трифторид бора.

Изобретение относится к технической физике и может быть использовано для анализа состава материалов и веществ. .

Изобретение относится к физике плазмы, а именно к методам и устройствам разделения изотопов в плазме, и может быть использовано в различных отраслях промышленности, например электронной, химической, биотехнологической, а также в энергетике, медицине, сельском хозяйстве и других областях.

Изобретение относится к физике плазмы, а именно к матодам и устройствам разделения изотопов в плазме. .

Изобретение относится к системе обнаружения дыма всасывающего типа. Система содержит трубопровод, обращенный к одной или множеству контролируемых областей, и всасывающий воздух в каждой из контролируемых областей; фотоэлектрический датчик дыма, прикрепленный к трубопроводу в состоянии, обращенном к каждой из контролируемых областей и обнаруживающий дым, подмешанный к воздуху, при всасывании воздуха из каждой контролируемой области; управляющее устройство, соединенное с базовым концевым участком трубки и всасывающее воздух из контролируемой области, и электрически соединенное с фотоэлектрическим датчиком дыма так, чтобы получать и обрабатывать сигнал обнаружения. Фотоэлектрический датчик дыма содержит участок обнаружения дыма, который обнаруживает дым во всасываемом воздухе, при этом на входной стороне участка обнаружения дыма имеется всасывающее отверстие, непосредственно всасывающее воздух из контролируемой области, и который оснащен базовым участком конца всасывающей трубки, входящей в контролируемую область, и монтажный порт, выполненный на выпускной стороне участка обнаружения дыма, который оснащен концевым участком трубопровода. Изобретение определяет наличие дыма быстро и с высокой точностью и быстро идентифицирует место возгорания. 10 з. п. ф-лы, 12 ил.
Наверх