zhpsЖурнал прикладной спектроскопииZhurnal Prikladnoii Spektroskopii0514-7506B. I. Stepanov Institute of Physics of the National Academy of Scienceszhps-1408Research ArticleСПЕКТРОСКОПИЯ В ЭКОЛОГИЧЕСКИХ ИССЛЕДОВАНИЯХSPECTROSCOPY IN ECOLOGICAL STUDIESСовместное применение лазерно-искровой эмиссионной спектроскопии и рентгенофлуоресцентной спектроскопии для элементного анализа водных организмовLaser-Induced Breakdown and X-Ray Fluorescence Spectroscopies for the Elemental Analysis of Aquatic OrganismsСушковН. И.SushkovN. I.

Москва

Department of Chemistry

Moscow

nikolaisushkov@laser.chem.msu.ruКурьянН. Н.KurianN. N.

Гродно

Grodno

kurian90@mail.ruАнучинС. Н.AnuchinS. N.

Гродно

Grodno

ЗайцевС. М.ZaytsevS. M.

Москва

Department of Chemistry

Moscow

Московский государственный университет имени М. В. ЛомоносоваLomonosov Moscow State UniversityГродненский государственный университет имени Янки КупалыYanka Kupala Grodno State University202324112023906917925Copyright © Сушков Н.И., Курьян Н.Н., Анучин С.Н., Зайцев С.М., 20232023Сушков Н.И., Курьян Н.Н., Анучин С.Н., Зайцев С.М.Sushkov N.I., Kurian N.N., Anuchin S.N., Zaytsev S.M.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://zhps.ejournal.by/jour/article/view/1408

Элементный химический анализ водных организмов необходим для изучения их биохимии и экологии, а также для экологического мониторинга. Большинство пригодных для этого аналитических методов предполагает переведение твердой пробы в раствор. Анализ без разложения возможен методами рентгенофлуоресцентной спектроскопии (РФС) и лазерно-искровой эмиссионной спектроскопии (ЛИЭС), аналитические возможности которых дополняют друг друга. Проведено сравнение результатов ЛИЭС и РФС при определении ряда макрои микроэлементов (P, Cl, K, Ca; B, Mn, Fe, Cu, Zn, Sr) в органах и тканях рыб и водных растений с помощью градуировочной зависимости. Для учета матричных эффектов сигналы элементов нормировали на интенсивность некогерентно рассеянного излучения (в РФС) и на интенсивность линии водорода Ha из серии Бальмера (в ЛИЭС). Сравнение полученных результатов с данными независимого анализа методом атомно-эмиссионной спектроскопии с индуктивно-связанной плазмой показало, что ЛИЭС превосходит РФС по правильности результатов для относительно легких элементов (P, K, Ca, Mn, Fe и Cu). При определении более тяжелых элементов (Zn и Sr) это преимущество переходит к РФС. Сочетание ЛИЭС и РФС позволяет расширить круг определяемых элементов и в некоторых случаях (P, K, Mn, Fe, Zn, Sr) избежать химического разложения пробы, что важно для упрощения процедуры анализа.

Elemental chemical analysis of aquatic organisms is necessary for biochemical and ecological studies, as well as for pollution monitoring. To this end, mainly wet analytical methods are used. However, direct analysis is possible by techniques such as X-ray fluorescence spectroscopy (XRF) and laser-induced breakdown spectroscopy (LIBS), which are mutually complementary in terms of analytical capabilities. Our study deals with the comparison of LIBS and XRF performance in the calibration-based determination of macroand microelements (P, Cl, K, Ca; B, Mn, Fe, Cu, Zn, and Sr) in organs and tissues of fishes and aquatic plants (bream, pike, horsetail, and hornwort). It has turned out necessary to normalise the signals of elements to the intensity of incoherently scattered radiation (in XRF) and to that of Balmer H-alpha emission line (in LIBS) to account for matrix effects. The comparison of the obtained data with the results of reference analysis by inductively coupled plasma optical emission spectroscopy has shown that LIBS is superior to XRF in terms of trueness for relatively light elements (P, K, Ca, Mn, Fe, and Cu). For heavier elements (Zn and Sr), this advantage moves to XRF. The combination of LIBS and XRF makes it possible to broaden the range of measurable elements, and in some cases (determination of P, K, Mn, Fe, Zn, and Sr), wet chemical decomposition becomes unnecessary, which is important for the simplification of analytical procedures.

элементный анализрентгенофлуоресцентная спектроскопиялазерноискровая эмиссионная спектроскопиянормировка сигналарыбаводные растенияelemental analysisX-ray fluorescence spectroscopylaser-induced breakdown spectroscopysignal normalisationfishaquatic plantsРабота выполнена при финансовой поддержке Российского фонда фундаментальных исследований (грант № 20-53-04036) и Белорусского республиканского фонда фундаментальных исследований (грант № Б21РМ-085)ReferencesC. M. Wood. Fish Physiology, Eds. C. M. Wood, A. P. Farrell, C. Brauner, 31, Academic Press (2011) 1—51C. M. Wood. Fish Physiology, Eds. C. M. Wood, A. P. Farrell, C. Brauner, 31, Academic Press (2011) 1—51Т. И. Моисеенко. Геохимия, № 3 (2015) 222—233Т. И. Моисеенко. Геохимия, № 3 (2015) 222—233И. В. Кизеветтер. Биохимия сырья водного происхождения, Москва, Пищевая промышленность (1973)И. В. Кизеветтер. Биохимия сырья водного происхождения, Москва, Пищевая промышленность (1973)Н. И. Сушков, Н. В. Лобус, И. В. Селивёрстова, Т. А. Лабутин. Опт. и спектр., 128, № 9 (2020) 1231—1237N. I. Sushkov, N. V. Lobus, I. V. Seliverstova, T. A. Labutin. Opt. and Spectrosс., 128, N 9 (2020) 1343—1349.N. I. Sushkov, G. Galbács, K. Fintor, N. V. Lobus, T. A. Labutin. Analyst, 147 (2022) 3248—3257N. I. Sushkov, G. Galbács, K. Fintor, N. V. Lobus, T. A. Labutin. Analyst, 147 (2022) 3248—3257N. I. Sushkov, G. Galbács, P. Janovszky, N. V. Lobus, T. A. Labutin. Sensors, 22 (2022) 8234N. I. Sushkov, G. Galbács, P. Janovszky, N. V. Lobus, T. A. Labutin. Sensors, 22 (2022) 8234J. Ylikörkkö, G. N. Christensen, H. J. Andersen, D. Denisov, P.-A. Amundsen, P. Terentjev, E. Jelkänen. Environmental Monitoring Programme for Aquatic Ecosystems in the Norwegian, Finnish and Russian Border Area. Updated Implementation Guidelines, Centre for Economic Development, Transport and the Environment for Lapland (2015)J. Ylikörkkö, G. N. Christensen, H. J. Andersen, D. Denisov, P.-A. Amundsen, P. Terentjev, E. Jelkänen. Environmental Monitoring Programme for Aquatic Ecosystems in the Norwegian, Finnish and Russian Border Area. Updated Implementation Guidelines, Centre for Economic Development, Transport and the Environment for Lapland (2015)N. A. Panichev, S. E. Panicheva. Food Chemistry, 166 (2015) 432—441N. A. Panichev, S. E. Panicheva. Food Chemistry, 166 (2015) 432—441R. R. Rasmussen, R. V. Hedegaard, E. H. Larsen, J. J. Sloth. Analyt. Bioanalyt. Chem., 403, N 10 (2012) 2825—2834R. R. Rasmussen, R. V. Hedegaard, E. H. Larsen, J. J. Sloth. Analyt. Bioanalyt. Chem., 403, N 10 (2012) 2825—2834T. I. Moiseenko, L. P. Kudryavtseva. Environ. Poll., 114, N 2 (2001) 285—297T. I. Moiseenko, L. P. Kudryavtseva. Environ. Poll., 114, N 2 (2001) 285—297N. A. Gashkina, T. I. Moiseenko, L. A. Shuman, I. M. Koroleva. Ecotoxic. Environ. Safety, 239 (2022) 113659N. A. Gashkina, T. I. Moiseenko, L. A. Shuman, I. M. Koroleva. Ecotoxic. Environ. Safety, 239 (2022) 113659M. O. Varrà, S. Ghidini, L. Husáková, A. Ianieri, E. Zanardi. Foods, 10, N 2 (2021) 270M. O. Varrà, S. Ghidini, L. Husáková, A. Ianieri, E. Zanardi. Foods, 10, N 2 (2021) 270O. Y. Song, M. A. Islam, J. H. Son, J. Y. Jeong, H. E. Kim, L. S. Yeon, N. Khan, N. Jamila, K. S. Kim. Meat Sci., 172 (2021) 108344O. Y. Song, M. A. Islam, J. H. Son, J. Y. Jeong, H. E. Kim, L. S. Yeon, N. Khan, N. Jamila, K. S. Kim. Meat Sci., 172 (2021) 108344T. I. Moiseenko, N. A. Gashkina, Y. N. Sharova, L. P. Kudryavtseva. Ecotoxic. Environ. Safety, 71, N 3 (2008) 837—850T. I. Moiseenko, N. A. Gashkina, Y. N. Sharova, L. P. Kudryavtseva. Ecotoxic. Environ. Safety, 71, N 3 (2008) 837—850M. B. Bueno Guerra, C. E. G. R. Schaefer, G. G. A. de Carvalho, P. F. de Souza, D. S. Júnior, L. C. Nunes, F. J. Krug. J. Analyt. At. Spectrom., 28, N 7 (2013) 1096—1101M. B. Bueno Guerra, C. E. G. R. Schaefer, G. G. A. de Carvalho, P. F. de Souza, D. S. Júnior, L. C. Nunes, F. J. Krug. J. Analyt. At. Spectrom., 28, N 7 (2013) 1096—1101П. М. Фарков, А. Л. Финкельштейн. Аналитика и контроль, 6, № 4 (2002) 485—489П. М. Фарков, А. Л. Финкельштейн. Аналитика и контроль, 6, № 4 (2002) 485—489A. Hokura, E. Harada. Metallomics: Recent Analytical Techniques and Applications, Eds. Y. Ogra, T. Hirata, Tokyo, Springer Japan (2017) 125—145A. Hokura, E. Harada. Metallomics: Recent Analytical Techniques and Applications, Eds. Y. Ogra, T. Hirata, Tokyo, Springer Japan (2017) 125—145Г. А. Леонова, В. А. Бобров. Геохимическая роль планктона континентальных водоемов Сибири в концентрировании и биоседиментации микроэлементов, Новосибирск, Гео (2012)Г. А. Леонова, В. А. Бобров. Геохимическая роль планктона континентальных водоемов Сибири в концентрировании и биоседиментации микроэлементов, Новосибирск, Гео (2012)R. A. Rezk, A. H. Galmed, M. Abdelkreem, N. A. Abdel Ghany, M. A. Harith. J. Adv. Res., 14 (2018) 1—9R. A. Rezk, A. H. Galmed, M. Abdelkreem, N. A. Abdel Ghany, M. A. Harith. J. Adv. Res., 14 (2018) 1—9Y. Zhang, T. Zhang, H. Li. Spectrochim. Acta B: At. Spectrosc., 181 (2021) 106218Y. Zhang, T. Zhang, H. Li. Spectrochim. Acta B: At. Spectrosc., 181 (2021) 106218K. Rawat, N. Sharma, V. K. Singh. X‐Ray Fluorescence in Biological Sciences, Wiley оnline Books (2022) 1—20K. Rawat, N. Sharma, V. K. Singh. X‐Ray Fluorescence in Biological Sciences, Wiley оnline Books (2022) 1—20F. M. Peinado, S. M. Ruano, M. G. B. González, C. E. Molina. Geoderma, 159, N 1 (2010) 76—82F. M. Peinado, S. M. Ruano, M. G. B. González, C. E. Molina. Geoderma, 159, N 1 (2010) 76—82G. G. Arantes de Carvalho, M. B. Bueno Guerra, A. Adame, C. S. Nomura, P. V. Oliveira, H. W. Pereira de Carvalho, D. Santos, L. C. Nunes, F. J. Krug. J. Analyt. At. Spectrom., 33, N 6 (2018) 919—944G. G. Arantes de Carvalho, M. B. Bueno Guerra, A. Adame, C. S. Nomura, P. V. Oliveira, H. W. Pereira de Carvalho, D. Santos, L. C. Nunes, F. J. Krug. J. Analyt. At. Spectrom., 33, N 6 (2018) 919—944D. Santos, L. C. Nunes, G. G. A. de Carvalho, M. da S. Gomes, P. F. de Souza, F. de O. Leme, L. G. C. dos Santos, F. J. Krug. Spectrochim. Acta B: At. Spectrosc., 71-72 (2012) 3—13D. Santos, L. C. Nunes, G. G. A. de Carvalho, M. da S. Gomes, P. F. de Souza, F. de O. Leme, L. G. C. dos Santos, F. J. Krug. Spectrochim. Acta B: At. Spectrosc., 71-72 (2012) 3—13R. Zeisler. Fresenius’ J. Analyt. Chem., 360, N 3 (1998) 376—379R. Zeisler. Fresenius’ J. Analyt. Chem., 360, N 3 (1998) 376—379G. Galbács. Laser-Induced Breakdown Spectroscopy in Biological, Forensic and Materials Sciences, Cham, Springer International Publishing (2022)G. Galbács. Laser-Induced Breakdown Spectroscopy in Biological, Forensic and Materials Sciences, Cham, Springer International Publishing (2022)N. B. Zorov, A. A. Gorbatenko, T. A. Labutin, A. M. Popov. Spectrochim. Acta B: At. Spectrosc., 65, N 8 (2010) 642—657N. B. Zorov, A. A. Gorbatenko, T. A. Labutin, A. M. Popov. Spectrochim. Acta B: At. Spectrosc., 65, N 8 (2010) 642—657L. C. Peruchi, L. C. Nunes, G. G. A. de Carvalho, M. B. B. Guerra, E. de Almeida, I. A. Rufini, D. Santos, F. J. Krug. Spectrochim. Acta B: At. Spectrosc., 100 (2014) 129—136L. C. Peruchi, L. C. Nunes, G. G. A. de Carvalho, M. B. B. Guerra, E. de Almeida, I. A. Rufini, D. Santos, F. J. Krug. Spectrochim. Acta B: At. Spectrosc., 100 (2014) 129—136A. M. Popov, T. F. Akhmetzhanov, S. M. Zaytsev, A. N. Drozdova, I. A. Kalko, T. A. Labutin. J. Analyt. At. Spectrom., 37, N 10 (2022) 2144—2154A. M. Popov, T. F. Akhmetzhanov, S. M. Zaytsev, A. N. Drozdova, I. A. Kalko, T. A. Labutin. J. Analyt. At. Spectrom., 37, N 10 (2022) 2144—2154F. O. Leme, D. M. Silvestre, A. N. Nascimento, C. S. Nomura. J. Analyt. At. Spectrom., 33, N 8 (2018) 1322—1329F. O. Leme, D. M. Silvestre, A. N. Nascimento, C. S. Nomura. J. Analyt. At. Spectrom., 33, N 8 (2018) 1322—1329Определение массовой доли химических элементов в пробах животного и растительного происхождения рентгенофлуоресцентным методом на приборе СЕР-01: МВИ.МН 3272-2009, Минск, МГЭУ (2009)Определение массовой доли химических элементов в пробах животного и растительного происхождения рентгенофлуоресцентным методом на приборе СЕР-01: МВИ.МН 3272-2009, Минск, МГЭУ (2009)Описание типа средств измерений № 44726-10: спектрометры энергий рентгеновского излучения СЕР-01, ВНИИФТРИ (2010), https://fgis.gost.ru/fundmetrology/registry/4/items/355615Описание типа средств измерений № 44726-10: спектрометры энергий рентгеновского излучения СЕР-01, ВНИИФТРИ (2010), https://fgis.gost.ru/fundmetrology/registry/4/items/355615C. Aragon, J. A. Aguilera, F. Penalba. Appl. Spectrosc., 53, N 10 (1999) 1259—1267C. Aragon, J. A. Aguilera, F. Penalba. Appl. Spectrosc., 53, N 10 (1999) 1259—1267Е. В. Смирнова, О. В. Зарубина. Стандартные образцы, № 3 (2014) 45—57Е. В. Смирнова, О. В. Зарубина. Стандартные образцы, № 3 (2014) 45—57Количественный химический анализ почв. Методика измерений массовых долей металлов в осадках сточных вод, донных отложениях, образцах растительного происхождения спектральными методами. ПНД Ф 16.2.2:2.3.71-2011, Москва, ФБУ “ФЦАО” (2011)Количественный химический анализ почв. Методика измерений массовых долей металлов в осадках сточных вод, донных отложениях, образцах растительного происхождения спектральными методами. ПНД Ф 16.2.2:2.3.71-2011, Москва, ФБУ “ФЦАО” (2011)Д. Кремерс, Л. Радзиемски. Лазерно-искровая эмиссионная спектроскопия, Москва, Техносфера (2009)Д. Кремерс, Л. Радзиемски. Лазерно-искровая эмиссионная спектроскопия, Москва, Техносфера (2009)K. Rawat, N. Sharma, V. K. Singh. X‐Ray Fluorescence in Biological Sciences, Wiley Online Books (2022) 1—20K. Rawat, N. Sharma, V. K. Singh. X‐Ray Fluorescence in Biological Sciences, Wiley Online Books (2022) 1—20R. van Grieken, A. Markowicz. Handbook of X-ray Spectrometry, New York and Basel, Marcel Dekker (2002)R. van Grieken, A. Markowicz. Handbook of X-ray Spectrometry, New York and Basel, Marcel Dekker (2002)Г. В. Павлинский. Основы физики рентгеновского излучения, Москва, Физматлит (2007)Г. В. Павлинский. Основы физики рентгеновского излучения, Москва, Физматлит (2007)А. В. Подкорытова, Т. И. Вишневская. Парафармацевтика. Фармацевтический бюл., № 2 (2003) 22—23А. В. Подкорытова, Т. И. Вишневская. Парафармацевтика. Фармацевтический бюл., № 2 (2003) 22—23Е. В. Лысенко. Комплексная оценка химического состава экосистем малых озёр восточного Сихотэ-Алиня, дис. … канд. геогр. наук, Владивосток, ТИГ ДВО РАН (2018)Е. В. Лысенко. Комплексная оценка химического состава экосистем малых озёр восточного Сихотэ-Алиня, дис. … канд. геогр. наук, Владивосток, ТИГ ДВО РАН (2018)A. J. Muztar, S. J. Slinger, J. H. Burton. Canad. J. Plant Sci., 58, N 3 (1978) 851—862A. J. Muztar, S. J. Slinger, J. H. Burton. Canad. J. Plant Sci., 58, N 3 (1978) 851—862А. П. Виноградов. Полное собрание трудов в 18 т. Т.1. Химический элементарный состав организмов моря, Москва, РАН (2020)А. П. Виноградов. Полное собрание трудов в 18 т. Т.1. Химический элементарный состав организмов моря, Москва, РАН (2020)E. Tognoni, G. Cristoforetti, S. Legnaioli, V. Palleschi. Spectrochim. Acta B: At. Spectrosc., 65, N 1 (2010) 1—14E. Tognoni, G. Cristoforetti, S. Legnaioli, V. Palleschi. Spectrochim. Acta B: At. Spectrosc., 65, N 1 (2010) 1—14Z. Hu, D. Zhang, W. Wang, F. Chen, Y. Xu, J. Nie, Y. Chu, L. Guo. TrAC, Trends Anal. Chem., 152 (2022) 116618Z. Hu, D. Zhang, W. Wang, F. Chen, Y. Xu, J. Nie, Y. Chu, L. Guo. TrAC, Trends Anal. Chem., 152 (2022) 116618J. A. Aguilera, C. Aragón, G. Cristoforetti, E. Tognoni. Spectrochim. Acta B: At. Spectrosc., 64, N 7 (2009) 685—689J. A. Aguilera, C. Aragón, G. Cristoforetti, E. Tognoni. Spectrochim. Acta B: At. Spectrosc., 64, N 7 (2009) 685—689

The authors declare that there are no conflicts of interest present.