ИСТИНА |
Войти в систему Регистрация |
|
ИПМех РАН |
||
Освоение Арктики важно для современной России. Для изучения местной экосистемы нужен химический анализ морской биоты. Предпочтительно использование малодеструктивных методов, позволяющих определять лёгкие элементы. Для этого наилучшим образом подходит лазерно-искровая эмиссионная спектрометрия (ЛИЭС), но её использование для анализа планктона с использованием градуировки ограничивается отсутствием подходящих образцов сравнения. Цель работы — разработка подходов к определению лёгких элементов в зоопланктоне методом безэталонной ЛИЭС с привлечением компьютерного моделирования спектров плазмы.
Securing leadership in the World Ocean and Arctic exploration is one of the priority tasks for Russian scientific and technological development program. It is known that living organisms during their lifetime are playing an important role in transformation of substances entering the ocean from various sources. Thus, the study of biomass is of the utmost importance for marine biogeochemistry. Besides, the Arctic Shelf is rich in minerals, so before mining, chemical analysis of plankton studying the features of functioning of local ecosystem is required. Nowadays methods requiring dissolution are commonly used for elemental analysis. Also nondestructive X-ray fluorescence (XRF) is used for express analysis of plankton, but it lacks the ability of light-element determination. Laser-induced breakdown spectroscopy (LIBS) is best suitable for the direct determination of light elements in organic samples. To devise a method for a direct determination of light elements in zooplankton, computer modeling of spectra, plasma diagnostics and a study of the interaction of laser pulse with matter will be conducted.
1. Параметры плазмы, возникающей при абляции биологических образцов, характеристики её пространственно-временного развития. 2. Оптимальные условия регистрации спектров, аналитические длины волн для определения лёгких элементов биологических проб методом безэталонной ЛИЭС. 3. Метрологические характеристики определения. Вывод об области применимости безэталонной ЛИЭС для решения поставленной задачи. Полученные результаты позволят впервые предложить экспрессный способ определения легких элементов в планктоне в условиях сильных колебаний макроэлементного состава пробы и, соответственно, мало предсказуемых матричных эффектов. Учитывая наличие нескольких коммерчески доступных портативных приборов для ЛИЭС анализа, использование полученных результатов представляет несомненный практический интерес для применения непосредственно в ходе морских экспедиций.
Описанный подход апробирован на примере безэталонного определения щелочных элементов в рачках-копеподах методом ЛИЭС. Исполнителем проекта (с соавторами) разработаны алгоритмы идентификации спектральных линий в различных условиях возбуждения (температура, электронная плотность и т.д.), позволяющие проводить быстрый и надёжный выбор аналитических линий и линий внутреннего стандарта, свободных от спектральных помех. Учёт при моделировании аппаратной функции спектрального прибора позволил создать алгоритм идентификации линий в спектрах, наиболее корректно оценивающий уровень спектральных помех, и позволяющий выбирать наиболее подходящие линии для анализа конкретного объекта. Эта работа была удостоена первой премией за лучший стендовый доклад на 9-ой Международной Конференции по лазерно-искровой эмиссионной спектрометрии LIBS-2016, проходившей в сентябре 2016 г. в Шамони (Франция). Исполнителем также разработана система для осуществления анализа методом ЛИЭС, объединяющая регистрирующую аппаратуру с программным обеспечением, созданным в среде LabView. Руководитель проекта имеет опыт работы в области применения атомно-эмиссионной спектроскопии с индуктивно-связанной плазмой (АЭС-ИСП) для анализа геологических объектов, почв и почвенных вытяжек c высоким содержанием солей. Проведённые исследования включали пробоподготовку (кислотное вскрытие или разложение сплавлением, катионообменное разделение компонентов с большим вниманием к оптимизации этой стадии), подбор условий существования плазмы, выбор аналитических длин волн, относительно свободных от спектральных наложений, коррекцию по внутренним стандартам, определение метрологических характеристик; в ряде случаев — введение поправок на межэлементные спектральные помехи (для этого была написана компьютерная программа в среде Mathematica). В распоряжении коллектива имеется оборудование, необходимое для осуществления проекта (спектрографы, стробируемая камера, лазер, оптика).
грант РФФИ |
# | Сроки | Название |
1 | 31 марта 2018 г.-1 апреля 2019 г. | Этап 1: подбор условий, получение спектров биологических объектов, диагностика плазмы, моделирование плазмы |
Результаты этапа: 1. Получены лазерно-искровые спектры стандартных образцов мышечной ткани рыбы БОк-2 и IAEA-407 (имитаторы зоопланктона) и растений (ЭК-1, ЛБ-1, Тр-1). Выбраны линии для диагностики плазмы, проведена диагностика и изучено временное развитие плазмы образца БОк-2, исследовано влияние параметров лазерного излучения (фокусировка, энергия) на характер абляции и параметры сигнала на эмиссионных линиях лёгких элементов. 2. Проведена диагностика плазмы, возникающей при абляции образца зоопланктона AT-71 в оптимальных условиях, полученных в п.1. Параметры плазмы для зоопланктона и БОк-2 получаются сходные. 3. Проведено моделирование спектра с использованием параметров, полученных в п.1. Выбраны аналитические длины волн Li, B, Na, Mg, Si, P, K, C, Sr (несколько линий для каждого элемента), свободных от спектральных помех и самопоглощения, на основании модельных спектров, а также выбраны оптимальные временные параметры регистрации сигнала. 4. Получены первые результаты элементного анализа зоопланктона в рамках безэталонного подхода, проведено их сравнение с результатами независимого анализа. В целом результаты можно считать удовлетворительными. | ||
2 | 1 апреля 2019 г.-1 апреля 2020 г. | Этап 2: безэталонный анализ зоопланктона, сравнение с данными независимых анализов, формулировка выводов |
Результаты этапа: 1. Получены спектры зоопланктона в условиях, определённых на предыдущем этапе, зарегистрированы аналитические линии лёгких элементов (Li, B, Na, Mg, Si, P, K, C). В соответствии с экспериментальными данными выбраны наиболее чувствительные линии и измерены их интенсивности. 2. Выполнены расчёты в рамках безэталонного подхода: рассчитаны соотношения элемент : элемент и элемент : углерод, а также, где возможно, абсолютные содержания элементов. 3. Методом градуировочного графика (с использованием ГСО БОк-2 и IAEA-407) в зоопланктоне определены лёгкие элементы. Проведено сравнение результатов, полученных в пп. 1 и 2, между собой и с данными независимого анализа методами ИСП-АЭС и ИСП-МС. Рассчитаны метрологические характеристики, сделаны выводы о границах применимости безэталонного подхода для определения лёгких элементов в биологических образцах. |
Для прикрепления результата сначала выберете тип результата (статьи, книги, ...). После чего введите несколько символов в поле поиска прикрепляемого результата, затем выберете один из предложенных и нажмите кнопку "Добавить".