ИСТИНА

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).