zldmЗаводская лаборатория. Диагностика материаловIndustrial laboratory. Diagnostics of materials1028-68612588-0187ООО «Издательство «ТЕСТ-ЗЛ»10.26896/1028-6861-2026-92-2-20-29zldm-2726Research ArticleАНАЛИЗ ВЕЩЕСТВАSUBSTANCES ANALYSISМасс-спектрометрическое определение элементного состава взвешенных частиц разного размера в атмосферном воздухеMass spectrometric determination of the elemental composition of suspended particles of various sizes contained in atmospheric airШтинТ. Н.ShtinT. N.

Татьяна Николаевна Штин

620014, г. Екатеринбург, ул. Попова, д. 30

Tatiana N. Shtin

30, ul. Popova, Yekaterinburg, 620014

ГурвичВ. Б.GurvichV. B.

Владимир Борисович Гурвич

620014, г. Екатеринбург, ул. Попова, д. 30

Vladimir B. Gurvich

30, ul. Popova, Yekaterinburg, 620014

КозыринаЮ. В.KozyrinaYu. V.

Юлия Владимировна Козырина

620014, г. Екатеринбург, ул. Попова, д. 30

Yulia V. Kozyrina

30, ul. Popova, Yekaterinburg, 620014

КарповаЕ. П.KarpovaE. P.

Елизавета Павловна Карпова

620014, г. Екатеринбург, ул. Попова, д. 30

Elizaveta P. Karpova

30, ul. Popova, Yekaterinburg, 620014

ШеломенцевИ. Г.ShelomentsevI. G.

Иван Глебович Шеломенцев

620014, г. Екатеринбург, ул. Попова, д. 30

Ivan G. Shelomentsev

30, ul. Popova, Yekaterinburg, 620014

ШтинС. А.ShtinS. A.

Сергей Анатольевич Штин

620002, г. Екатеринбург, ул. Мира, д. 19

Sergey A. Shtin

19, ul. Mira, Yekaterinburg, 620002

Sergey.Shtin@urfu.ruЕкатеринбургский медицинский научный центр профилактики и охраны здоровья рабочих промпредприятий РоспотребнадзораРоссияYekaterinburg Medical Research Center for Prophylaxis and Health Protection in Industrial WorkersRussian FederationУральский федеральный университет им. первого Президента России Б. Н. ЕльцинаРоссияThe first President of Russia B. N. Yeltsin Ural Federal UniversityRussian Federation2026230220269222029Copyright © Штин Т.Н., Гурвич В.Б., Козырина Ю.В., Карпова Е.П., Шеломенцев И.Г., Штин С.А., 20262026Штин Т.Н., Гурвич В.Б., Козырина Ю.В., Карпова Е.П., Шеломенцев И.Г., Штин С.А.Shtin T.N., Gurvich V.B., Kozyrina Y.V., Karpova E.P., Shelomentsev I.G., Shtin S.A.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://www.zldm.ru/jour/article/view/2726

Предложены методики определения элементов во взвешенных частицах разного размера, присутствующих в атмосферном воздухе, методом масс-спектрометрии с индуктивно-связанной плазмой (ИСП-МС). Рекомендованы каскадные импакторы с сульфат-целлюлозными фильтрами со средним размером пор 15, 10, 5, 2,5 и 1 мкм для отбора частиц аэрозоля (PM) размером >1 мкм и кварцевые перфильтры в комплекте с нитрат-целлюлозными фильтрами со средним диаметром пор 0,2 мкм и опорной пластиной из бумаги с крупным зерном 500 г/м2 для отбора частиц размером <1 мкм. Установлены требования к отбору проб воздуха при контроле за максимальными разовыми концентрациями: значения расхода воздуха υд = 1,2 дм3/мин, υф = 1,0 дм3/мин, продолжительность отбора проб tmin = 20 мин для PM >1 мкм и υд = 2,0 дм3/мин, υф = 1,8 дм3/мин, tmin = 11 мин для PM <1 мкм. Доказана эффективность методик при контроле среднесуточных концентраций. Разработанные способы анализа применены для определения элементного состава фракционной пыли атмосферного воздуха в зоне металлургического предприятия по производству стальных труб. По результатам проведенных исследований и метрологической экспертизы материалов по разработке методик измерений проведена их аттестация, методики внесены в единый реестр аттестованных методик на территории РФ (МУК 4.1.4060-24 (ФР.1.31.2023.45935); МУК 4.1.4159-25 (ФР.1.31.2024.500365)). Показан новый подход к многопараметрическому анализу атмосферного воздуха. Многопараметрический анализ может быть применен для определения нормативов загрязнения воздушной среды.

Methods for determining elements contained in suspended particles of different sizes in atmospheric air by inductively coupled plasma mass spectrometry are proposed. Cascade impactors with sulfate cellulose filters with an average pore size of 15, 10, 5, 2.5, and 1 μm are recommended for the selection of aerosol particles (PM) with a size of >1 μm, as well as the quartz perfilters complete with nitrate cellulose filters with an average pore diameter of 0.2 μm with a paper base plate with coarse grain 500 g/m2 for the selection of particles with a size of <1 μm. The following requirements have been established for air sampling when monitoring maximum single concentrations: air flow values υd = 1.2 dm3/min, υf = 1.0 dm3/min, time of sampling tmin = 20 min for PM >1 μm, and υd = 2.0 dm3/min, υf = 1.8 dm3/min, tmin = 11 min for PM <1 μm. The effectiveness of the techniques in monitoring average daily concentrations has been proven. The developed analysis methods are used to determine the elemental composition of fractional dust of atmospheric air in the area of a metallurgical enterprise for the production of steel pipes. Based on the results of the research and metrological examination of materials for the development of measurement methods, their certification was carried out: the methods were included in the unified register of certified methods in the territory of the Russian Federation (MUK 4.1.4060-24 (FR.1.31.2023.45935); MUK 4.1.4159-25 (FR.1.31.2024.500365)). A new approach to the multiparametric analysis of atmospheric air is shown. A multiparametric analysis can be used to determine air pollution standards.

ИСП-МСРМнаночастицыпыльфракционный составатмосферный воздухICP MSPMnanoparticlesdustfractional compositionatmospheric airReferencesŽibret G. Influences of coal mines, metallurgical plants, urbanization and lithology on the elemental composition of street dust / Environ. Geochem. Health. 2019. Vol. 41. No. 3. P. 1489 – 1505. DOI: 10.1007/s10653-018-0228-3Žibret G. Influences of coal mines, metallurgical plants, urbanization and lithology on the elemental composition of street dust / Environ. Geochem. Health. 2019. Vol. 41. No. 3. P. 1489 – 1505. DOI: 10.1007/s10653-018-0228-3Geiser M., Kreyling W. G. Deposition and biokinetics of inhaled nanoparticles / Part. Fibre Toxicol. 2010. Vol. 7. P. 1 – 17. DOI: 10.1186/1743-8977-7-2Geiser M., Kreyling W. G. Deposition and biokinetics of inhaled nanoparticles / Part. Fibre Toxicol. 2010. Vol. 7. P. 1 – 17. DOI: 10.1186/1743-8977-7-2Снежко С. И., Шевченко О. Г. Источники поступления тяжелых металлов в атмосферу / Ученые записки рос. гос. гидрометеорологического ун-та. 2011. ¹ 18. С. 57 – 69.Snizhko S. I., Shevchenko O. G. Emission sources of heavy metals to the atmosphere / Uch. Zap. Ross. Gos. Gidrometeorol. Univ. 2011. No. 18. P. 57 – 69 [in Russian].Buzea C., Pacheco I. I., Robbie K. Nanomaterials and nanoparticles: Sources and toxicity / Biointerphases. 2007. Vol. 2. No. 4. P. MR17 – MR71. DOI: 10.1116/1.2815690Buzea C., Pacheco I. I., Robbie K. Nanomaterials and nanoparticles: Sources and toxicity / Biointerphases. 2007. Vol. 2. No. 4. P. MR17 – MR71. DOI: 10.1116/1.2815690Мунгалова В. Р. Источники поступления тяжелых металлов в окружающую среду / Вестник науки. 2025. Т. 4. № 1(82). С. 1190 – 1194.Mungalova V. R. Sources of income heavy metals into the environment / Vestn. Nauki. 2025. Vol. 4. No. 1(82). P. 1190 – 1194 [in Russian].Ермолин М. С., Федотов П. С. Выделение наночастиц из почвы и пыли и их исследование методом масс-спектрометрии с индуктивно связанной плазмой в режиме анализа единичных частиц / Журн. аналит. химии. 2023. Т. 78. ¹ 9. С. 771 – 782. DOI: 10.31857/s0044450223090049Ermolin M. S., Fedotov P. S. Isolation of nanoparticles from soil and dust and their study by single particle inductively coupled plasma mass spectrometry / J. Anal. Chem. 2023. Vol. 78. No. 9. P. 1115 – 1124. DOI: 10.1134/s1061934823090046Kumah E. A., Fopa R. D., Harati S., et al. Human and environmental impacts of nanoparticles: a scoping review of the current literature / BMC Public Health. 2023. Vol. 23. 1059. DOI: 10.1186/s12889-023-15958-4Kumah E. A., Fopa R. D., Harati S., et al. Human and environmental impacts of nanoparticles: a scoping review of the current literature / BMC Public Health. 2023. Vol. 23. 1059. DOI: 10.1186/s12889-023-15958-4Samal P., Satpathy S., Panigrahi L. L., et al. Exploring the intricacies of protein-nanoparticle interaction and its implications in chronic diseases: a comprehensive review / Nanoscale Horiz. 2025. Vol. 10. P. 1615 – 1641. DOI: 10.1039/d5nh00076ASamal P., Satpathy S., Panigrahi L. L., et al. Exploring the intricacies of protein-nanoparticle interaction and its implications in chronic diseases: a comprehensive review / Nanoscale Horiz. 2025. Vol. 10. P. 1615 – 1641. DOI: 10.1039/d5nh00076aГмошинский И. В., Хотимченко С. А. Оценка никельсодержащих наноматериалов: характеристика опасности in vivo / Анализ риска здоровью. 2021. № 3. С. 177 – 191. DOI: 10.21668/health.risk/2021.3.18Gmoshinski I. V., Khotimchenko S. A. Assessing risks caused by nickel-containing nanomaterials: hazard characterization in vivo / Health Risk Anal. 2021. No. 3. P. 162 – 176. DOI: 10.21668/health.risk/2021.3.18.engРузаков В. О. Биологические эффекты воздействия наночастиц меди: маркеры экспозиции / Гигиена и санитария. 2023. Т. 102. № 3. С. 292 – 298. DOI: 10.47470/0016-9900-2023-102-3-292-298Ruzakov V. O. Biological effects of exposure to copper nanoparticles: markers of exposure / Gig. Sanit. 2023. Vol. 102. No. 3. P. 292 – 298 [in Russian]. DOI: 10.47470/0016-9900-2023-102-3-292-298Бушуева Т. В., Рослая Н. А., Шастин А. С. Анализ заболеваемости пневмонией населения трудоспособного возрастав Уральском федеральном округе / Здоровье населения и среда обитания — ЗНИСО. 2024. Т. 32. № 8. С. 28 – 34. DOI: 10.35627/2219-5238/2024-32-8-28-34Bushueva T. V., Roslaya N. A., Shastin A. S. Analysis of pneumonia incidence in the working-age population of the ural federal district / Zdor. Nasel. Sreda Obit. 2024. Vol. 32. No. 8. P. 28 – 34 [in Russian]. DOI: 10.35627/2219-5238/2024-32-8-28-34Бушуева Т. В., Рослая Н. А., Вараксин А. Н. и др. Особенности формирования местного иммунитета верхних дыхательных путей у рабочих черной металлургии / Медицина труда. 2022. Т. 101. № 12. С. 1499 – 1504. DOI: 10.47470/0016-9900-2022-101-12-1499-1504Bushueva T. V., Roslaya N. A., Varaksin A. N., et al. Features of the development of the mucosal immune system of the upper respiratory tract in ferrous metallurgy workers / Gig. Sanit. 2022. Vol. 102. No. 12. P. 1499 – 1504 [in Russian]. DOI: 10.47470/0016-9900-2022-101-12-1499-1504Ермолин М. С., Федотов П. С., Карандашев В. К. и др. Фракционирование, характеризация и анализ нано- и микрочастиц при оценке вклада металлургического предприятия в загрязнение городской пыли / Журн. аналит. химии. 2020. Т. 75. ¹ 9. С. 844 – 853. DOI: 10.31857/s0044450220090108Ermolin M. S., Fedotov P. S., Dzhenloda R. K., et al. Fractionation, characterization, and analysis of nano- and microparticles in the estimation of the contribution of a metallurgical enterprise to the pollution of urban dust / J. Anal. Chem. 2020. Vol. 75. No. 9. P. 1227 – 1335. DOI: 10.1134/s1061934820090105Ermolin M. S., Fedotov P. S., Malik N. A., Karandashev V. K. Nanoparticles of volcanic ash as a carrier for toxic elements on the global scale / Chemosphere. 2018. Vol. 200. P. 16 – 22. DOI: 10.1016/j.chemosphere.2018.02.089Ermolin M. S., Fedotov P. S., Malik N. A., Karandashev V. K. Nanoparticles of volcanic ash as a carrier for toxic elements on the global scale / Chemosphere. 2018. Vol. 200. P. 16 – 22. DOI: 10.1016/j.chemosphere.2018.02.089Иванеев А. И., Ермолин М. С., Федотов П. С. Разделение, характеризация и анализ нано- и микрочастиц окружающей среды: современные методы и подходы / Журн. аналит. химии. 2021. Т. 76. № 4. С. 291 – 312. DOI: 10.31857/s0044450221040058Ivaneev A. I., Ermolin M. S., Fedotov P. S. Separation, characterization, and analysis of environmental nano- and microparticles: state-of-the-art methods and approaches / J. Anal. Chem. 2021. Vol. 76. No. 4. P. 413 – 429. DOI: 10.1134/s1061934821040055Сапрыкин А. И., Самойлов П. П. Микро- и нанопластики в окружающей среде (Аналитика, источники, распределение и проблемы экологии): аналит. обзор / Экология. Серия аналитических обзоров мировой литературы. 2021. № 110. С. 1 – 115.Saprykin A. I., Samoilov P. P. Micro- and nanoplastics in the environment (analytics, sources, distribution, and environmental issues): analytical review / Ékol. Ser. Anal. Obzor. Mir. Liter. 2021. No. 110. P. 1 – 115 [in Russian].Родионов А. С., Егорова М. В., Федорова Н. Е. Апробация методических подходов определения тяжелых металлов методом масс-спектрометрии с индуктивно связанной плазмой в атмосферном воздухе промышленного города / Медицина труда и экология человека. 2023. № 3. С. 205 – 222. DOI: 10.24412/2411-3794-2023-10316Rodionov A. S., Egorova M. V., Fedorova N. E. Approbation of heavy metal determination by inductively coupled plasma mass spectrometry in the atmospheric air of an industrial city / Medits. Tr. Ékol. Chel. 2023. No. 3. P. 205 – 222 [in Russian]. DOI: 10.24412/2411-3794-2023-10316Шагидуллин А. Р., Валиев В. С., Маланин В. В. и др. Исследование возможностей прямого метода определения содержания металлов в атмосферном воздухе / Росс. журн. прикладной экологии. 2018. № 1. С. 38 – 41.Shagidullin A. R., Valiev V. S., Malanin V. V., et al. Investigation of possibilities of a direct method for the determination of metals con-centrations in atmospheric air / Ross. Zh. Prikl. Ékol. 2018. No. 1. P. 38 – 41 [in Russian].Рахматов М. Н., Абдуллаев С. Ф. Содержание тяжелых металлов в пылевом аэрозоле и почвах Северного Таджикистана / Оптика атмосферы и океана. 2021. Т. 34. № 2. С. 112 – 121. DOI: 10.15372/аоо20210206Rakhmatov M. N., Abdullaev S. F. The content of heavy metals in dust aerosol and soils of Northern Tajikistan / Optika Atm. Okeana. 2021. Vol. 34. P. 212 – 221. DOI: 10.1134/s1024856021030118Ларионов М. В., Ларионов Н. В. Содержание техногенных тяжелых металлов в приземном слое воздуха урбанизированных территорий Поволжья / Современные проблемы науки и образования. 2012. № 2. С. 366 – 372.Larionov M. V., Larionov N. V. The content of technogenic heavy metals in the surface air layer in the urbanized areas of the Volga region / Sovr. Probl. Nauki Obraz. 2012. No. 2. P. 366 – 372 [in Russian].Золочевский С. П., Подлипенская Л. Е. Оценка загрязнения атмосферного воздуха выбросами агломерационного цеха металлургического комбината / Экологический вестник Донбасса. 2022. № 6. С. 19 – 26.Zolochevsky S. P., Podlipenskaya L. E. Assessment of atmospheric air pollution caused by emissions from the sinter shop of a metallurgical plant / Ékol. Vestn. Donbassa. 2022. No. 6. P. 19 – 26 [in Russian].Егоров М. В., Коротков В. В., Родионов А. С. и др. Сравнительная оценка качества аэрозольных фильтров для анализа загрязнения атмосферного воздуха / Здоровье населения и среда обитания. 2021. Т. 29. № 8. С. 33 – 38. DOI: 10.35627/2219-5238/2021-29-8-33-38Egorova M. V., Korotkov V. V., Rodionov A. S., et al. Comparative assessment of the quality of aerosol filters for the analysis of ambient air pollution / Zdor. Nasel. Sreda Obit. 2021. Vol. 29. No. 8. P. 33 – 38 [in Russian]. DOI: 10.35627/2219-5238/2021-29-8-33-38Коростелев П. П. Приготовление растворов для химико-аналитических работ. — М.: АН СССР, 1962. — 312 с.Korostelev P. P. Preparation of solutions for chemical and analytical work. — Moscow: AN SSSR, 1962. — 312 p. [in Russian].Джераян Т. Г., Ермолин М. С., Ванифатова Н. Г. Эффективность одновременного применения капиллярного зонного электрофореза и статического светорассеяния при изучении нано- и субмикрочастиц вулканического пепла / Журн. аналит. химии. 2020. Т. 75. ¹ 1. С. 48 – 54. DOI: 10.31857/s0044450220010053Dzherayan T. G., Ermolin M. S., Vanifatova N. G. Effectiveness of the simultaneous application of capillary zone electrophoresis and static light scattering in the study of volcanic ash nano- and submicroparticles / J. Anal. Chem. 2020. Vol. 75. No. 1. P. 67 – 72. DOI: 10.1134/s1061934820010050

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