Определение кальция, фосфора и церия в новых биосовместимых материалах методом рентгенофлуоресцентного анализа с полным внешним отражением

Предложен подход к определению состава новых биосовместимых материалов на основе церийсодержащих фосфатов кальция методом РФА ПВО. Определены диапазоны содержаний аналитов в растворах для правильного определения Ca, P, Ce методом внешнего стандарта. Отмечено систематическое занижение сигнала кальция при его содержании в анализируемой пробе композита выше 30 мг/л. Для оценки соответствия пробы критерию тонкого слоя проведен анализ спектров комптоновского рассеяния для раствора образца керамики, значение максимума составило 16,8 кэВ (96°). Согласно графику массового коэффициента ослабления для пленки заданного состава ослабление интенсивности линии кальция перпендикулярно подложке не связано с поглощением образца. Выбраны внутренние стандарты (Gd и Cu) и найдены условия для определения микро- и макрокомпонентов в растворах и суспензиях образцов. Показано, что при содержании кальция в пробе до 50 мг/л возможно правильное определение Ca, P и Ce методом РФА ПВО в растворах и суспензиях с S_r 0,05 и 0,09 соответственно. Отмечена сходимость результатов, полученных методами внешнего и внутреннего стандарта при соответствующих разбавлениях растворов и суспензий.

1. Zhou H., Yang L., Gbureck U., et al. Monetite, an important calcium phosphate compound — Its synthesis, properties and applications in orthopedics / Acta Biomater. 2021. Vol. 127. P. 41 – 55. DOI: 10.1016/j.actbio.2021.03.050

2. Ressler A., Ivanišević I., Žužić A., Somers N. The ionic substituted octacalcium phosphate for biomedical applications: A new pathway to follow? / Ceram. Int. 2022. Vol. 48. N 7. P. 8838 – 8851. DOI: 10.1016/j.ceramint.2021.12.126

3. Yilmaz B., Alshemary A. Z., Evis Z. Co-doped hydroxyapatites as potential materials for biomedical applications / Microchem. J. 2019. Vol. 144. P. 443 – 453. DOI: 10.1016/j.microc.2018.10.007

4. Ghosh R., Das S., Mallick S. P., Beyene Z. A review on the antimicrobial and antibiofilm activity of doped hydroxyapatite and its composites for biomedical applications / Mater. Today Commun. 2022. Vol. 3. P. 2352 – 4928. DOI: 10.1016/j.mtcomm.2022.103311

5. Wang C., Liu Y., Zhang Y., et al. Synthesis, photothermal effects, and antibacterial properties of lanthanum-doped hydroxyapatite / Ceram. Int. 2023. Vol. 49. N 7. P. 11378 – 11392. DOI: 10.1016/j.ceramint.2022.11.337

6. Zhang Y., Hu M., Zhang W., Zhang X. Research on rare earth doped mesoporous bioactive glass nanospheres. I. Similarity of in vitro biological effects / J. Non-Cryst. Solids. 2022. Vol. 587. 121586. DOI: 10.1016/j.jnoncrysol.2022.121586

7. Nisar A., Iqbal S., Rehman M., et al. Study of physico-mechanical and electrical properties of cerium doped hydroxyapatite for biomedical applications / Mater. Chem. Phys. 2023. Vol. 299. 127511. DOI: 10.1016/j.matchemphys.2023.127511

8. Liu J., Zhou X., Zhang Y., et al. Rapid hemostasis and excellent antibacterial cerium-containing mesoporous bioactive glass/chitosan composite sponge for hemostatic material / Mater. Today Chem. 2022. Vol. 23. 100735. DOI: 10.1016/j.mtchem.2021.100735

9. Padmanabhan V. P., Kulandaivelu R., Nellaiappan S. N. T. S., et al. Facile fabrication of phase transformed cerium (IV) doped hydroxyapatite for biomedical applications — A health care approach / Ceram. Int. 2020. Vol. 46. N 2. P. 2510 – 2522. DOI: 10.1016/j.ceramint.2019.09.245

10. Ciobanu G., Harja M. Cerium-doped hydroxyapatite/collagen coatings on titanium for bone implants / Ceram. Int. 2019. Vol. 45. N 2. Part B. P. 2852 – 2857. DOI: 10.1016/j.ceramint.2018.07.290

11. Banerjee S., Bagchi B., Pal K., et al. Essential oil impregnated luminescent hydroxyapatite: Antibacterial and cytotoxicity studies. / Mater. Sci. Eng.: C. 2020. Vol. 116. 111190. DOI: 10.1016/j.msec.2020.111190

12. Yuan Sh., Qi X., Zhang He., et al. Doping gadolinium versus lanthanum into hydroxyapatite particles for better biocompatibility in bone marrow stem cells / Chem.-Biol. Interact. 2021. Vol. 346. 109579. DOI: 10.1016/j.cbi.2021. 109579

13. Brahimi S., Ressler A., Boumchedda K., et al. Preparation and characterization of biocomposites based on chitosan and biomimetic hydroxyapatite derived from natural phosphate rocks. / Mater. Chem. Phys. 2022. Vol. 276. 125421. DOI: 10.1016/j.matchemphys.2021.125421

14. Bazin T., Magnaudeix A., Mayet R., et al. Sintering and biocompatibility of copper-doped hydroxyapatite bioceramics. / Ceram. Int. 2021. Vol. 47. N 10. Part A. P. 13644 – 13654. DOI: 10.1016/j.ceramint.2021.01.225

15. Ullah Ih., Siddiqui M. A., Kolawole Sh. K., et al. Synthesis, characterization and in vitro evaluation of zinc and strontium binary doped hydroxyapatite for biomedical application / Ceram. Int. 2020. Vol. 46. N 10. Part A. P. 14448 – 14459. DOI: 10.1016/j.ceramint.2020.02.242

16. Priyadarshini B., Vijayalakshmi U. Development of cerium and silicon co-doped hydroxyapatite nanopowder and its in vitro biological studies for bone regeneration applications / Adv. Powder Technol. 2018. Vol. 29. N 11. P. 2792 – 2803. DOI: 10.1016/j.apt.2018.07.028

17. Szoboszlai N., Polgári Z., Mihucz V. G., Záray G. Recent trends in total reflection X-ray fluorescence spectrometry for biological applications / Anal. Chim. Acta. 2009. Vol. 633. N 1. P. 1 – 18. DOI: 10.1016/j.aca.2008.11.009

18. von Bohlen A., Fernández-Ruiz R. Experimental evidence of matrix effects in total-reflection X-ray fluorescence analysis: Coke case / Talanta. 2020. Vol. 209. 120562. DOI: 10.1016/j.talanta.2019.120562

19. Meiszterics A., Havancsák K., Sinkó K. Catalysis, nanostructure and macroscopic property triangle in bioactive calcium-containing ceramic systems / Mater. Sci. Eng. C. 2013. Vol. 33. N 3. P. 1371 – 1379. DOI: 10.1016/j.msec.2012.12.038

20. Filatova D. G., Alov N. V., Vorobyeva N. A., et al. Quantification of modifiers in advanced materials based on zinc oxide by total reflection X-ray fluorescence and inductively coupled plasma mass spectrometry / Spectrochim. Acta. Part B. 2016. Vol. 118. P. 62 – 65. DOI: 10.1016/j.sab.2016.02.008

21. Nikitina Yu. O., Petrakova N. V., Demina A. Yu., et al. Cerium-containing hydroxyapatites with luminescent properties / Russ. J. Inorg. Chem. 2021. Vol. 66. N 8. P. 1067 – 1072. DOI: 10.1134/S0036022621080179

22. Maltsev A. S., Ivanov A. V., Chubarov V. M., et al. Development and validation of a method for multielement analysis of apatite by total-reflection X-ray fluorescence spectrometry / Talanta. 2020. Vol. 214. 120870. DOI: 10.1016/j.talanta.2020.120870

23. Maltsev A. S., Ivanov A. V., Pashkova G. V., et al. New prospects to the multi-elemental analysis of single microcrystal of apatite by total-reflection X-ray fluorescence spectrometry / Spectrochim. Acta. Part B. 2021. Vol. 184. 106281. DOI: 10.1016/j.sab.2021.106281