Определение редкоземельных элементов в синтетических фосфатах кальция методом электротермической атомно-абсорбционной спектрометрии с источником непрерывного спектра

Гидроксиапатиты (ГА) и трикальцийфосфаты (ТКФ) — аналоги минерального компонента костной ткани по фазовому и химическому составу — служат основой для создания керамических, цементных и композиционных биоматериалов. Поскольку кристаллические структуры ГА и ТКФ склонны к изоморфному замещению, их модификация ионами различных металлов, в том числе редкоземельных (РЗЭ), для получения материалов с необходимыми для медицинского применения свойствами является актуальным направлением исследований. Для получения заданных свойств необходим контроль не только структуры, но и химического элементного состава материала. Изучены аналитические возможности метода атомно-абсорбционной спектрометрии с электротермической атомизацией и источником непрерывного спектра применительно к определению европия и иттербия в гидроксиапатитах и трикальцийфосфатах, включая выбор условий и режимов проведения анализа (температурно-временная программа, применение модификаторов, построение градуировочной зависимости и т.д.) для получения точных результатов. Установлено, что применение нитрита магния и ЭДТА в качестве модификаторов матрицы позволяет увеличить поглощение аналитов почти в 1,5 раза и на 10 – 30 % соответственно. Показана возможность одновременного определения Eu и Yb в диапазоне содержаний от 0,09 до 2 % масс. при относительном стандартном отклонении не более 6 % отн. Правильность определения европия и иттербия в образцах ГА и ТКФ, допированных каждым из этих или обоими РЗЭ, подтверждена методом варьирования навески и сравнением с результатами референтного метода АЭС-ИСП.

1. Radulescu D.-E., Vasile O. R., Andronescu E., Ficai A. Latest Research of Doped Hydroxyapatite for Bone Tissue Engineering / Int. J. Mol. Sci. 2023. Vol. 24. N 17. 13157. DOI: 10.3390/ijms241713157

2. Stīpniece L., Ramata-Stunda A., Vecstaudža J., et al. A Comparative Study on Physicochemical Properties and In Vitro Biocompatibility of Sr-Substituted and Sr Ranelate-Loaded Hydroxyapatite Nanoparticles / ACS Appl. Bio Mater. 2023. Vol. 6. N 12. P. 5264 – 5281. DOI: 10.1021/acsabm.3c00539

3. Garbo C., Locs J., D’Este M., et al. Advanced Mg, Zn, Sr, Si Multi-Substituted Hydroxyapatites for Bone Regeneration / Int. J. Nanomed. 2020. Vol. 15. P. 1037 – 1058. DOI: 10.2147/ijn.s226630

4. Shi H., Zhou Z., Li W., et al. Hydroxyapatite Based Materials for Bone Tissue Engineering: A Brief and Comprehensive Introduction / Crystals. 2021. Vol. 11. N 2. P. 149. DOI: 10.3390/cryst11020149

5. Verma R., Mishra S. R., Gadore V., Ahmaruzzaman M. Hydroxyapatite-based composites: Excellent materials for environmental remediation and biomedical applications / Adv. Colloid Interface Sci. 2023. Vol. 315. 102890. DOI: 10.1016/j.cis.2023.102890

6. De Lama-Odría M. D. C.; Del Valle L. J.; Puiggalí J. Hydroxyapatite Biobased Materials for Treatment and Diagnosis of Cancer / Int. J. Mol. Sci. 2022. Vol. 23. N 19. 11352. DOI: 10.3390/ijms231911352

7. 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

8. Сидоров И. Д., Миннебаев Т. М., Олейникова Е. И. и др. Люминесценция порошков гидроксиапатита кальция и трикальцийфосфата, допированных Eu3+ / Журн. техн. физики. 2024. Т. 94. № 3. С. 452 – 456. DOI: 10.61011/jtf.2024.03.57384.317-23

9. Nikitina Yu. O., Petrakova N. V., Kozyukhin S. A., et al. Thermal Stability and Luminescence Properties of Cerium-Containing Tricalcium Phosphate / Inorg. Mater. 2023. Vol. 59. N 4. P. 394 – 403. DOI: 10.1134/s002016852304009x

10. Nardi M. V., Timpel M., Biondani E., et al. Synthesis and characterization of Nd3+ – Yb3+ doped hydroxyapatite nanoparticles / Opt. Mater.: X. 2021. Vol. 12. 100118. DOI: 10.1016/j.omx.2021.100118

11. Mondal S., Nguyen V. T., Park S., et al. Bioactive, luminescent erbium-doped hydroxyapatite nanocrystals for biomedical applications / Ceramics International. 2020. Vol. 46. N 10. Part B. P. 16020 – 16031. DOI: 10.1016/j.ceramint.2020.03.152.

12. Al-Shahrabalee S. Q., Jaber H. A. Bioinorganic Preparation of Hydroxyapatite and Rare Earth Substituted Hydroxyapatite for Biomaterials Applications / Bioinorg. Chem. Appl. 2023. 7856300. DOI: 10.1155/2023/7856300

13. Yamada I., Shiba K., Galindo T. G. P., Tagaya M. Drug Molecular Immobilization and Photofunctionalization of Calcium Phosphates for Exploring Theranostic Functions / Molecules. 2022. Vol. 27. 5916. DOI: 10.3390/molecules27185916

14. Gu M., Li W., Jiang L., Li X. Recent progress of rare earth doped hydroxyapatite nanoparticles: Luminescence properties, synthesis and biomedical applications / Acta Biomater. 2022. Vol. 148. P. 22 – 43. DOI: 10.1016/j.actbio.2022.06.006

15. Wu L., Yang F., Xue Y., et al. The biological functions of europium-containing biomaterials: A systematic review / Mater. Today Bio. 2023. Vol. 24. N 19. 100595. DOI: 10.1016/j.mtbio.2023.100595

16. De Lama-Odría M. D. C., Valle L. J. D., Puiggalí J. Lanthanides-Substituted Hydroxyapatite for Biomedical Applications / Int. J. Mol. Sci. 2023. Vol. 24. N 4. 3446. DOI: 10.3390/ijms24043446

17. Ibrahim D. M., Mostafa A. A., Korowash S. I. Chemical characterization of some substituted hydroxyapatites / Chem. Cent. J. 2011. Vol. 5. 74. DOI: 10.1186/1752-153X-5-74

18. Predoi D., Iconaru S. L., Predoi M. V., et al. Zinc doped hydroxyapatite thin films prepared by sol-gel spin coating procedure / Coatings. 2019. Vol. 9. N 3. 156. DOI: 10.3390/coatings9030156

19. Самойлова А. А., Петракова Н. В., Андреева Н. А. и др. Определение кальция, фосфора и церия в новых биосовместимых материалах методом рентгенофлуоресцентного анализа с полным внешним отражением / Заводская лаборатория. Диагностика материалов. 2023. Т. 89. № 5. С. 14 – 18. DOI: 10.26896/1028-6861-2023-89-5-14-18

20. Kavasi R. M., Coelho C. C., Platania V., et al. In vitro biocompatibility assessment of nano-hydroxyapatite / Nanomaterials. 2021. Vol. 11. N 5. 1152. DOI: 10.3390/nano11051152

21. Фомина А. А., Демина А. Ю., Андреева Н. А. и др. Определение лития и кальция в новых материалах для остеопластики на основе гидроксиапатитов методом эмиссионной фотометрии пламени / Заводская лаборатория. Диагностика материалов. 2024. Т. 90. № 6. С. 23 – 26. DOI: 10.26896/1028-6861-2024-90-6-23-26

22. Гудзенко Л. В., Шеина Т. В. Экстракционное выделение селена для его атомно-абсорбционного определения в очищенной сере / Заводская лаборатория. Диагностика материалов. 2021. Т. 87. № 2. С. 5 – 12. DOI: 10.26896/1028-6861-2021-87-2-5-12

23. López-García I., Muñoz-Sandoval M. J., Hernández-Córdoba M. Dispersive micro-solid phase extraction with a magnetic nanocomposite followed by electrothermal atomic absorption measurement for the speciation of thallium / Talanta. 2021. Vol 228. 122206. DOI: 10.1016/j.talanta.2021.122206

24. İsen F., Kaygili O., Bulut N., et al. Experimental and theoretical characterization of Dy-doped hydroxyapatites / J. Aust. Ceram. Soc. 2023. Vol. 59. P. 849 – 864. DOI: 10.1007/s41779-023-00878-8

25. Butcher D. J. Recent advances in graphite furnace atomic absorption spectrometry: a review of fundamentals and applications / Appl. Spectrosc. Rev. 2023. Vol. 59. N 2. P. 247 – 275. DOI: 10.1080/05704928.2023.2192268

26. Пупышев А. А. Атомно-абсорбционные спектрометры высокого разрешения с непрерывным источником спектра / Аналитика и контроль. 2008. Т. 12. № 3-4. С. 64 – 92.

27. Кацков Д. А. Введение в многоэлементный атомно-абсорбционный анализ / Аналитика и контроль. 2018. Т. 22. №. 4. С. 350 – 442. DOI: 10.15826/analitika.2018.22.4.001

28. Бурылин М. Ю., Копейко Е. С. Определение As, Bi, Pb, Sb, Sn в меди, никеле и сплавах на их основе методом электротермической атомно-абсорбционной спектрометрии / Заводская лаборатория. Диагностика материалов. 2021. Т. 87. № 1. С. 12 – 22. DOI: 10.26896/1028-6861-2021-87-1-12-22

29. Gómez-Nieto B., Isabel-Cabrera C., Gismera M. J., et al. An environmentally friendly approach for the characterization of construction materials: determination of trace, minor, and major elements by slurry sampling high-resolution continuum source graphite furnace atomic absorption spectrometry / Anal. Methods. 2023. Vol. 15. N 9. P. 1105 – 1115. DOI: 10.1039/d2ay02036j

30. Еськина В. В., Барановская В. Б., Карпов Ю. А., Филатова Д. Г. Актуальные области применения атомно-абсорбционной спектрометрии с источником непрерывного спектра / Изв. Академии наук. Серия химическая. 2020. № 1. С. 1 – 16.

31. Филатова Д. Г., Еськина В. В., Барановская В. Б., Карпов Ю. А. Современные возможности электротермической атомно-абсорбционной спектрометрии высокого разрешения с непрерывным источником спектра / Журн. аналит. химии. 2020. Т. 75. № 5. С. 387 – 393. DOI: 10.31857/S0044450220050047

32. Штин Т. Н., Гурвич В. Б., Галашева О. Е., и др. Определение полиорганосилоксанов (по кремнию) в воде методом экстракционно-атомно-абсорбционной спектрометрии высокого разрешения с источником непрерывного спектра и электротермической атомизацией / Заводская лаборатория. Диагностика материалов. 2022. Т. 88. № 1. Ч. I. С. 14 – 24. DOI: 10.26896/1028-6861-2022-88-1-I-14-24

33. Bustos D. E., Toro J. A., Briceño M., Rivas R. E. Use of slow atomization ramp in high resolution continuum source graphite furnace atomic absorption spectrometry for the simultaneous determination of Cd and Ni in slurry powdered chocolate samples / Talanta. 2022. Vol. 247. 123547. DOI: 10.1016/j.talanta.2022.123547

34. Gómez-Nieto B., Gismera M. J., Sevilla M. T., Procopio J. R. Direct solid sampling of biological species for the rapid determination of selenium by high-resolution continuum source graphite furnace atomic absorption spectrometry / Anal. Chim. Acta. 2022. Vol. 1202. 339637. DOI: 10.1016/j.aca.2022.339637

35. Butcher D. J. Innovations and developments in graphite furnace atomic absorption spectrometry (GFAAS) / Appl. Spectrosc. Rev. 2021. Vol. 58. N 1. P. 65 – 82. DOI: 10.1080/05704928.2021.1919896

36. Бокк Д. Н., Лабусов В. А., Болдова С. С. Оценка возможности определения концентраций редкоземельных элементов на атомно-абсорбционном спектрометре с источником непрерывного спектра «ГРАНД-ААС» / Материалы XVI Международного симпозиума «Применение анализаторов МАЭС в промышленности». 2018. С. 150 – 154.

37. Пупышев А. А. Атомно-абсорбционный спектральный анализ. — М.: Техносфера, 2009. С. 704 – 708.

38. Варма А. Атомно-абсорбционная спектроскопия с электротермической атомизацией: справочник / Пер. с англ. под ред. Б. П. Лапина. — СПб.: ЦОП «Профессия», 2021. — 351 с.

39. Liu H., Cui H., Wang Y., et al. Accurate Determination of Trace Cadmium in Soil Samples with Graphite Furnace Atomic Absorption Spectrometry Using Metal-Organic Frameworks as Matrix Modifiers / Appl. Spectrosc. 2023. Vol. 77. N 2. P. 131 – 139. DOI: 10.1177/00037028221141709

40. Штин Т. Н., Неудачина Л. К., Штин С. А. Определение растворенных форм кремния в природной питьевой воде методом электротермической атомно-абсорбционной спектрометрии высокого разрешения с источником непрерывного спектра / Заводская лаборатория. Диагностика материалов. 2021. Т. 87. № 3. С. 11 – 19. DOI: 10.26896/1028-6861-2021-87-3-11-19

41. Acar O. The use of chemical modifiers in electrothermal atomic absorption spectrometry / Appl. Spectrosc. Rev. 2022. Vol. 59. N 3. P. 340 – 354. DOI: 10.1080/05704928.2022.2147537

42. Stevens B. J., Hare D. J., Volitakis I., et al. Direct determination of zinc in plasma by graphite furnace atomic absorption spectrometry using palladium/magnesium and EDTA matrix modification with high temperature pyrolysis / J. Anal. At. Spectrom. 2017. Vol. 32. N 4. P. 843 – 847. DOI: 10.1039/C7JA00033B

43. Dragun Z., Raspor B. Direct determination of Cd in NaCl containing metallothionein fractions of different red mullet tissues by GF-AAS / J. Anal. At. Spectrom. 2005. Vol. 20. N 10. P. 1121 – 1123. DOI: 10.1039/B504680G

44. Волынский А. Б. Химические модификаторы в современной электротермической атомно-абсорбционной спектрометрии / Журн. аналит. химии. 2023. Т. 58. № 10. С. 1015 – 1033.