Масс-спектрометрическое определение элементного состава взвешенных частиц разного размера в атмосферном воздухе

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.

1. Žibret 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/s10653-018-0228-3

2. Geiser M., Kreyling W. G. Deposition and biokinetics of inhaled nanoparticles / Part. Fibre Toxicol. 2010. Vol. 7. P. 1 – 17. DOI: 10.1186/1743-8977-7-2

3. Снежко С. И., Шевченко О. Г. Источники поступления тяжелых металлов в атмосферу / Ученые записки рос. гос. гидрометеорологического ун-та. 2011. ¹ 18. С. 57 – 69.

4. Buzea C., Pacheco I. I., Robbie K. Nanomaterials and nanoparticles: Sources and toxicity / Biointerphases. 2007. Vol. 2. No. 4. P. MR17 – MR71. DOI: 10.1116/1.2815690

5. Мунгалова В. Р. Источники поступления тяжелых металлов в окружающую среду / Вестник науки. 2025. Т. 4. № 1(82). С. 1190 – 1194.

6. 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/s0044450223090049

7. Kumah 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/s12889-023-15958-4

8. Samal 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/d5nh00076A

9. Гмошинский 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/2021.3.18

10. Рузаков В. О. Биологические эффекты воздействия наночастиц меди: маркеры экспозиции / Гигиена и санитария. 2023. Т. 102. № 3. С. 292 – 298. DOI: 10.47470/0016-9900-2023-102-3-292-298

11. Бушуева 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: 10.35627/2219-5238/2024-32-8-28-34

12. Бушуева 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: 10.47470/0016-9900-2022-101-12-1499-1504

13. Ермолин 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/s0044450220090108

14. Ermolin 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.2018.02.089

15. Иванеев 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/s0044450221040058

16. Сапрыкин 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.

17. 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: 10.24412/2411-3794-2023-10316

18. Шагидуллин 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.

19. 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/аоо20210206

20. Ларионов 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.

21. Золочевский С. П., Подлипенская Л. Е. Оценка загрязнения атмосферного воздуха выбросами агломерационного цеха металлургического комбината / Экологический вестник Донбасса. 2022. № 6. С. 19 – 26.

22. 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: 10.35627/2219-5238/2021-29-8-33-38

23. Коростелев П. П. Приготовление растворов для химико-аналитических работ. — М.: АН СССР, 1962. — 312 с.

24. 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/s0044450220010053