Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Обзор литературы 7
1. Современная система контроля качества и определения подлинности фармацевтической продукции в Российской Федерации 7
1.1 Общие методы анализа и подходы 7
1.2 Контроль качества воды очищенной, воды для инъекций и водных растворов лекарственных средств 8
1.3 Контроль качества лекарственных средств гетерогенной природы 12
1.4 Современные методы анализа веществ без нарушения целостности упаковки 13
1.4.1 Спектроскопия ядерного квадрупольного резонанса (ЯКР-спектроскопия) 13
1.4.2 Спектроскопия в ближней ИК-области (БИК-спектроскопия) 16
1.4.3 Рамановская спектроскопия 19
2. Природные и неприродные водные растворы для бальнеотерапии и лечебно-профилактического питания 22
2.1 Лечебно-столовые и лечебные минеральные воды 22
2.1.1 Классификация 24
2.1.2 Химический состав подземных вод 25
2.1.3 Показания к применению минеральных вод 26
2.1.4 Контроль качества 27
2.2. Лёгкая вода (ddw - deuterium depleted water) 29
2.2.1 Кластерная организация воды 29
2.2.2 Биологические эффекты ddw 31
2.2.3 Методы определения изотопного состава воды 32
23 Методы исследования воды и водных растворов 32
2.3.1 Расчётные методы моделирования структуры воды 35
2.3.2 Малоугловое светорассеяние (LALLS) 38
2.3.3 Динамическое светорассеяние (DLS) 43
2.3.4 Лазерная интерферометрия 47
Глава 2. Материалы и методы анализа 48
1. Объекты исследования 48
2. Лазерные методы анализа. 54
2.1 Малоугловое рассеяние лазерного излучения. 54
2.2 Динамическое рассеяние света 55
2.3 Метод когерентной микроскопии 56
3..Определение градиента фН на межфазной границе ЕГК воды 59
4. Исследованиям применением клеточного биосенсора 61
5. Микроэлементный анализ 64
6. Метод ядерного магнитного резонанса (ЯМР — «спиновое эхо») 66
7. Определение содержания тяжёлых: изотопов в препаратах воды 67
Глава 3 Результаты исследований и их обсуждение 68
1. Реакция клеточного биосенсора на дейтерий зависимое изменение структуры воды 68
2. Физико-химические основы разработки, нового лазерного метода определения подлинности водных растворов 70
2 1.1 Светорассеяние взвесей и гомогенных водных растворов 70
2.1. Определение дисперсных характеристик взвесей латексных микросфер 72
2.1.2 Определение дисперсных характеристик биологического материала 76
2:1.3 Определение дисперсных характеристик минеральных вод 79
2.1.4 Дисперсионный анализ растительных экстрактов 81
2.1.5 Дисперсионный анализ мазевых основ 86
2.2 Концентрационные градиенты рН- и формирование межфазных, границ у дейтерий стабилизированных гигантских гетёрофазных кластеров воды 87
2.2 1 Определение градиента AJXH+ на межфазной границе FFK воды 87
2.2.2 Определение спектральных характеристик раствора индикатора фенолового красного 96
2.2.3 Определение времени спин-спиновой релаксации протонов 99
3: Новый лазерный метод определения подлинности 101
3.1 Определение чувствительности, повторяемости и воспроизводимости нового метода на примере инфузионных растворов 101
3.2 Анализ бутилированных лечебно-столовых и лечебных минеральных вод 105
3.3 Анализ препаратов воды с различным изотопным составом 109
3.4 Пользовательский режим измерений 111
4. Микроэлементный анализ минеральных вод 113
Заключение 116
Выводы 118
Список литературы 119
Приложение 1 132
Приложение 2 144
- Рамановская спектроскопия
- Определение дисперсных характеристик взвесей латексных микросфер
- Определение градиента AJXH+ на межфазной границе FFK воды
- Микроэлементный анализ минеральных вод
Введение к работе
Актуальность темы
В современной системе контроля качества лекарственных средств следует выделить два основных направления: первое - создание и мощное инструментальное оснащение контрольно-аналитических лабораторий, требующее больших финансовых затрат, наличие высококвалифицированного обслуживающего персонала и снабжения огромным количеством расходных материалов. Прим ером может служить хромато-масс-спектрометрия (Tolonen A. et al, 2009; Maurer Н.Н., 2009). Однако это возможно лишь в рамках крупных научных аналитических лабораторий. Второе направление, частично дополняющее первое - это создание и внедрение методов, позволяющих проводить экспресс-анализ фармацевтической продукции. Следует отметить, что подобные методы не менее сложны по исполнению, но более удобны ввиду отсутствия стадии пробоподготовки и простоты проведения анализа. Примером могут служить БИК-спектрометрия (Gowen А.А. et al, 2008; Roggo Y. et al, 2007), позволяющая определять подлинность таблетированных лекарственных форм без нарушения целостности первичной упаковки, и ЯКР -спектроскопия (Ashbrook S.E., 2009; Balchin Е. et al, 2005; Watt A.P. et al, 2003), используемая для детектирования взрывчатых и наркотических веществ.
Новейшие исследования по физико-химическим свойствам водных растворов показали, что в зависимости от химического состава раствора формируются плотностные неоднородности колмогоровского масштаба (около 0,1 мм), характеризуемые определёнными размерными спектрами и кинетикой релаксации (Фесенко Е.Е., 1999; Гончарук В.В., Сыроешкин А.В., 2006). Это открыло возможность проводить определение подлинности заявленной торговой марки с применением лазерных методов, например метод малоуглового рассеяния лазерного излучения (LALLS) для анализа бутилированных минеральных вод (Сыроешкин А.В., Успенская Е.В., 2007). В настоящей работе предложены физико-химические основы для метода определения подлинности, базирующегося на кинетике мерцания гигантских гетерофазных кластеров (ГГК) воды (Лапшин В.Б., Гончарук В.В., 2005). Метод биотестирования с применением разл ичных клеточных биосенсоров (одноклеточных, растений, рыб, дафний и др.) хорошо зарекомендовал себя для изучения биологической активности воды и водных растворов, следовательно, он может быть применён для анализа жидких лекарственных форм и препаратов воды .
Цель и задачи исследования
Целью исследования является разработка нового лазерного метода определения подлинности жидких лекарственных форм без вскрытия упаковки для внедрения его в практику экспресс-анализа. Для достижения поставленной цели необходимо было решить следующие задачи:
-
Исследовать биологическую активность/токсичность препаратов высокоомной воды (основы жидких лекарственных форм) с различной концентрацией и размерными спектрами ГГК;
-
Определить релаксационные характеристики ГГК воды после их разрушения на субмикронных фильтрах по величинам времени спин -спиновой релаксации протонов (Tj), разнице градиента электрохимического потенциала (Аин+), и светорассению, контролируемому методами малоуглового светорассеяния (LALLS) и лазерной интерферометрии (LI);
-
Установить возможный механизм формирования ГГК воды из супрамолекулярных структур нанометрового диапазона;
-
Получить статистически достоверные двумерные диаграммы светорассеяния (2 D-LS), иллюстрирующие соотношение скорости мерцания и устойчивости ГГК воды;
-
Разработать методику определения подлинности без вскрытия упаковки инфузионных растворов, минеральных вод, препаратов воды, обеднённых по тяжелым изотопам (ddw).
Научная новизна
Впервые экспериментально показано, что на межфазной границе плотност ных неоднородностей воды в субмиллиметровом диапазоне размеров формируется градиент рН, причем присутствие «примесного» дейтерия является необходимым условием для образования межфазного градиента электрохимического потенциала протонов. Показано, что фильтрование воды через субмикронные фильтры, приводящее к разрушению ГГК, сопровождается исчезновением малоуглового светорассеяния, многократным изменением спин-спиновой релаксацией протонов, изменением активности ионов гидроксония. Все значения указанных характеристик обратимо восстанавливаются после фильтрования с часовой кинетикой.
Впервые показано, что данные по кинетике релаксации ГГК можно использовать как для оценки биологической активности образцов воды, так и для определения подлинности водных растворов неорганических веществ и для контроля степени обеднения воды по тяжелым изотопам.
Практическая значимость
Результаты исследования использованы для выполнения государственного контракта № 154-6/337 от 24.10.08 с Федеральным агентством по техническому регулированию и метрологии «Создание метрологического комплекса и нормативно-методической базы для измерения параметров наночастиц в природных и технологических средах» (шифр 2008-3-3.1-048). Методика определения подлинности без вскрытия упаковки внедрена в Федеральном государственном учреждении «Государственный океанографический институт имени Н.Н. Зубова» при разработке эталонных мер наночастиц природных вод по Государственному контракту № 154-6/337.
Подана патентная заявка «С пособ контроля подлинности минеральных питьевых вод» на способ экспресс-определения подлинности минеральных вод и жидких лекарственных форм с использованием лазерных методов » (per. № 2009140215, дата поступления 02.11.2009).
Результаты исследования внедрены в учебный процесс медицинского факультета РУДН специальности «Фармация» в разделе «Стандартизация и контроль качества лекарственных средств» и используются в учебном модуле «Современные физические и физико-химические методы стандартизации и контроля качества лекарственных средств» на кафедре фармацевтической и токсикологической химии медицинского факультета РУДН.
Положения, выдвигаемые на защиту:
-
Высокомная вода с пониженной концентрацией ГГК вследствие изменения изотопного состава токсична по действию на клеточный биосенсор S. ambiguum;
-
В водных растворах формируются плотностные неоднородности колмогоровского масштаба, являющиеся дейтерий-стабилизированными гигантскими кластерами воды с межфазным градиентом рН и временами релаксации от десятков минут и более;
-
Явление формирования межфазного градиента рН отсутствует в лёгкой и тяжёлой воде: гомогенность по изотопному составу приводит к значительному снижению гетерогенности структуры;
-
Кинетику мерцания ГГК воды можно наблюдать с п омощью лазерной интерферометрии. Построение lD-LS-диаграмм позволяет статистически достоверно выявить область, соответствующую конкретному водному раствору;
-
Новый лазерный метод может быть применён для анализа многокомпонентных растворов, например минеральных вод. Разработанный метод может быть использован для определения соотношения D/H в препаратах высокоомной воды.
Апробация работы
Основные результаты исследования доложены на Всероссийской научно -практической конференции, посвященной памяти профессора Ю.М. Кубицкого «Современные проблемы медико-криминалистических, судебно-химических и химико-токсикологических экспертных исследований» (Москва, 2007), на Итоговой научно-практической конференции Российского центра судебно -медицинской экспертизы «Актуальные вопросы судебно-химических и химико-токсикологических экспертных исследований» (Москва, 2008), на III Всероссийской научно-методической конференции «Пути и формы совершенствования фармацевтического образования. Создание новых физиологически активных веществ» (Воронеж, 2007), на I Международной выставке морских инноваций International naval and maritime innovations exhibition «Sea Future» (Ла Специя, Италия, 2009), на IV Международном симпозиуме по микроэлементам и минеральным веществам FESTEM (Санкт-Петербург, 2010), на международном симпозиуме AAAS10 (Флоренция, Италия,
2010), на совещаниях Института коллоидной химии и химии воды им. А.В. Думайского НАН Украины в 2007-2010 годах (директор - академик-секретарь отделения химии Гончарук В.В.), на семинарах Государственного океанографического института имени Н.Н. Зубова и межкафедральных семинарах медицинского факультета РУДН.
Публикации: по теме диссертации опубликовано 1 5 печатных работ, из них 5 в изданиях, рекомендуемых ВАК.
Объём и структура диссертации
Диссертационная работа изложена на 149 страницах и состоит из введения, четырёх глав, заключения, выводов и приложения. Библиографический указатель включает 149 литературных источников, из которых 82 на иностранных языках. Работа содержит 15 таблиц, 48 рисунков.
Рамановская спектроскопия
Спектроскопия; комбинационного рассеяния;., или рамановская спектроскопия, - метод изучения колебательных, вращательных и иных низкочастотных мод исследуемого вещества в. интервале приблизительно от 2 до 4000 см"1, основанный, на явлении неупругого (комбинационного) рассеяния монохроматического света в ближнем УФ; видимом или ближнем ИК диапазонах [ю].
Следует отметить, что Раман-спектроскопия очень похожа на метод ИК спектроскопии с Фурье преобразованием::колебательные состояния; исследуемые в Рамановской спектроскопии, являются такими же, что ив ИК-спектроскопии [44].
Поэтому эти- два метода, являются, по сути, взаимно дополняющими друг друга. Колебания; которые сильно проявляются на ИК-спектре (сильные диполи) обычно слабо проявляются на Раман-спектре. В тоже время,-неполярные функциональные группы, дающие: очень интенсивные рамановские полосы, как правило; дают слабые ИК-сигналы [118].
Колебательная спектроскопия дает ключевую информацию о структуре молекул; Например; положение и: интенсивность полос в- спектре может использоваться для; изучения молекулярной- структуры или химической идентификации образца. В результате анализа- можно идентифицировать химические компоненты или изучать, внутримолекулярные взаимодействия, наблюдая, положение и интенсивность полос на спектрах комбинационного рассеяния.,При этом достаточно просто идентифицировать компоненты, используя поиск по библиотекам спектров. Раман-спектры идеально подходят для поиска,по библиотекам, благодаря большой; спектральной информации, наличию области «отпечатков пальцев» для каждого компонента и простоте алгоритмов поиска. Этот факт сильно роднит метод с современной; БИК-спектрометрией.. Метод Раман-спектроскопии дает возможность получить индивидуальный, спектральный отпечаток, уникальный по отношению к рассматриваемой молекуле или целой молекулярной структуре [10].
На сегодняшний день наиболее совершенные Раман-спектрометры (рисунок 3) представляют собой единые модули с компьютерным управлением, оснащенные автоматической блокировкой лазера, имеют автоматические процедуры калибровки и широкий набор спектральных библиотек. Метод нашёл широчайшее применение в различных областях химии, физики, биохимии криминалистики и т.д. [69,133,134,144]. Например, Раман-спектроскопия очень широко применяется в криминалистике для анализа образцов и вещественных доказательств в запечатанных контейнерах или упаковке, при этом не нужно вскрывать упаковку, применяется при химическом анализе пульпы, бумаги, текстиля и в нефтехимии, идентификация сырья или анализ готовой продукции отличается простотой методики и возможностью автоматизации. Метод очень удобен для идентификации неизвестных веществ, благодаря наличию библиотек спектров. Раман-спектрометры имеют внутреннюю калибровку, поэтому у них превосходная точность по волновому числу, что важно для количественного и качественного анализа.
Из достоинств следует отметить следующие: метод недеструктивный, не требуется специальной пробоподготовки, возможность анализировать жидкости, газы и твёрдые вещества, измерения не зависят от температуры образца. Стекло, вода и пластиковая упаковка сами по себе оказывают очень слабое влияние на регистрируемые спектры, поэтому не мешают при анализе, что позволяет анализировать образцы без нарушения целостности упаковки. Толщина образца не вызывает проблем (в отличие от ИК-спектроскопии), также окружающая атмосфера оказывает незначительное влияние на Раман-спектры. Более того, не существует двух молекул, которые имеют одинаковые рамановские спектры, а интенсивность рассеянного света зависит от количества вещества, что позволяет получать как количественную, так и качественную информацию об образце, дает возможность интерпретировать спектр, пользоваться библиотекой спектров, обрабатывать данные с применением компьютерных методов количественного анализа.
Все вышеперечисленные методы объединяют следующие особенности: анализ неразрушающего типа, приборы не требуют специальной калибровки и пробоподготовки, экспрессность, высокая точность и воспроизводимость. Все эти достоинства позволяют пользоваться подобными приборами без владения специальными навыками и помогают сэкономить время при проведении анализа, что очень важно в условиях современного прогресса.
Определение дисперсных характеристик взвесей латексных микросфер
При анализе взвесей стандартных латексных микросфер нанометрового диапазона методом малоуглового рассеяния лазерного света обнаруживаются сильные расхождения в размерных спектрах от нормативных значений. Так при анализе методом малоуглового светорассеяния гидрофобных наносфер диаметром менее 100 нм их диаметр оказывается превышенным на порядки, что объясняется инициацией наночастицами образования гигантских кластеров воды. При анализе более крупных микрочастиц не возникает изменения размерных спектров: диаметр совпадает с заявленным значением«(рисунок 12).
Из размерных спектров видно, что для микрочастиц диаметром 305 нм и. 1,2 мкм смена фона не влияет на смещение максимумов на размерных спектрах, т.е. критичным не является. Распределение по размерам соответствует заявленному диаметру частиц независимо от фона.
Анализируя размерные спектры микрочастиц диаметром менее 100 нм, можно сделать вывод, что вследствие образования плотной гидратной оболочки вокруг наночастицы их максимумы на размерных спектрах смещены в сторону увеличения (до 80 нм для частиц диаметром 20 и 40 нм и до 160 нм для частиц диаметром 80 нм). Обнаружено, что при измерении с постоянным перемешиванием (3500 оборотов в минуту) получаемые размерные спектры полностью совпадают с заявленным на упаковке диаметром частиц, т.е. передаваемое гидродинамическое возбуждение способствует разрушению гидратной оболочки и препятствует её образованию вокруг наночастиц. Смена фона для этих образцов явилась критичной - максимумы сместились в микронную область, что позволяет сделать вывод: лёгкая вода более «прозрачна», чем дистиллированная; концентрация плотностных неоднородностей в ней очень мала.
Также показано, что при очень низких концентрациях (менее 0,00002 %) для частиц диаметром 305 нм наблюдается скачкообразное изменение кажущихся размерных спектров (рисунок 13). По-видимому, при очень низких концентрациях латексные микрочастицы являются инициаторами образования гигантских кластеров воды, сначала малоустойчивых и нестабильных (с кинетикой в несколько секунд), что отражается на размерных спектрах. Постепенно происходит стабилизация ГГК, образованных микрочастицами. В данном случае частицы тоже являются инициаторами образования гигантских кластеров воды и стабилизируют их, но только в более низких концентрациях, чем мелкие частицы.
При использовании метода DLS это явление значительного- завышения кажущегося диаметра наночастицы отсутствует. Дело в том, что метод малоуглового светорассеяния основан на анализе индикатрисы рассеяния света плотностными неоднородностями в растворе (суспензии, эмульсии, растворы ПАВ и наночастиц, газовые пузырьки и т.п.). Метод динамического светорассеяния позволяет определить коэффициент диффузии дисперсных частиц, в жидкости путем анализа характерного времени флуктуации интенсивности рассеянного света. Оценивая время релаксации, можно определить диаметр частиц. Кинетика релаксации гигантских гетерофазных кластеров воды, индуцируемых наночастицами, значительно более медленная», чем при броуновских флуктуациях. В методе ILALLS используются усредненные данные по светорассеянию-ансамбля плотностных неоднородностей (не менее 10000 измерений) за 3-4 минуты наблюдения, что и позволило обнаружить в водных, образцах дейтерий-зависимые гигантские кластерыводы с характерными размерными спектрами[33]
Определение градиента AJXH+ на межфазной границе FFK воды
Показания потенциометра фиксировали каждую минуту до и после фильтрования, интервал одного измерения составлял 20 минут, проведено по три измерения для каждого из образцов. Измерение проводилось при постоянном медленном (без завихрений) перемешивании, при постоянной температуре 20 С (в стеклянный электрод потенциометра встроен термодетектор, показания которого выводятся на дисплей, что позволяет контролировать температуру в растворе). Фиксировали показания прибора с момента опускания электродов в раствор
Результаты измерений» представлены в виде зависимости; значения рН от времени. Для образцов г воды/до и: после фильтрования строятся кривые по среднему значению рН:со стандартнымютклонением:(рисунок 20)
Для исключения влияния на величину рН растворённых; в воде газов воздуха проведён опыт с.дегазацией; Через образец бидистиллированной воды: вітечение 1 часа пропускали инертный газ аргон (Аг). Поскольку аргон тяжелее растворённых в воде газов воздуха, то он вытеснит их из. раствора; тем самым будет достигнута полная! дегазация.образца. Измерение значений рН? проводилось при постоянном пропускании аргона: над поверхностью раствора,. чтобы; исключить поглощение газов:, образцом из; воздуха; Измерения проводились при; температуре 20 С при медленном (без: завихрений) перемешивании, интервал; измерений; - 10 минут. Результаты, представлены: также в: виде зависимости: величины, рН; от времени (рисунок 20);
Из; результатов- измерений- следует; что: после: фильтрования;; через, субмикронные: фильтры; наблюдается стойкое изменение значения показателя рН, причём; для образцов: дистиллированной воды» - повышение, а, для образцов бидистиллированной воды — понижение, значения рН. Это можно объяснить тем, что инициаторами образования гигантских гетерофазных кластеров для дистиллированной воды (рН около 6;75)- выступают ионы 0Н", которые; результате фильтрования (т.е. разрушениям ПЕК); выходят- непосредственное в водный/ раствор;- Тем; самым повышается их. концентрация в объемной воде соответственно, значение. рН/ повышается;. Для бидистиллированной .воды (рН около 4,90)» инициаторами образования; гигантских гетерофазных; кластеров являются ионы концентрация которых повышается в объёмной- воде после фильтрования; в; результате чего значение; рН понижается. После фильтрования«. дегазированного образца бидистиллированной воды также наблюдается, понижение рН..Это совпадает с даннымишоизмерению/рН образцов без аргоновотдегазации; Инициаторами образования гигантских гетерофазных кластеров являются ионы И1". Таким образом, исключено влияние растворённых в воде: газов; воздуха на величину рН.
Образец фосфатного буфера был приготовлен следующим образом: из фиксанала в мерной колбе на 1000 мл приготовили раствор калийного фосфатного буфера (KH2PG4+K2HPO4) концентрации; 0,025 М. Для приготовления.0,002 Мг (2 мМ) из 0;025 М раствора необходимо разбавить полученный раствор в 12,5 раз; (0,025/0,002. = 12,5). Для этого; 20; мл 0,025 М раствора фосфатного буфера перенесли в-мерную колбу на 250 мл и довели до метки дистиллированной водой (рН = 6,750), перемешали. Концентрация полученного буферного раствора составила 2 мМ (рН = 6,972). Методика и условия проведения измерений аналогичны таковым для образцов дистиллированной и бидистиллированной воды.
Параллельно с этим в отдельную колбу было профильтровано около 100 мл буферного раствора, полученный; раствор был; укупорен т оставлен; на час без доступавоздуха для дальнейшего измерения. По: истечении; одного часа измерению подверглись три, вида образцов: неподвергавшийся фильтрованию буферный раствор (контрольный образец)- профильтрованный образец; выдержанный; в течение часа после фильтрования, (образец; без; повторного фильтрования) и; профильтрованный; непосредственно- перед измерением образец, выдержанный і в течение часа после фильтрования (образец после повторного фильтрования): То же . самое было проделано ещё через один час, т.е: измерению подверглись:
- ни разу не подвергавшийся фильтрованию буферный раствор;
- дважды профильтрованный образец; выдержанный в течение часа после первого І фильтрования;
- профильтрованный В третий раз непосредственно перед измерением;
- образец, выдержанный в течение часа после второго повторного фильтрования.
Результаты также представлены в виде зависимости среднего значения рН со стандартным отклонением от времени (рисунок 21).
Из результатов следует, что после, фильтрования образца буферного раствора наблюдается небольшое повышение показателя рН; Это совпадает, с данными; по измерению величины рН образцов дистиллированной; воды. Замечено также, что при более длительном" измерении (около 40-50 минут для фосфатного буфера и 1-2 часов; для образцов воды)- значение рН испытуемых растворов; подвергшихся фильтрованию, выравнивается со значением рН нефильтрованных образцов:; Это может быть, связано с постепенным, формированием гигантских гетерофазных кластеров; воды и локализацией; ионов-инициаторов образования FFK внутри кластеров: ВІ связи с этим дополнительно был поставлен эксперимент с повторным фильтрованием. При; этом наблюдается , совпадение; значений рН контрольного образца; буферного раствора (ни: разу не-, подвергавшегося фильтрованию) и образца, выдержанного без доступа, воздуха в; течение одного часа; после фильтрования: Следовательно, одного; часа; достаточно для формирования FFK воды; в; растворе,: значение показателя рШ возвращается к; контрольному. Тогда как после очередного фильтрования, через; субмикронные: фильтры, (т.е; после разрушения гигантских: кластеров) значение снова повышается,, что связано с. выходом гидроксид анионов из разрушенных кластеров
При повторном; выдерживании в. течение часа наблюдается; аналогичная; картина: совпадение, значений; рН« контрольного образца с буферного раствора (ни?; разу не подвергавшегося фильтрованию) и. образца; выдержанного без- доступа воздуха в; течение одного часа после повторного фильтрования: Опять же одного часа, достаточно? для? того, чтобьь сформировались- гигантские, гетерофазные кластеры;, воды, инициаторы образования? которых выступают в данном случае ионы-OH-v
В: гомогенных по. изотопам водорода препаратах воды (в; легкой, (ddw) и тяжелой воде) описанное явление .возникновения; концентрационных неоднородностей по содержанию (ОН") практически; отсутствует (рисунок 22); что хорошо объясняется резким снижением концентрации; гигантских гетерофазных кластеров;[5], выявляемых методом LALLS: В свою очередь образцы дистиллированной и бидистиллированной воды характеризуются, стойким изменением величины рН (таблица ;15).
Дополнительно проведён эксперимент с добавлением аликвоты хлороводородной кислоты. Образцом выступала дистиллированная вода. Методика и условия проведения измерений аналогичны таковым для образцов дистиллированной и бидистиллированной воды, только на 10-й минуте измерения добавляли 300 мкл 0,01 моль/л НС1 и продолжали измерение ещё 10 минут.
При фильтровании наблюдается небольшое повышение значения рН (на 0,08), однако после добавления хлороводородной кислоты эта разница немного увеличивается (до 0,12). Это указывает на то, что в результате фильтрования в толщу воды высвобождаются ионы гидроксила, заключённые в кластер, и являющиеся инициаторами образования кластеров воды. Небольшой избыток ионов ОН" нейтрализует ионы Н+, попавшие при добавлении НС1, что регистрируется потенциометром (рисунок 23). Подобное явление наблюдалось в опытах академика Ф. Летникова при титровании воды слабым раствором соляной кислоты, в результате чего наблюдалось не снижение, а повышение значения рН [31].
Существованием градиента рН в гиганстких кластерах воды можно объяснить явление «старения» растворов - при длительном хранении растворов солей щелочноземельных и тяжёлых металлов осаждаются их оксиды и гидроксиды. Небольшое защелачивание вследствие вышеописанных явлений стационарного формирования и разрушения ГГК воды будет приводить к осаждению соответствующих гидроксидов и оксидов.
Микроэлементный анализ минеральных вод
Применяемый в мире подход к характеристике ионного состава питьевых вод, по эссенциальным и примесным неорганическим компонентам как правило, не охватывает весь необходимый перечень контролируемых элементов по стандартам WHO и ЕРА и лишь в некоторой степени характеризует качество (безопасность) питьевой; бутилированной воды: Кроме того, расширение перечня определяемых микроэлементов не позволяет оценить подлинность питьевой бутилированной воды (принадлежность к конкретному природному источнику); и выявить контрафактную (фальсифицированную) продукцию: Например, увеличение числа определяемых примесных элементов до 23 и числа торговых- марок до; 132, из 28 стран- не позволило добиться? успеха в стандартизации питьевых вод [107]. Потенциально токсичные примесные: элементы,, содержащиеся в нано- и микроколичествах в питьевых водах - Ag, Be, Ei; Ge, Sfy.Sc, Те, Thj:.U - вообще не подлежат постоянному мониторинговому исследованию, даже при; контроле качества вод популярных торговых марок [75].
Метода атомно-абсорбционной спектрометрии; с электротермической атомизацией и зеемановской коррекцией фона оптимален; для контроля , элементного состава природных минеральных вод благодаря высокой; специфичности, при определении элементов, и низким пределом обнаружения при проведении атомизации в графитовых кюветах. Для выбранного нами метода были разработаны соответствующие методики пробоподготовки образцов.
Значительная разница; в зависимости от способа і пррбоподготовки наблюдается при открытии Ni, Мп: и Сг (рисунок 32). Концентрация Си представляется величиной стабильной во всех исследуемых образцах и при любом способе пробоподготовки не выходит за пределы. интервала (0,28±0,05) мг/л. Концентрация-V, As, Gd и; РЬ изменяются;в пределах ошибки вследствие низких абсолютных значений.
Использование жестких условий вскрытия проб анализируемых образцов продемонстрировало существование окклюзии микроэлементов в составе субмикронной дисперсной фазы, которая обнаруживается в минеральных водах, а также в настойках и гомеопатических лекарственных средствах. Этот вывод подтвержден фактом изменения характера дисперсной фазы при дополнительной обработке, имитирующей длительное хранение или превышение рекомендуемой температуры хранения, зарегистрированного с помощью лазерного малоуглового измерителя дисперсности, а также на установке визуализации динамики движения дисперсной фазы (когерентном микроскопе).
Обнаруженное в природных минеральных водах повышенное содержание алюминия указывает на алюмосиликатную природу дисперсной фазы, в составе которой находятся микроэлементы в минеральных водах. Такое предположение хорошо согласуется с геохимией минеральных вод [25, 26].
Таким образом, разработанная методика открытия алюмосиликатных частиц с использованием метода ААС с электротермической атомизацией и эффектом Зеемана позволила получить интегральные показатели содержания эссенциальных и примесных элементов в природных водах, то есть охарактеризовать их микроэлементные профили («фингерпринт»). Такой подход к анализу минеральных вод не применялся ранее в связи с тем, что природную воду после фильтрования традиционно рассматривают как гомогенную систему, не учитывая присутствие в ней частиц дисперсной фазы нанометрового диапазона.
Микроэлементный анализ минеральных вод проводился в рамках гранта РФФИ № 09-05-13595 «Алюмосиликатные наночастицы в подземных водах: создание методов и стандартных образцов для определения подлинности бутилированных вод».
