способ подготовки пробы терминальных волос крупного рогатого скота к анализу на содержание макро- и микроэлементов

Формула изобретения

1. Способ подготовки пробы терминальных волос крупного рогатого скота к анализу на элементный состав, заключающийся в воздействии на пробу моющей среды с контролем степени очистки волос от экзогенных загрязнений, отличающийся тем, что воздействие осуществляют механически путем организации высокоскоростного вихревого движения пробы в моющей среде, химически нейтральной по отношению к пробе волос, с обеспечением физического отрыва частиц экзогенных загрязнений от волос, степень очистки контролируют путем оценки мутности промывного раствора, а об удовлетворительном качестве очистки судят по достижению прозрачности промывного раствора.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве моющей среды выбрана вода, механическое воздействие моющей среды на пробу обеспечено посредством миксера с двумя насадками-мешалками и частотой кругового вращения в пределах 1000 об/мин, мутность промывного раствора оценивают турбидиметрическим методом.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что пробу волос до воздействия моющей среды замачивают.

Описание изобретения к патенту

Предлагаемое изобретение относится к химической технологии, конкретно к способам подготовки проб биоматериала, и может быть использовано при очистке проб терминальных волос (кисть хвоста) крупного рогатого скота (КРС) для последующего анализа на содержание макро- и микроэлементов.

Известен механический способ очистки (груминг) волосяного покрова длинношерстных животных (кошки, собаки, грива и хвост лошади), включающий чистку волоса гребнем, щеткой и т.д. Кроме того, для очистки сильно загрязненных животных проводят мытье волосяного покрова нейтральным шампунем с тщательной отмывкой водой и высушиванием [Домашний доктор для кошек и собак. / под ред. Н.Ярошенко. - М: изд. «Ридерз Дайджест», 2003. - С.138-140].

Недостатком способа является сложность его реализации для очистки проб исследуемого биоматериала (кисть хвоста), представляющего собой фрагменты волос.

Известен способ (прототип) очистки проб биоматериала от экзогенных загрязнений для последующего их анализа на содержание макро- и микроэлементов (МАГАТЭ) [Report on the Second Research Co-ordination Meeting of IAEA. Neuherberg, 1985]. Способ предусматривает отмывку (очистку) волос в моющей среде последовательно моющими средствами: ацетон-вода-ацетон. При этом контроль степени очистки представляет собой сложную и длительную технологию определения элементного состава исходных (загрязненных) волос, промывных растворов и отмытых волос. По результатам такого контроля судят о степени готовности пробы к анализу [Jackie Morton, Vikki A.Carolan, Philip H.Т.Gardiner. Removal of exogenously bound elements from human hair by various washing procedures and determination by inductively coupled plasma mass spectrometry. / Anal. Chim. Acta. - 455 (2002). - P.23-34].

К принципиальному недостатку известного способа относится то, что при удалении с помощью ацетона экзогенных загрязнений с поверхности волос происходит разрушение жировой и кератиновой структуры волоса, что, в свою очередь, приводит к потере эндогенных макро- и микроэлементов. Это существенно снижает достоверность проводимого далее анализа.

Актуальность задачи состоит в следующем. В настоящее время возрастает интерес к индикационной роли волосяного покрова. Волосяной покров является метаболически консервативной тканью и как биомаркер служит источником информации о состоянии обмена макро- и микроэлементов в организме в процессе его роста и развития. Химический элементный состав волос отражает также глобальные биогеохимические изменения в биосфере и используется для оценки экологической ситуации отдельных территорий. Вопросы диагностики патологических состояний, заболеваний сельскохозяйственных животных и их коррекция занимают соподчиненное значение.

Обзор литературных данных показывает отсутствие какой-либо стандартизованной процедуры удаления внешних загрязнений.

Задачей авторов является разработка способа подготовки проб терминальных волос (кисть хвоста) крупного рогатого скота (КРС) к анализу на элементный состав.

Технический результат состоит в обеспечении качественной очистки проб терминальных волос (кисть хвоста) крупного рогатого скота (КРС) от экзогенных загрязнений с сохранением макро- и микроэлементного состава волоса.

Технический результат достигается тем, что в отличие от известного способа подготовки проб исследуемого биоматериала, заключающегося в воздействии на пробу моющей среды с контролем степени очистки пробы от экзогенных загрязнений, в предлагаемом способе воздействие осуществляют механически путем обеспечения высокоскоростного вихревого движения пробы в моющей среде, химически инертной по отношению к биоматериалу пробы, а степень очистки пробы контролируют путем оценки мутности промывного раствора. В частности, в качестве моющей среды выбрана вода, механическое воздействие на пробу рабочей среды обеспечено посредством бытового миксера с частотой кругового вращения двух насадок-мешалок в пределах 1000 об/мин, а мутность промывного раствора оценена турбидиметрическим методом. Кроме того, в случае сильного загрязнения пробу предварительно до воздействия моющей среды замачивают.

Обеспечение механического воздействия на пробу при обработке в химически инертной по отношению к биоматериалу пробы моющей среде позволяет избежать потерь эндогенных макро- и микроэлементов собственно биоматериала. В этом случае исключены химические реакции при взаимодействии пробы и моющего раствора, что имеет место в прототипе при воздействии на пробу цикла отмывки ацетон-вода-ацетон, включающего агрессивную среду - ацетон. При этом качество очистки достигается за счет обеспечения определенного режима относительного движения моющего раствора и пробы, а также за счет осуществляемого в процессе очистки пробы контроля мутности промывного раствора. Особенность организуемого движения (высокоскоростного вихревого) состоит в том, что оно сопровождается вращением частиц среды (ее элементарных объемов) вокруг мгновенных осей, проходящих через эти частицы. В заявляемом случае такой режим относительного движения пробы и моющей среды приводит к определенному характеру поведения частиц загрязнений на волосе. Возникающие при этом движении силы (центробежные, кавитация, соударение и трение) способствуют отрыву частиц экзогенных загрязнений от волос.

Контроль мутности промывного раствора позволяет судить о степени очистки пробы. Экспериментально установлено, что существует зависимость между временем очистки пробы и мутностью промывного раствора. При длительном отмывании пробы мутность промывного раствора меняется следующим образом. В процессе очистки пробы в течение характерного промежутка времени мутность промывных вод вначале резко снижается, а затем несколько возрастает. Первый этап характеризует последовательные стадии физического отрыва частиц загрязнений от волоса и образование ими суспензии в моющей среде. Причем замечено, что примеси, удаляемые при отмывании в течение этого характерного периода времени, быстро оседают. Промывной раствор при этом становится прозрачным. На следующем этапе через время, большее чем характерный период, происходит отшелушивание кутикул от кератинового слоя волоса, что вызывает повышение мутности промывного раствора. Частицы, удаляемые при отмывании в этот период времени находятся во взвешенном состоянии несколько часов и даже суток. Таким образом, мутность или прозрачность промывного раствора служат индикатором степени очистки пробы. Достижение прозрачности промывных вод свидетельствует об удовлетворительном качестве очистки пробы. Контроль степени очистки пробы может быть осуществлен как качественно, так и количественно. Качественная оценка мутности промывного раствора возможна визуально при сравнении со стандартной средой.

Выбор в частном случае в качестве рабочей моющей среды воды является наиболее оптимальным с точки зрения ее химической нейтральности по отношению к биоматериалу. Средством, реализующим заданный режим движения пробы относительно моющей среды, может служить миксер, вращение двух насадок-мешалок которого с частотой кругового вращения в пределах 1000 об/мин позволяет сформировать вихревые потоки моющей среды относительно пробы. Применение турбидиметрического метода для оценки качества очистки пробы при ее подготовке к анализу позволяет количественно определить степень очистки пробы.

Сильно загрязненные волосы могут быть замочены в химически нейтральном моющем растворе для ускорения процесса очистки.

На фиг.1 приведена зависимость, характеризующая переход в промывной раствор экзогенных загрязнений в процессе последовательного десятикратного отмывания проб волос с помощью миксера.

На фиг.2 изображен вид волос после очистки: 7 мин (а), 60 мин (в); взвешенные частицы в промывной воде (с).

Способ был реализован следующим образом.

Предварительно до погружения в моющую среду загрязненную пробу волос замачивали на ночь (10-12 час) в дистиллированной воде. Затем волосы резали на фрагменты длиной 3-4 см, помещали в стеклянную емкость перемешивающего устройства, добавляли воду дистиллированную по ГОСТ 6709-73 в соотношении твердое:жидкое - 1:30. Конкретно, пробы волос кисти хвоста массой 0,5 г погружали в 150 см³ воды дистиллированной. Для очистки волос использовали перемешивающее устройство, состоящее из стеклянной емкости и миксера бытового с двумя насадками-мешалками и частотой кругового вращения 1000 об/мин, обеспечивающего вихревой характер движения пробы в химически нейтральной относительно биоматериала моющей среде, которой в данном случае являлась дистиллированная вода. Отмывание проводили в течение 1 часа. Смену воды осуществляли в следующей последовательности: 3 раза через 1 мин, 2 раза через 2 мин, затем по одному разу через 3, 5, 10, 15 и 20 мин. Контролировали степень очистки пробы следующим образом. Каждый промывной раствор оценивали на мутность турбидиметрическим методом. Раствором сравнения служила вода дистиллированная. Полученные данные (фиг.1) свидетельствуют об изменении мутности промывного раствора в процессе очистки. Мутность промывных растворов сначала резко снижается, а после обработки в течение >10 мин несколько возрастает. Причем замечено, что примеси, удаляемые при отмывании в течение 7-10 мин, быстро оседают, а после отмывания в течение более 10 мин находятся во взвешенном состоянии несколько часов и даже суток.

Природа взвешенных частиц была идентифицирована посредством ИК-спектрометрии, которая выявила присутствие в области карбонильных групп двух хорошо разделенных полос, типичных для амидной связи, которые свидетельствуют о наличии полипептидной структуры фибриллярного белка или кератина. Таким образом, при длительном отмывании происходит отшелушивание кутикул от кератинового слоя, что также подтверждается данными оптической микроскопии (фиг.2).

Проведенные исследования показывают, что 96÷97% экзогенных загрязнений очищаются за 7-10 мин.

Таким образом, заявляемый способ подготовки проб терминальных волос (кисть хвоста) крупного рогатого скота к анализу на элементный состав позволяет осуществить качественно без нарушения структуры волос очистку пробы за счет обеспечения ее вихревого движения в химически инертной относительно биоматериала пробы моющей среде с осуществлением контроля степени очистки по мутности промывного раствора.