Применение ускорительной масс-спектрометрии в экологических и медико-биологических исследованиях
Рассмотрены принципы ускорительной масс-спектрометрии (УМС), развитие техники УМС, особенности пробоподготовки и использование УМС для датирования с помощью радиоизотопа 14С, для исследования различных экологических объектов и медико-биологических исследований с использованием радиоизотопов. Проведе...
Saved in:
| Published in: | Наука та інновації |
|---|---|
| Date: | 2010 |
| Main Author: | |
| Format: | Article |
| Language: | Russian |
| Published: |
Видавничий дім "Академперіодика" НАН України
2010
|
| Subjects: | |
| Online Access: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/28079 |
| Tags: |
Add Tag
No Tags, Be the first to tag this record!
|
| Journal Title: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Cite this: | Применение ускорительной масс-спектрометрии в экологических и медико-биологических исследованиях / Л.Ф. Суходуб // Наука та інновації. — 2010. — Т. 6, № 1. — С. 17-36. — Бібліогр.: 17 назв. — рос. |
Institution
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| _version_ | 1860254228583284736 |
|---|---|
| author | Суходуб, Л.Ф. |
| author_facet | Суходуб, Л.Ф. |
| citation_txt | Применение ускорительной масс-спектрометрии в экологических и медико-биологических исследованиях / Л.Ф. Суходуб // Наука та інновації. — 2010. — Т. 6, № 1. — С. 17-36. — Бібліогр.: 17 назв. — рос. |
| collection | DSpace DC |
| container_title | Наука та інновації |
| description | Рассмотрены принципы ускорительной масс-спектрометрии (УМС), развитие техники УМС, особенности пробоподготовки и использование УМС для датирования с помощью радиоизотопа 14С, для исследования различных экологических объектов и медико-биологических исследований с использованием радиоизотопов. Проведено сравнение УМС с другими аналитическими методами.
Розглянуто принципи прискорювальної мас-спектрометрії (ПМС), розвиток техніки ПМС, особливості пробопідготовки і використання ПМС для датування за допомогою радіоізотопу 14С, для дослідження різних екологічних об’єктів та медико-біологічних досліджень з використанням радіоізотопів. Проведено порівняння ПМС з іншими аналітичними методами.
The paper covers the principles of the accelerator mass spectrometry (AMS), development and history of AMS method, peculiarities of sample preparation and AMS application for dating of samples using radioisotope 14С, in the investigation of various environmental objects as well as medical and biological investigations with radioisotopes application. The comparison of AMS with other analytical techniques is made.
|
| first_indexed | 2025-12-07T18:47:13Z |
| format | Article |
| fulltext |
17
Наука та інновації. 2010. Т. 6. № 1. С. 17—36.
© Л.Ф. СУХОДУБ, 2010
Л.Ф. Суходуб
Институт прикладной физики НАН Украины, Сумы
ПРИМЕНЕНИЕ УСКОРИТЕЛЬНОЙ МАСС-СПЕКТРОМЕТРИИ
В ЭКОЛОГИЧЕСКИХ И МЕДИКО-БИОЛОГИЧЕСКИХ
ИССЛЕДОВАНИЯХ
Рассмотрены принципы ускорительной масс-спектрометрии (УМС), развитие техники УМС, особенности про-
боподготовки и использование УМС для датирования с помощью радиоизотопа 14С, для исследования различных
экологических объектов и медико-биологических исследований с использованием радиоизотопов. Проведено
сравнение УМС с другими аналитическими методами.
К л ю ч е в ы е с л о в а: ускорительная масс-спектрометрия, экология, медицина, окружающая среда, датирование,
изотоп 14С.
В результате применения ускорителей для
масс-спектрометрического анализа возникло
но вое направление в исследованиях, названное
ускорительная масс-спектрометрия (УМС).
Начало было положено Л. Альварезом в Берк-
ли при случайном открытии 3Не как естест-
венного изотопа гелия с использованием цик-
лотрона (1939 г.). Эти эксперименты сразу
указали на уникальные возможности УМС:
из мерять содержание чрезвычайно редких изо-
топов, что недоступно для традиционной масс-
спектрометрии в принципе. Спустя много лет,
сотрудник Л. Альвареза Р. Мюллер продемон-
ст рировал возможности УМС для регистрации
таких редких изотопов, как 10Ве (1,5 × 106 л), 14С
(5730 л) и 26Аl (7,1 × 105 л). Параллельно с ис-
пользованием циклотронов для УМС прово-
дились успешные попытки применения тан-
демных ускорителей для тех же целей и, пре-
жде всего, для детектирования радиоизотопа
14С. Двумя группами в университетах Гамиль-
тона и Рочестера было продемо н с трировано,
что с помощью УМС радиоизотоп 14С дейст-
ви тельно может быть измерен на уровне при-
родного изотопного отношения 14С/12С = 10–12.
Отсутствие определенных отрицательных ио-
нов (14N) явилось большим преимуществом
тандемных ускорителей по сравнению с уско-
рителями, работающими только с положите ль-
но заряженными ионами. Также стало оче ви д-
ным то, что сравнительно небольшие тандем-
ные ускорители являются наиболее приемле-
мыми для УМС, в частности для измерений
14С. Пионерские усилия в этом направле нии
принадлежат К. Персеру.
1. ПРИНЦИПЫ УСКОРИТЕЛЬНОЙ
МАСС-СПЕКТРОМЕТРИИ
Ускорительная масс-спектрометрия — это
ядерно-физический метод регистрации долго-
живущих радиоизотопов путем прямого счета
атомов, а не их продуктов распада после их се-
парации в магнитных полях. Метод позволяет
получать точную информацию об изотопном
составе образцов миллиграммового и микро-
граммового веса. Технология УМС включает
18 Наука та інновації. № 1, 2010
Наукові основи інноваційної діяльності
(рис. 1): цезиевый (как правило) источник ио-
нов для получения отрицательно заряжен-
ных атомных и молекулярных ионов; инжек-
тор ионов; тандемный ускоритель (1 — секция
для отрицательных ионов, 2 — для положи-
тельных ионов, включая стриппер электронов
между ними); систему анализа положитель-
ных ионов для «очистки» ионного пучка; иони-
зирующий детектор для счета ионов.
Применение больших энергий (1 МэВ и вы-
ше) позволяет использовать различные дру гие
эффекты для сепарации элементов и изотопов.
Так, применение источника отрицате льных
ионов решает проблему изобар, отделение мо-
лекулярных помех происходит на стадии пе-
резарядки с подбором зарядовых состояний
(+3 и выше) и, наконец, дополнительная се-
лекция по энергии и величине ионизационных
потерь частицы происходит в детекторе. Из-
мерения ведутся относительно стандартного
образца. Кроме того, измеряется и образец, не
содержащий радиоизотопа, чтобы учесть эк-
спериментальный фон прибора. Типичное
время одного измерения составляет от мину-
ты до нескольких минут. При работе с 14С ис-
следуемый образец конвертируется в графит,
который заряжается в источник отрицатель-
ных ионов. Во время процедуры графитизации
необходим постоянный контроль возможного
изотопного фракционирования образца. Также
параллельно с неизвестными образцами пере-
работке подвергаются контрольные образцы,
не содержащие радиоуглерода для учета воз-
можного малого загрязнения радиоуглеродом в
химических реакциях. Точность измерения со-
держания 14С в образцах в УМС составляет
0,5—1 % (бывает и лучше), что приблизительно
соответствует точности радиомет рических ме-
тодов. Однако область применений последних
значительно уже за счет пот реб ности в замет-
но большей массе образца. Например, в рутин-
ных измерениях для радиометрического мето-
да требуется порядка 105 л воды, тогда как для
УМС достаточно всего несколько сот милли-
литров [1]. Приведенные факты указывают на
то, что чувствительность УМС по сравнению с
методикой бета-счета в миллион раз выше.
Это впечатляющее преимущество технологии
УМС усовершенствовало эксперименты по да-
тированию с использованием 14С, т.к. теперь
стало возможным исследовать образцы в тыся-
чу раз меньше по массе при расходовании вре-
мени на эксперимент в сотни раз меньше. Пре-
имущество УМС еще более ощутимо при ис-
следовании радиоизотопов с большими перио-
дами полураспада (t1/2), для которых распады
трудно наблюдать. Фактически, существуют
радиоизотопы, такие, как 41Са (t1/2 = 1,04 × 105),
которые не были вообще детектированы на
при родных уровнях (41Са/40Ca = 10–14—10–15)
Рис. 1. Схема построения ускорительного масс-спектрометра
19Наука та інновації. № 1, 2010
Наукові основи інноваційної діяльності
до появления УМС. Измерение изотопных от-
ношений на подобных уровнях возможно при
наличии в методе большого динамического
диапазона для изотопных измерений. Такая
возможность открылась с появлением УМС-
технологии, т.к. обильные стабильные изото-
пы (например, 12С, 13С) детектируются ячейка-
ми Фарадея (рис. 1), тогда как редкие изотопы
(14С) — ионизационными (твердотельными
или газовыми) детекторами. Для демонстра-
ции селективности, необходимой для измере-
ния изотопных отношений в интервале 10–12—
10–15, приведем любопытное сравнение, сде лан-
ное одним из студентов лаборатории профессо-
ра В. Кучеры (университет Вены, Австрия).
Если взять средний дом площадью 100 м2 и вы-
сотой 10 м, то получим объем в 1 000 м3. Напол-
няя этот объем снизу доверху сахаром с разме-
ром кристаллов 1 мм3, мы сможем вместить 1012
кристалликов. Так вот, измерение одного ра-
диоизотопа 14С современного органического
углерода с помощью УМС сравнимо с поиском
одного сахарного кристаллика другой массы в
доме, полностью заполненном сахаром.
2. РАЗВИТИЕ ТЕХНИКИ УМС
2.1. Ускорители
Метод УМС возник благодаря использова-
нию циклотрона и тандемных ускорителей,
дос тупных в ядерно-физических лаборатори-
ях. Однако вскоре выяснилось, что экспери-
менты по датированию с использованием 14С
нуждаются в высокой точности при измере-
нии изотопных отношений, для того чтобы
кон курировать по точности с методикой δ-рас-
пада. Существующие в ядерной физике тан-
демные ускорители были созданы не для масс-
спектрометрии с требуемой точностью (5 ‰)
в регистрации 14С/12С. Кроме того, эти уст рой-
с т ва были неоправданно большими с выход-
ными напряжениями 8—10 МВ. Поэтому были
предложены сравнительно небольшие тандем-
ные УМС-установки с меньшим напряжени-
ем (2—3 МВ), возможности которых бы ли впер-
вые доложены на 3-й конференции по УМС в
1984 г. [1]. Малые машины были основаны на
так называемой Cockroft–Walton-системе энер-
госнабжения (Tandetron). Вскоре (1991) К. Пер-
сер предложил прецизионный ускорительный
масс-спектрометр для измерений 14С с исполь-
зованием этой системы. В настоящее время
две компании производят подобное оборудо-
вание: High Voltage Еngineering Europа (HVEE)
в Амерсфорте (Гол ландия) и National Elect ros-
ta tic Cor poration (NEC) в Мид длетоне (США).
2.2. Стандартные ускорительные
масс-спектрометры
Принято считать, что тандемный ускоритель
на 3 МВ является стандартным оборудованием
для УМС. Приблизительно половина всех при-
боров в мире (около 100) относятся к данной
категории ускорительных масс-спектрометров.
Большинство из них предназначено только (!)
для измерений радиоизотопа 14С. Однако неп-
рерывный процесс улучшения выходных уст-
ройств делает подобные приборы все более уни-
версальными. Например, на установке (рис. 2)
в лаборатории Кучеры (Vienna Environment
Research Accelerator — VERA) с высокой точ-
ностью производятся измерения таких радио-
нуклидов, как 10Be, 14C, 26Al, 129I, 182Hf, 210Pb, 236U,
244Pu [1]. Следует отметить, что хотя УМС с вы-
ходным напряжением на 3 МВ оказались наибо-
лее универсальными в большинстве примене-
ний, УМС с выходным напряжением 5 МВ об-
ладают явным преимуществом при измерениях,
например, радиоизотопа 36Cl. Это связано с труд-
ностью сепарации стабильной изобары 36S при
использовании более низких энергий. В послед-
ние годы наметилась тенденция к уменьше-
нию УМС-ус тройств, что помимо уменьшения
производ с твенных площадей отразится и на сни-
жении стоимости УМС. Существенный прорыв
в этой области был сделан в Цюрихе (рис. 2).
Было показано, что 12СН–
2 и 13СН– ионы диссо-
циируют даже при зарядовом состоянии 1+,
если толщина газового стриппера достаточно
большая. Происходит это благодаря ударному
распаду — процессу хорошо известному в низко-
20 Наука та інновації. № 1, 2010
Наукові основи інноваційної діяльності
Рис. 2. Состояние и тенденция развития ускорительных масс-спектрометров [1]
21Наука та інновації. № 1, 2010
Наукові основи інноваційної діяльності
вольтной масс-спектрометрии — что, в итоге,
позволяет снизить выходное напряжение от 3
до 0,5 МВ.
3. ПРИМЕНЕНИЕ
Основная сфера применения УМС — это
из мерение долгоживущих радиоизотопов на
природных уровнях. Поскольку радиоизото-
пы при сутствуют в любом земном и внезем-
ном веществе, а технология УМС позволяет
контролировать их содержание на ультраследо-
вых уровнях, то область применений УМС ох-
ватывает множество направлений. В таблице
Применения УМС в семи наибольших доменах окружающей среды [1]
Область
определения
Область применения
Атмосфера Космогенные и антропогенные радионуклиды в атмосфере (3Н t1/2=12,3 а), 3Н, 7Ве (53 d), 10Be
(1,5 × 106 a), 14C (5730 a), 14C, 26Al (7,1 × 105 a), 32Si (140 a), 36Cl (3,01 × 105 a), 36 Cl, 39 Ar (269 a),
81Kr (2,3 × 105 a), 85 Kr (10,8 a), 129 I (1,7 × 107 a), 129 I)
Изучение незначительных примесей газов: СО2, СО, ОН, О3, СН4 (
14С)
Транспорт и происхождение углеродсодержащих аэрозолей (14С, 14С) и лёсса (10Ве)
Обмен воздуха стратосферы и тропосферы (7Ве, 10Ве)
Биосфера Датирование в археологии и других областях (14С, 41Са (1,04 × 105 а))
Калибровка с помощью колец деревьев, кораллов, осадочных пород озер и океанов, пещер (14С)
Исследования в судебной медицине с помощью датирования по бомбовому пику (14С)
Исследования мечеными атомами in vivo в растениях, животных и человеке (14C, 26Al, 41Ca,
79Se (3,0 × 105 а), 99Tc (2,11 × 105 а), 129I)
Гидросфера Датирование грунтовых вод (14С, 36Cl, 39 Ar, 81 Kr, 129I)
Модели круговорота мирового океана (14С, 14С, 39Ar, 99Tc, 129I)
Палеоклиматические исследования осадочных пород озер и океанов (14С)
Криосфера Палеоклиматические исследования в кернах льда из ледников и ледниковых щитов полярных
льдов (10Be, 14C, 26Al, 32Si, 36Cl, 39Ar, 81Kr)
Изменение интенсивности космических лучей со временем (10Be, 14C, 36Cl)
Идентификация по бомбовому пику (36Сl, 41Ca, 129I)
Литосфера Датирование выходов породы и исследования эрозии поверхности горных пород (10Be, 14C,
26Al, 36Cl)
Контролирование нейтронного потока в урановых минералах (236U (2,34 × 107 а))
Палеоклиматические исследования в лёссах (10Be)
Изучение движения одной тектонической плиты относительно другой с помощью измерения
вул канических горных пород (10Ве)
Космосфера Космогенные радионуклиды в метеоритах и лунном веществе (10Be, 14C, 26Al, 36Cl, 41Ca, 44Ti
(60 a), 59Ni (7,5 × 104 а), 60Fe (1,5 × 106 а), 129I)
Возможные существующие остатки сверхновых звезд на Земле (60Fe, 146Sm (1,08 × 108 а), 182
Hf (8,9 × 106 а), 244Pu (8,1 × 107 а), 247 Cm (1,56 × 107 а)
Отношения стабильных изотопов микропримесей в предсолнечной пыли (Pt, Os)
Геохимическое определение солнечных нейтрино (99Tc, 205Pb (1,5 × 107 а))
Поиск необычных частиц (сверхтяжелых элементов, частично заряженных частиц, аномально
тяжелых изо топов, неизвестной материи, темной материи)
Техносфера Отходы переработки ядерного топлива (85Kr, 99Tc, 129I)
Измерение времени полураспада (32Si, 41Ca, 44Ti, 60Fe, 79Se, 126Sn)
Измерение температуры термоядерной плазмы (26Аl)
Измерение нейтронного потока бомбы Хиросимы (36Сl, 41Ca, 63Ni (100 a))
Ядерная безопасность (233U (1,59 × 105 а), 236U, 237Np (2,14 × 106 а), 239Pu (2,41 × 104 а), 240Pu (6,56 ×
× 103 а), 242Pu (3,73 × 105 а), 244Pu)
Примечание. Радионуклиды, измеренные в соответственной области применения, указаны в скобках. Подчеркнутые
радионуклиды определяли в продуктах антропогенного происхождения. Полураспады также приведены, когда ра-
дионуклиды возникли впервые.
22 Наука та інновації. № 1, 2010
Наукові основи інноваційної діяльності
приведены сферы применения УМС на се-
годняшний день.
Из таблицы следует, что весь физический
мир условно разделен на семь крупных доме-
нов: атмосфера, биосфера, гидросфера, крио-
сфера, литосфера, космосфера и техносфера.
Лег ко понять, что долгоживущие изотопы
про ни зы вают весь окружающий нас мир, поэ-
тому нет никакой возможности описать мно-
гие приложения УМС в деталях в рамках
одного обзора. Следовательно, далее будут
крат ко изложены лишь отдельные фрагмен-
ты таблицы.
3.1. Датирование с помощью радиоизотопа 14С
3.1.1. Происхождение 14С
Углерод является одним из основных стро-
ительных элементов всего органического мира
на Земле. Например, тело человека весом 70 кг
содержит около 17 кг углерода. Почти весь
этот углерод состоит из двух стабильных изо-
топов: 12С (98,9 %) и 13С (1,1 %). Незначитель-
ную фракцию углерода (1,2 × 10–12) составляет
долгоживущий радиоуглерод 14С. Его проис-
хождение связано с космическими лучами.
Последние включают в себя, наряду с другими
частицами, высокоэнергетические протоны,
образующиеся как на Солнце, так и вне сол-
нечной системы. Эти частицы постоянно бом-
бардируют атмосферу Земли, производя так
называемые вторичные нейтроны. Последние
вследствие неупругих столкновений в атмос-
фере захватываются азотом, образуя радиоуг-
лерод 14С в результате ядерной реакции
14N + n → 14C + e. (1)
Свежеобразованные нуклиды 14С весьма ре-
акционны и поэтому тут же образуют моноок-
сид углерода по реакции
14С + О2 → 14СО + О. (2)
В дальнейшем монооксид углерода реагиру-
ет с радикалом ОН, образуя двуокись углеро-
да в результате реакции
14С + ОН → 14СО2 + Н. (3)
Дальнейшее смешивание 14СО2 со стабиль-
ным атмосферным СО2 в течение длительного
времени способствует обменным процессам
с биосферой (фотосинтезом) и гидросферой
(растворением в океанах, морях и других во-
доемах). Важно отметить, что приблизительно
20 % всего атмосферного СО2 циркулирует че-
рез все упомянутые резервуары в течение од-
ного года. Как следствие достигается равно-
весное распределение радиоуглерода 14С в при-
роде: ~93 % в океанах, ~5 % в биосфере и ~2 %
в атмосфере.
4. РАДИОИЗОТОПНЫЙ МЕТОД
4.1. Радиоизотопный метод
определения возраста образцов
Радиоактивный метод определения возрас-
та образцов был создан У.Ф. Либби в конце
40-х годов прошлого века. Это открытие при-
несло ученому Нобелевскую премию по хи-
мии в 1960 г. Метод основан на законе радио-
активности
d(14Ct)/dt = λ · 14Ct = -(ln2)/(t1/2) · 14Ct, (4)
где 14Сt обозначает число радиоактивных ато-
мов в момент времени t; λ — константа распа-
да; ln2 — натуральный логарифм 2 (ln2= 0,693);
t1/2 — период полураспада (5 730 лет).
Когда живой организм умирает, снабжение
его свежим углеродом из окружающей среды
прекращается, в результате радиоактивность
организма уменьшается экспоненциально со
временем
14Сt = 14C0 · e
–λt. (5)
Зная начальное количество 14С (14Со) и из-
меряя величину 14Сt, можно определить время
t, т.е. возраст объекта, по формуле
t = –1/λ · ln (14Ct/
14Co) =
= –(t1/2) / (ln2) · ln (14Ct /14Co). (6)
Учет фракционирования и вариабельности
атмосферы и гидросферы Голоцена. Как уже
упоминалось выше, благодаря фотосинтезу
СО2 поступает в растения. При этом происхо-
дит фракционирование изотопов углерода, т.е.
23Наука та інновації. № 1, 2010
Наукові основи інноваційної діяльності
сдвиг отношения 13С/12С по отношению к эта-
лону, который обозначается как δ13С:
δ13С = [(13C/12C)обр /(13C/12C)стан — 1] ×
× 1000 permill. (7)
Международным радиоуглеродным станда-
ртом является образец щавелевой кислоты
SRM4990 из американского национального
бю ро стандартов. Для проведения прямого срав-
нения радиоуглеродных измерений для раз лич-
ных образцов их все приводят к стандартному
изотопному сдвигу δ13С = –25 permill (типичная
величина для большинства деревьев):
δ14С = δ14С — 2(δ13С + 25)
(1 + 10–3 δ14С) permill. (8)
Расчет радиоуглеродного возраста (РВ) про-
водится по формуле
РВ = 8033ln(1/(1 + 10–3 δ14C) лет ВР
(ВР = 1950). (9)
Для перехода к календарному возрасту (КВ)
используют калибровочную кривую, построен-
ную по измерениям радиоуглеродного содер-
жания в точно датированных образцах колец
деревьев. К началу 1980 гг. была получена кри-
вая, покрывающая 7 240 лет ВР. Таким образом,
калибровочная кривая учитывает вариабель-
ность атмосферного содержания углерода.
В заключение в связи с фактором «вариации
δ13С» отметим, что по современным представ-
лениям существуют две основные компонен-
ты дегазации Земли: водно-углекислую и уг-
леводородную (Б.М. Валяев, 1997). Вынос глу-
бинного метана сопоставим с выносом углекис-
лоты. На рис. 3 приведены вариации δ13С угле-
рода метана с глубиной.
Видно, что в недрах нефтегазоносных ре-
гионов параметр δ13С существенно меняет-
ся: от –15 до –75 ‰. Причем даже в двух близ-
ко расположенных регионах (Италия и Гер-
мания) метан характеризуется существенно
раз личным δ13С: –70 против –30 (см. рис. 3).
Одной из причин данных изменений может
быть различие в механизмах формирования
метана, приводящее к двум его категориям:
абиогенному метану и биогенному метану.
Это разделение условно, поскольку «сырьем»
для абиогенного метана также являются ког-
да-то жившие организмы. Бесспорным абио-
генным про цес сом формирования метана яв-
ляется его термокаталитический синтез из
простых газов СО2 и Н2 в нижней части зем-
ной коры. В образовании биогенного метана
принимают участие микроорганизмы (мета-
ногены), сосредоточенные в таких природных
нишах, как донные осадки, переувлажненные
почвы, мусорные свалки и другие экосисте-
мы, обладающие восстановительными свойс-
твами [7].
Рис. 3. Вариации изотопного состава углерода метана с
глубиной в недрах нефтегазоносных регионов (Б.М. Ва-
ляев). Кривая изменения изотопного состава углерода
метана с глубиной: 1 — осредняющая [2], 2 — ограничи-
вающая генерационная (Э.М. Прасолов, 1990); нефтега-
зовые регионы: 1 — Северный Бассейн, Калифорния, 2 —
Западная Дельта, Калифорния, 3 — Южный Бассейн, Ка-
лифорния, 4 — Центральный Канзас, 5 — Нимеха, Кан зас,
6 — Седгуик, Канзас, 7 — Чероки, Канзас, 8 — Анадарко,
Канзас, 9 — Форест-Сити, Канзас, 10 — Верхняя Авс-
трия, 11 — Нижняя Австрия, 12 — Чехия, 13 — Бассейн
По, Италия, 14 — Северо-Западная Германия, 15 — Юж-
ная Германия, 16 — Средняя Азия, 17 — Восточная Си-
бирь, 18 — Западная Сибирь, 19 — Поволжье, 20 — Китай
(использованы результаты Б. М. Валяева, Г. А. Титкова,
1985; 1996; Б. М. Валяева и др., 1985;1995; Э.М. Галимо-
ва, 1973; 1995; В. Е. Ерохина, 1980; P. D. Jenden et al.,
1988; 1989; L. Matlavelly et al., 1983; M. Schoell, 1983; 1984;
1988) http://geolib.narod.ru/Journals/OilGasGeo/1997/09/
Stat/06/stat06.html
24 Наука та інновації. № 1, 2010
Наукові основи інноваційної діяльності
4.1.2. Измерение радиоизотопа 14С
с помощью УМС
Содержание радиоизотопа 14С в образце мо-
жет быть измерено либо посредством регист-
рации радиоактивности (бета-распада), либо
посредством прямого счета атомов 14С, точ-
нее — изотопного отношения 14С/12С. В пос-
леднем случае нет необходимости в ожидании
достаточно редких актов распада атомов 14С.
Поскольку археологи стремятся сохранить как
можно больше материала, важным является
размер или количество образца для проведе-
ния достоверного эксперимента по датирова-
нию. В этом смысле технология УМС облада-
ет уникальным преимуществом по сравнению
с методикой счета распадов. Расчеты показы-
вают, что в 1 мг (10–3 г) тела человека содер-
жится около 6 × 107 атомов 14С.
Радиоактивность подобного образца близка
к 2,3 × 10-4 Бк (Беккерель — единица активнос-
ти нуклида в системе СИ, 1 Ки = 3,7 × 1010 Бк),
что соответствует приблизительно одному
распаду в час. С другой стороны, с помощью
УМС возможно регистрировать около 2 % все-
го количества атомов 14С в течение 1 ч, т.е. око-
ло 1,2 млн. частиц. Отсюда следует фактор уси-
ления чувствительности метода УМС по отно-
шению к 14С на уровне 106. На практике это оз-
начает, что вместо использования нескольких
граммов углерода в течение нескольких дней
при использовании методики β-ре гистрации
измерения с помощью УМС могут быть выпол-
нены с образцом весом в 1 мг в течение 1 ч при
том же уровне точности.
Подготовка пробы образца в экспериментах
по датированию с использованием 14С являет-
ся критической в подобных измерениях. В слу-
чае применения УМС процедура включает сле-
дующее: а) очистка образца от неуглеродных
частиц, б) полное превращение углерода в СО2,
в) восстановление СО2 до элементного углеро-
да (графитизация) и г) прессование таблеток,
содержащих обычно до 1 мг углерода. Как пра-
вило, в источник ионов УМС помещают до 40
образцов (30 — неизвестных, 8 — стандартов с из-
вестным отношением 14С/12С, и 2 — фоновых).
При внимательном соблюдении всех тре бо-
ваний к пробоподготовке и процедуре измере-
ний изотопных отношений точность датиро-
вания составляет ± 35 лет (VERA инструмент,
некалиброванный радиоуглеродный воз раст,
не превышающий 10,000 BP) [1, 2]. Однако
приведенная неопределенность может замет-
но возрасти при переходе к калибровочной
кривой по древесным кольцам, для которой
характерны «покачивания» (wiggliness) [1].
Предельное датирование с использованием
14С не превышает 50,000 до BP. Предел опреде-
ляется не статистикой счета, а ограниченной
коррекцией фона, имеющей место в том же
временном интервале. Это означает, что уро-
вень неизбежных примесей в современном уг-
лероде при подготовке образца для УМС-из-
мерений должен быть ни же 1 ‰ (т.е. 1 мкг на
1 мг). Существуют и другие факторы, которые
должны быть учтены (изо топное фракциони-
рование, эффекты резер вуара, проблема «ста-
рое дерево» и др.) для получения надежных
данных. Все это вместе взятое дает основание
следовать правилу У.Ф. Либ би: радиоуглерод-
ный метод датирования в чем-то схож с хирур-
гией — чистота, осторожность, серьезность и
практичность.
4.2. Исследование экологических
и археологических объектов
4.2.1. Археологические сенсации
Метод радиоуглеродного датирования, от-
крытый У. Либби в конце 40-х годов, как уже
упоминалось выше, был отмечен Нобелевской
премией как раз по результатам определения
возраста в археологии, геологии, геофизике и
других науках. Это означает, что основные
применения радиоизотопа 14С были развиты
задолго до появления УМС как новой анали-
тической технологии. Что изменилось с при-
ходом УМС, так это то, что стали доступными
другие сферы исследования, недоступные для
β-регистрации, т.к требовалось слишком мно-
го материала для анализа.
25Наука та інновації. № 1, 2010
Наукові основи інноваційної діяльності
Туринская плащаница. Сразу в трех лабора-
ториях мира были поставлены эксперименты
по датированию плащаницы, и во всех группах
полученный результат относился к средним ве-
кам вместо ожидаемой даты, а именно даты
смерти Христа. Этот результат, несмотря на тща-
тельность проведения УМС-измерений, выз вал
большой резонанс в христианском мире и в
определенной степени недоверие со стороны
цер ковных кругов к данной методике. С тех
пор прошло более 15 лет, однако конфликт до
сих пор не разрешен.
Ледовый человек. Другим, хотя и менее сенса-
ционным, объектом был Ледовый человек (Ice-
man, названный Йети (Oetzi) от региона Oetztal,
где он был найден), случайно обнаруженный в
1991 г. горными экскурсоводами в ледниковом
депозите Европейских Альп (рис. 4).
Двумя лабораториями (в Цюрихе и Окс-
форде) с использованием УМС были выпол-
нены первые радиоуглеродные измерения кос-
тных и тканевых образцов, взятых от Ледового
человека. Из этих измерений следует, что ра-
диоуглеродный возраст данного объекта равен
4 550 ± 19 лет ВР (рис. 5). С помощью калиб-
ровочной кривой, построенной на основе ра-
диоуглеродного содержания в точно датиро-
ванных образцах колец деревьев, определен и
календарный возраст, показывающий, что че-
ловек жил 5 100—5 350 лет тому назад. Намно-
го больший «разброс» интервала времени по
сравнению с радиоуглеродной датой, полу-
ченной прямо из УМС-измерений, обуслов-
лен «покачиванием» калибровочной кривой.
Тем не менее результаты недвусмысленно по-
казали, что Ледовый человек жил в период до
Бронзового Века (2 400—800 ВС), т.е. в конце
неолита.
Дальнейшие исследования других предме-
тов человека, а также, связанных с данной на-
ходкой различных ботанических объектов, про-
веденные в лаборатории В. Кучеры с помощью
VERA [2], подтвердили «неолитовый» возраст
Ледового человека, а также несколько прояс-
нили климатические особенности того време-
Рис. 4. Частично освобожденное ото льда тело Ледового
человека, рассматриваемое двумя известными альпинис-
тами Хансом Каммерландером (слева) и Рейнхольдом
Месснером (справа). В руке Каммерландера часть дере-
вянной конструкции, позже идентифицированной как
средство для перемещения человека. В правом верхнем
углу предмет, напоминающий лук, нижняя часть которо-
го воткнута в лед, а верхняя прислонена к скале
Рис. 5. Определение возраста Ледового человека с ис-
пользованием 14С методом УМС
26 Наука та інновації. № 1, 2010
Наукові основи інноваційної діяльності
ни. Одной из мотиваций данного исследования
было следующее. Существуют доказательства о
том, что в начале Голоцена (Holocene) (период
около 10 000 лет после последнего ледникового
периода) климат на Земле был теплее. К подоб-
ным изменениям температуры особенно чувс-
твительна растительность высокогорья. На это
указывают результаты по датированию, напри-
мер, остатки деревьев, растущих на наивысшей
горе Авст рийских Альп (Pasterze Glacier of the
Gross glockner) с возрастом между 8 000 и 6 900
ВС. Из этого следует вывод о том, что раститель-
ность, должно быть, существовала в упомянутых
горных местах, которые в настоящее время пок-
рыты ледниками. Аналогично можно пред по-
ложить, что место обнаружения Ледового че-
ловека (высокогорный перевал) также в те да-
ле кие времена не было покрыто льдом. К вы-
шесказанному следует добавить результаты
не дав них исследований по идентификации об-
разцов одежды Oetzi с использованием мат-
рич ной лазерно-десорбционной масс-спектро-
метрии (mat rix-assisted laser desorption time-
of-flight mass spec trometry MALDI-TOF MS)
на основе сопоставления пептидных спектров
остатков волос шкур животных (рис. 6) [17].
С использованием специфической протеом-
ной методики было установлено, что одежда и
гамаши были из шкуры овцы, а мокасины —
из крупного рогатого скота. Из этого следует
предположение, что Oetzi был охотником, бро-
дившим по альпийским пастбищам, пригод-
ным в те времена для овец и коров.
4.2.2. Картографирование океанов и морей
В 1990 г. в Институте океанографии (Вудс-
холл, США) — Woods Hole Oceanographic In s-
ti tution Woods Hole Oceanographic Ins ti tu tion —
был запущен специальный УМС с грандиоз-
ным проектом: картографирование всех океа-
нов мира на основе радиоуглеродных измере-
ний [3]. По сравнению с первой попыткой
подобного рода, проведенной в 70-х годах прош-
лого века на основе методики β-счета с исполь-
зованием около 250 литров воды, УМС-техно-
логии понадобилось всего лишь 0,5 л воды для
проведения трехмерного картографирования
океанов Земли. Целью этого глобального экс-
перимента являлось получение линий движе-
ния потоков воды в океанах, что чрезвычайно
важно и необходимо для глобального модели-
рования климата Земли в целом. Позже еще
Рис. 6. Таблица сравнений пиков диагностических пептидных ионов из образцов верхней одежды (На 43/91/130
и Ha 6/91), мокасин (Ha 2/91) и гамашей (Ha 5/91), принадлежавшим Oetzi с пиками из соответствующей базы
данных животных [17]
27Наука та інновації. № 1, 2010
Наукові основи інноваційної діяльності
один «океанографический индикатор» (39Ar)
был использован в подобных УМС-измерени-
ях. С учетом химической нейтральности дан-
ного элемента и времени его периода полурас-
пада (269 лет), близкого к типичным временам
перемещения водных потоков в океанах, УМС-
измерения с данным радиоизотопом ве сьма
существенны для более глубокого понимания
динамических характеристик океанов Земли.
4.2.3. Ядерное оружие и ядерная энергетика
Антропогенные радиоизотопы. Производи-
мые человеком радиоизотопы могут (условно)
быть поделены на две большие группы: не-
преднамеренные и преднамеренные [1]. К пер-
вой группе относятся те, которые выделяются
при ядерных испытаниях и в ядерной энерге-
тике. Преднамеренное производство радиоизо-
топов в основном связано с получением корот-
коживущих элементов для использования в
медицине как для диагностики, так и радио-
терапии. Благодаря высокой чувствительнос-
ти в измерении долгоживущих радиоизотопов
УМС позволяет проводить уникальные иссле-
дования in vivo в клинике, причем с ничтож-
ным уровнем радиоактивности для организма
вследствие больших t1/2.
Продукты ядерных испытаний и атомных
станций. Одним из самых чудовищных видов
испытаний ядерного оружия в истории челове-
чества явились атомные бомбардировки япон-
ских городов Хиросимы и Нагасаки в 1945 г.
УМС-измерения радиоизотопа 63Ni (t1/2 =
= 100 лет), образовавшегося в результате ядер-
ной реакции с участием 63Cu в медьсодержа-
щих материалах, позволили оценить величину
потока быстрых нейтронов, образовавшихся в
результате этих взрывов [4]. Информация о
величинах как быстрых, так и медленных ней-
тронных потоков необходима для установ-
ления корреляций между дозой облучения и
состоянием человеческого организма. В этой
свя зи в рамках проекта «Life Span Study» [5],
около 120 000 человек из Хиросимы и Нага-
саки, включая необлученных «контрольных»
доб ровольцев, были обследованы на предмет
выявления эффектов последействия радиации
в организмах пострадавших. УМС-анализ ра-
диоизотопа 41Са, образующегося активацией
медленными нейтронами кальция 40Ca эмали
зубов у пациентов, выживших после атомной
бомбардировки, был недавно инициирован в
Мюнхене с использованием тандемного уско-
рителя с энергией 14 МэВ [6]. Результаты по-
добных измерений необходимы для получе-
ния надежных данных о радиационных ней-
тронных дозах, существенных для продвиже-
ния дальнейших работ в рамках вышеупомя-
нутого проекта «Life Span Study».
Так называемый «бомб-пик» радиоизотоп-
ный эффект в атмосфере возник между 1950 и
1963 гг. в результате интенсивных испытаний
ядерного оружия в атмосфере. Суммарная си-
ла взрывов была эквивалентна приблизитель-
но 25 000 бомб, одна из которых было сбро шена
на Хиросиму. Среди образовавшихся ра д ио-
изотопов 14С, как выяснилось, был надеж ным
индикатором в изучении глобальной ди на мики
кругооборота углерода. Так, при появле нии До-
говора о запрете ядерных испытаний в 1963 г.
содержание радиоизотопа 14С в атмосфе ре бы-
ло в два раза выше по сравнению с при родной
концентрацией. Излишек углерода 14С рас пре-
делился среди других резервуаров (биосфера,
гидросфера), что понизило содержание данно-
го изотопа в атмосфере до 10 % по сравнению
с природным уровнем. Следует отметить, что
радиоактивный распад 14С изменяет отноше-
ние 14С/12С на 1 % в течение 80 лет, тогда как
динамическое перемешивание снижает бомб-
пик отношение 14С/12С приблизительно на 1 %
в течение года. Поскольку величина отноше-
ния 14С/12С в атмосфере контролируется на-
чиная с 1950 гг., это обеспечивает калибровоч-
ной кривой измерения по датированию совсем
недавних объектов (причем с неопределеннос-
тью) всего в 1—2 года. Например, в судебной
медицине смерть двух человек в конце 1980-х
могла быть определена с относительной разни-
цей в один год [8].
28 Наука та інновації. № 1, 2010
Наукові основи інноваційної діяльності
Другим источником радиоизотопов явля-
ются выбросы заводов по переработке ядерно-
го топлива в океан. Одним из них является 129I
(t1/2 = 1,7 × 107 л) — продукт выброса, например,
предприятия La Hague (Франция). Данный ра-
диоизотоп используется в исследованиях как
«океанографический» трейсер. В глобальном
масштабе локализация сильного загрязнения
радиоизотопом 129I от перерабатывающих ядер-
ное топливо предприятий может быть легко
определена с помощью метода УМС как в про-
странстве, так и во времени.
4.2.4. Чернобыльская катастрофа
В нормальном режиме эксплуатации атом-
ной электростанции (АЭС) выбросы радионук-
лидов незначительны и, в основном, они обус-
ловлены радиоизотопами РБГ (криптон, ксе-
нон) и йода (131—135I). Авария на ЧАЭС в 1986 г.
привела к загрязнению окружающей среды
радионуклидами, в том числе такими, как изо-
топы Pu, 123Xe, 85Kr, 131I, 129I, 132Te, 134Cs, 137Cs,
95Zr, 103Ru, 106Ru, и 90Sr [9]. После взрыва наибо-
лее летучие элементы, такие, как йод, цезий и
теллур, поглотились атмосферой, и в течение
нескольких дней радиационное облако благо-
даря ветру достигло скандинавских стран
(Финляндия и Швеция) до того, как появить-
ся в других регионах Европы [9]. По некото-
рым оценкам (Yiou et al.,1994), около 1,3 кг
(6 × 1024 атомов) радиоизотопа 129I было вы-
брошено в атмосферу сразу же после взрыва
на ЧАЭС, что составляет только 2 % общего
количества 129I, появившегося в атмосфере
Зем ли в результате ядерных испытаний. Од-
нако выброс от взрыва на ЧАЭС был доста-
точно локализован в пространстве и во време-
ни и поэтому, помимо определенных областей
Украины, Белоруссии и России, значительные
дозы облучения получили также и скандинав-
ские страны. Максимальному облучению под-
вергся персонал станции и пожарные. Боль-
шинство жителей в зонах радиоактивного за-
грязнения подверглось γ-облучению в пре-
делах 5—10 мЗв (Зиверт — эквивалентная до за
излучения в системе СИ, 1 бэр = 0,01 Зв) и
лишь незначительная часть в дозах до 100—
200 мЗв. Облучение носило комбинированный
характер — внешнего и внутреннего — от пос-
тупавших в организм радионуклидов. Основ-
ную опасность, особенно для детей, представ-
ляли радиоизотопы 131—135I, поступавшие с мо-
локом и молочными продуктами. Эти изотопы
составили значительную часть активности,
выброшенной из разрушенного реактора 4-го
блока ЧАЭС (27 × 10–16 Бк). Радиоактивный
йод является изотопом одного из важнейших
биогенных элементов живых организмов. Он
необходим для синтеза гормонов щитовидной
железы, действие которых осуществляется на
всех уровнях в цепи клетка → орган → орга-
низм. О некоторых возможностях использова-
ния технологии УМС в медико-биологичес-
ких исследованиях с использованием различ-
ных радиоизотопов будет сказано в следую-
щем разделе данного обзора.
4.3. Медико-биологические исследования
с использованием радиоизотопов
С первых шагов использования УМС-техно-
логии в научных исследованиях стала очевид-
ной полезность радиоизотопа 14С для медицины.
Из всех 1 990 лабораторий ускорительной масс-
спектрометрии мира (статистика на 2005 г.),
ряд лабораторий полностью переключились
на прог раммы биомедицинского профиля [1].
Лидерство в этом процессе, безусловно, при-
надлежит Национальной лаборатории из Ли-
вермора (США) — Lawrence Livermore National
Laboratory. По словам руководителя этой ла-
боратории Каролины Холивей (кстати, биолога
по образованию) будущее технологии УМС бу-
дет связано с медико-биологическими иссле-
дованиями. Радиоизотоп 14С, как и в других
сферах применения УМС, здесь также являет-
ся наиболее часто используемым, например
при исследовании метаболизма лекарственных
препаратов, а также различных канцерогенов
[10]. C целью ускорения движения в этом на-
правлении в Англии (York University) недавно
29Наука та інновації. № 1, 2010
Наукові основи інноваційної діяльності
был запущен специальный ускорите ль ный масс-
спектрометр с тандемным пеллетроном с энер-
гией 5 МэВ [1]. Средства на эту весьма доро-
гостоящую установку были соб раны от боль-
ших компаний-спонсоров, глав ным образом —
фармацевтического профиля. В результате дан-
ная установка проводит измерения, в основном,
по коммерческим зака зам. Другим из наибо-
лее привлекательных радиоизотопов для этой
сферы исследований яв ляется радиоактив-
ный изотоп кальция 41Са (t1/2 = 1,04 × 105 лет).
Этот изотоп характеризуется большим време-
нем полураспада, низкой энергией распада, а
также очень незначительным природным изо-
топным содержанием (41Са/ 40Ca ~10–15), благо-
даря чему он дает сильный сигнал в спектре
при очень малых его количествах в организме
человека (~5 нг). Например, исходное отноше-
ние 41Са/40Са в образцах мочи составляет при-
близительно 5 × 10–9 [11]. Это дает возмож-
ность изучать, например, метаболизм костной
ткани на протяжении многих лет в различных
ситуациях, в том числе и при воздействии ле-
карств. Уменьшение мас сы костей с возрастом
(остеопороз) неизбежно при водит к многочис-
ленным травмам и переломам (напр., в США
происходит около 106 по добных травм в год,
что требует 10 млрд. долларов на лечение). По-
этому ученые с надеждой смотрят на возмож-
ности УМС, благодаря которым этот недуг мо-
жет быть предотвращен.
Аддукты ДНК. Пионерские исследования
в этом направлении были проведены в цен т-
ре ускорительной масс-спектрометрии в Ли-
верморе (США) [12]. Известно, что ряд кан-
це рогенов образуют ковалентные связи с
нуклеотидными основаниями ДНК (аддукты
ДНК). Последние принято считать индикато-
рами (трей серами) воздействия канцерогенов
на организм. Прежде связь между подобными
образованиями и длительностью воздействия
устанавливалась при сравнительно больших
дозах канцерогенов, превышающих уровни в
обычной окружающей среде по причине отсут-
ствия более чувствительных методов регист-
рации. В результате аддукты такого сорта не
применялись как трейсеры воздействия кан-
церогенов на человеческий организм. Среди
наи более чувствительных методов для регист-
рации аддуктов принято считать методику с
использованием радиоизотопа 32Р c чувствите-
льностью ~1 аддукт на 1010 нуклеотидов. Поэ-
тому логично было применить УМС, позволя-
ющую измерять концентрацию редких изото-
пов в очень малых образцах (от 20 мкг до 1 мг)
[12]. Ниже приведены основные результаты
УМС-исследований уровня аддуктов ДНК
мышей при воздействии малых концентраций
соединением MeIQx (рис. 7).
Процедура работы при УМС-измерениях
аддуктов ДНК была такова. После выделения
ДНК из печени животного и растворения в
воде получали экстракт ДНК с помощью вод-
но-этанольной смеси (рН8) с дальнейшим
диа лизом (3 раза) для очистки от возможных
несвязанных молекул с 14С. Далее ДНК разбав-
ляли от 10 : 1 до 1 000 : 1 растворителем SDS
(sodium lauryl sulfate) c концентрацией 1мг/мл.
Наконец, около 0,5 мг полученной ДНК/SDS
смеси высушивали в вакууме в кварцевой труб-
ке и далее конвертировали в графит для масс-
спектрометрических измерений. В резу льтате
проведенных исследований был установлен
предел детектирования для аддуктов ДНК, ме-
ченных 14С, равен одному аддукту на 1011 нук-
леотидов, что на порядок выше по срав нению с
самым чувствительным 32Р-методом. Это обус-
ловлено, прежде всего, прямым масс-спектро-
метрическим измерением аддуктов, име ю щих-
ся в биосистеме. Подобные измерения на 3—5
Рис. 7. Структура соединения MeIQx. Молекула была
синтезирована с одним 14С атомом (·) в имидазольном
ко льце [12]
30 Наука та інновації. № 1, 2010
Наукові основи інноваційної діяльності
порядков чувствительнее других методик, ос-
нованных на классических радиоиммунных
подходах, GC-MS, лазерной фос фо рес ценции
и флюоресцентной спектрометрии [12]. Одна-
ко УМС-измерения аддуктов ДНК на следо-
вом уровне не дают информации об их струк-
туре. Молекулярная информация может быть
получена при совместном использовании
УМС-технологии с хроматографией для очис-
тки и разделения аддуктов до измерений изо-
топных отношений углерода 14С. Интенсив-
ные исследования, в том числе биомедицинс-
кого направления, с использованием УМС про-
водятся в Китае, в частности в Пекинском
уни верситете [13]. Один из результатов при-
веден на рис. 8, из которого следует, что кине-
тика распада аддуктов в системе «ДНК + нико-
тин» характеризуется in vivo двумя стадиями.
Из этого следует вывод об образовании, как
минимум, двух отличных друг от друга аддук-
тов с разными временами распада. Экспери-
менты были проведены с никотином, «мечен-
ным» радиоизотопом углерода 14С. Выделен-
ная ДНК переводилась в графитовый образец
для исследования на ускорительном масс-
спектрометре Пекинского университета. Дру-
гие проекты этого направления были связаны
с использованием изотопа 79Se в качестве трей-
сера для контроля метаболизма и био-дина-
мики селена в организме при различных за-
болеваниях. Также следует упомянуть исс ле-
дования процессов накопления свободного ка-
льция в клетке при воздействии различных
канцерогенов, используя в данном случае в ка-
честве трейсера элемент 14С.
Исследование дозозависомого связывания
трихлорэтилена (ТХЭ, ТСЕ) с ДНК печени
мы шей и протеинами при использовании ма-
лых доз в связи с выяснением механизмов кан-
церогенности ТХЭ проведено авторами [13]
ме тодом УМС. Известно, что взаимодействие
ТХЭ с ДНК, РНК происходит в присутствии
активирующей метаболизм биоструктуры (на-
пример, цитохрома Р-450 2Е1). Однако струк-
тура аддуктов не определена из-за отсутствия
достаточно чувствительной методики при ма-
лых дозах ТХЭ. Таким образом, если связы-
вание с ДНК является ключевым в канцеро-
генном действии ТХЭ, необходимы сведения
о кинетике формирования соответствующих
ад дук тов при низких, имеющих отношение
к человеческому организму, дозах. Подобный
под ход и был реализован в цитируемой ра бо-
те с использованием 1,2-14С трихлорэтилена
(14СТХЭ), который вводился мышам D6C3F1
с использованием УМС для регистрации ад-
дуктов на уровне чувствительности 1 аддукт
на 1011 нуклеотидов. Приблизительно 4—5 мг
протеинов печени и 200—400 мкг ДНК испо-
льзовались для анализа методом УМС с целью
определения содержания углерода после сжи-
гания образца и дальнейшей графитизации
полученного СО2. Следует помнить, что УМС-
технология дает информацию только об изо-
топ ном отношении (в данном случае — 14C/13C),
не разделяя исходное соединение от его мета-
болитов. Кинетика связывания ТХЭ и его ме-
таболитов с ДНК и протеинами в печени мы-
шей приведена на рис. 9 с учетом содержания
радиоуглерода в контрольных мышах. Видно,
что кинетика формирования аддуктов являет-
ся двухстадийной с изначальным максимумом
в интервале первых четырех часов инкубации.
Максимальный уровень связывания происхо-
Рис. 8. Кривая распада аддуктов ДНК-никотин в печени
мышей [13]
31Наука та інновації. № 1, 2010
Наукові основи інноваційної діяльності
дит в период между 24 и 72 часами (~125 пг/г
ДНК) [13]. Также можно заключить, что ТХЭ
более активен с протеинами печени, чем с ДНК.
При этом максимальный уровень взаимодейс-
твия с протеинами (2,4 нг/г протеина) наблю-
дается в течение первого часа после введения
ТХЭ с последующим экспоненциальным спа-
дом. В дальнейшем был проведен УМС-анализ
отдельных хроматографических фракций ДНК,
собранных после двухчасового воздействия на
мышей дозой ТХЭ (100 мг/кг). В результате
оказалось, что нуклеозид 3′-монофосфаты не со-
держали избыточного радиоуглерода в своем со-
ставе, т.е. последний был обусловлен связанны-
ми с ДНК молекулами ТХЭ и его метаболитами.
Различие в кинетике формирования аддуктов с
ДНК и протеинами (см. рис. 9) указывает на
отсутствие протеиновых примесей в ДНК. При-
рода аддуктов in vivo пока не известна, что яв-
ляется предметом последующих исследований.
Таким образом, можно заключить, что ТХЭ
взаимодействует с ДНК (при дозе 2,0 мкг/кг,
выход равен 4 аддукта на 1011 нуклеотидов),
т.е. ТХЭ несмотря на малый выход продуктов
реакции с ДНК все же следует отнести к гене-
тическому токсину, поскольку уровень аддук-
тов зависит от дозы.
Метаболизм каротина. Каротиноиды — при-
родные органические пигменты, синтезируе-
мые бактериями, грибами, водорослями и вы-
сшими растениями. Идентифицировано около
600 каротиноидов. Они имеют преимущест-
венно желтый, оранжевый или красный цвет,
по строению — это циклические или ацикли-
ческие изопреноиды. Каротин (от лат. carota —
морковь) — желто-оранжевый пигмент, непре-
дельный углеводород из группы каротинои-
дов. Эмпирическая формула — С40H56. Не рас-
творим в воде, но растворяется в органических
растворителях. Содержится в листьях всех рас-
тений, а также в корнях моркови, плодах ши-
повника и др., является провитамином вита-
мина А (ретинол) (рис. 10). Существуют две
изомерные формы каротина: α-каротин и β-ка-
ротин, различающиеся положением двойной
связи в одной из концевых групп. Недавно был
проведен цикл исследований метаболизма β-ка-
ротина в человеческом организме с помощью
УМС-технологии [15]. Подобные исследования
невозможно провести в принципе, ис пользуя
методику β-счета при допустимой для орга-
низма радиоактивности в 1 мЗв. Измерения с
помощью УМС-технологии могут быть прове-
дены с радиоактивным каротиноидом (мечен-
ным 14С) при дозе < 1 мкЗв, что эквивалентно
Рис. 10. Схема ожидаемых путей биотрансформации
β-каротина в организме человека. Помимо основной де-
струкции по связи 15—15′ возможен разрыв и других свя-
зей в молекуле, что приводит к набору соответствующих
метаболитов. Ретинол (Retinol) является стабильной
формой витамина А, тогда как ретиноиковая кислота
(Retinoic Acid) является посредником невидимой функ-
ции витамина А в процессах роста и эпителиальной диф-
ференциации [15]
Рис. 9. Кинетика связывания 14С-ТХЭ с ДНК ( ) и про-
теинами ( ) при дозе 4,1 мкг ТХЭ/кг веса животного
32 Наука та інновації. № 1, 2010
Наукові основи інноваційної діяльності
дозе радиации, полученной человеком во вре-
мя трансатлантического перелета. Это означает,
что собранные биологические образцы для изме-
рений методом УМС не считаются радиоактив-
ными материалами и поэтому не требуют специ-
ального хранения. Следует также отметить еще
одно преимущество методов анали за биообъек-
тов, основанных на радиоактивных изо топах:
анализ проводится без предварите льного разде-
ления, очистки и идентифика ции ана лизируе-
мо го объекта. Это позволяет из ме рять все воз-
можные метаболиты (в данном слу чае — β-ка-
ро ти на) как известные, так и абсолютно новые. В
свою очередь, следствием подобных обнаруже-
ний является идентификация и определение
количеств ранее неизвестных метаболитов. Ри-
сунок 11 иллюстрирует выше сказанное, а имен-
но результаты анализа образ цов плазмы крови
после введения незначите льного количества
β-каротина, содержащего ра диоизотоп 14С.
В частности, эти данные подтверждают пре-
жний вывод о том, что ретиниловые сложные
эфиры (retinyl esters) появляются в плазме од-
новременно с β-каротином до появления рети-
нола (retinol), т.е. витамина А. Также установ-
лено, что около 60 % всего радиоизотопа 14С,
находящегося в плазме, содержится в трех фрак-
циях, представленных на рис. 11. Оставшееся
количество изотопа 14С входит в другие мета-
болиты, которые пока не идентифицированы.
Из этого следует важный вывод, что β-каротин
характеризуется достаточно большим набо-
ром метаболитов (см. рис. 11), структуру кото-
рых еще предстоит выяснить.
5. СРАВНЕНИЕ МЕТОДА УМС
С ДРУГИМИ АНАЛИТИЧЕСКИМИ МЕТОДИКАМИ
Представляет интерес провести сравнение
измеряемых величин методом УМС с други-
ми аналитическими методиками. В рамках дан-
ного обзора подобное сравнение будет прове-
дено с двумя современными аналитическими
технологиями, а именно SIMS и ICP-MS, в ос-
новном, по результатам анализа, проведенного
в диссертации Colin Maden [16]. Очевидным
является то, что для каждой конкретной ана-
литической задачи должен быть выбран на-
илучший метод анализа. Это означает, что не
только такие ключевые характеристики мето-
да, как чувствительность или предел детек-
тирования, но и другие факторы (пропускная
способность, пробоподготовка и др.) влияют на
подобный выбор. Кроме того, каждая лабора-
тория имеет свои отличия, что также наклады-
вает отпечаток на окончательный выбор мето-
дики. Ниже приведен краткий сравнительный
анализ результатов, полученных с помощью
УМС-технологии в Технологическом инсти-
туте (Цюрих) с другими (SIMS, ICP-MS) сов-
ременными технологиями [16].
5.1. Предел детектирования
и поперечное разрешение
При проведении балк-анализа следовых эле-
ментов предел детектирования для данного по-
перечного (lateral) разрешения является клю-
чевым и поэтому именно этот параметр опре-
деляет потенциал выбранной методики. Если
это так, тогда сравнение методик можно про-
вести путем построения графика в координа-
тах «предел детектирования (концентрация) —
поперечный размер пятна исследования». В ре-
Рис. 11. Кинетика β-каротина и его метаболитов в плаз-
ме крови по данным УМС [13]
33Наука та інновації. № 1, 2010
Наукові основи інноваційної діяльності
зультате каждая из методик будет представле-
на на графике определенной площадью, свя-
зывающей эти два параметра (рис. 12). На ри-
сунке приведена область УМС-технологии,
пос троенная по результатам измерений на при-
боре PSI/ETH Accelerator AMS Технологи-
ческого института в Цюрихе [16]. Видно, что
область УМС, в основном, такая же, как и для
SIMS, с расширением в сторону более низких
пределов детектирования. Последнее вполне
ожидаемо благодаря одному из ключевых до-
стоинств УМС, а именно подавлению молеку-
лярных и изобарных влияний за счет ускоре-
ния анализируемых ионов в ускорителе. В то
же время метод УМС не может конкурировать
(пока!) с технологией SIMS по другому важ-
ному параметру — поперечному разрешению.
Одной из причин может быть не использова-
ние новейших источников ионов, применяе-
мых в SIMS. Однако, тщательно анализируя
данные, приведенные на рис. 12, следует пом-
нить о следующем. В диссертации C. Maden
[16] показано, что чувствительность УМС при
балк-анализе следовых элементов может из-
меняться на порядки величин в соответствии
с выходом вторичных ионов различных эле-
ментов при использовании различных матриц
одного и того же образца. Эта особенность ха-
рактерна не только для УМС-технологии. По-
этому данные, приведенные на рис. 12, не сле-
дует интерпретировать как пределы детекти-
рования для всех следовых элементов в любых
образцах при данном поперечном разрешении,
а скорее — как зоны областей, определенные
суммой наиболее приемлемых аналитических
условий. Другими словами, данные на рис. 12
нельзя прямо использовать для выбора наи-
более приемлемой методики с целью решения
конкретной аналитической проблемы.
5.2. Проблемы анализа малых образцов
Одной из особенностей анализа малых об-
разцов является искусство нахождения опти-
мальной его установки в приборе для получе-
ния воспроизводимых измерений. Если пред-
положить, что указанная особенность выпол-
нена, тогда наименьший размер образца, под-
вергаемый анализу, определяется величиной
суммарного выхода данной методики или,
другими словами, количеством атомов, кото-
рые не детектируются во время измерений.
Графическое изображение подобных «потерь»
для трех методик (AMS, SIMS, ICP-MS) при-
ведено на рис. 13. Считается, что образец бе-
Рис. 12. Сравнение УМС с другими аналитическими ме-
тодиками [16]. Другие методики, дающие только изобра-
жение или концентрацию, также отражены на графике
(вдоль соответствующих осей). AFM — атомная силовая
микроскопия, SEM — сканирующая электронная микро-
скопия, FE-SEM — сканирующая электронная микроско-
пия с полевой эмиссией, TEM — просвечивающая элект-
ронная микроскопия, AES — оже-электронная спектро-
метрия, FE-AES — AES с фокусировкой электронного
луча, EDS — рентгеновская спектрометрия с дисперсией
энергии, Raman — μ-раман спектрометрия, XPS — рентге-
новская фотоэлектронная спектроскопия, ESCA — элект-
ронная спектрометрия для химического анализа, FTIR —
инфракрасная спектрометрия с фурье-преобразованием,
XRF — рентгеновская флюоресценция, RBS — резерфор-
довская спектрометрия обратного рассеяния, TXRF —
рентгеновская флюоресценция полного отражения, TOF-
SIMS — времяпролетная масс-спектрометрия вторич-
ных ионов, Dynamic-SIMS — динамическая времяпро-
летная масс-спектрометрия вторичных ионов, ICP-MS —
масс-спектрометрия с индуктивно-связанной плазмой,
LA-ICP-MS — ICP-MS с лазерной абляцией, GCMS —
масс-спектрометрия с газовой хроматографией, GDMS —
масс-спектрометрия с тлеющим разрядом, NAA — ней-
тронный активационный анализ
34 Наука та інновації. № 1, 2010
Наукові основи інноваційної діяльності
риллия весом 100 нг (6,6 × 1015 атомов) с изо-
топной распространенностью 10Ве, равной
10–10 (6,6 × 105 атомов), подготовлен к анализу
наилучшим образом. Тогда для SIMS-техноло-
гии главные потери обусловлены низким выхо-
дом в процессе распыления образца. Потери,
связанные с прохождением ионов через масс-
спектрометр как для SIMS, так и для УМС-тех-
нологий незначительны и составляют 10—15 %.
Дальнейшее снижение чувствительности мето-
да определяется фоном детектора, который для
УМС ниже по сравнению с двумя другими ме-
тодами (см. рис. 13). Комбинация суммарного
выхода ионов и сигналов фона и определяет на-
именьший предел динамического диапазона, в
котором данная аналитическая методика мо-
жет измерять редкий изотоп, в данном конк-
ретном случае — радиоизотоп 10Ве.
Что касается ICP-MS-технологии, при ве ден-
ной также на рис. 13, то ее нельзя, вообще го-
воря, прямо сравнивать с AMS и SIMS ввиду
принципиально иного процесса формирова-
ния аналитического сигнала. При данной ме-
тодике образец обычно растворяют в слабой
кис лоте, транспортируют в распылитель (ne-
bu liser), с помощью которого происходит его
распыление в среду газа-носителя (обычно, ар-
гона). Далее образец попадает в плазму с не-
бо льшой примесью аргона. В случае анализа
бе риллия с использованием данной методи-
ки возникает еще одна проблема, а именно: в
масс-спектре присутствуют одновременно ионы
двух элементов (10Ве+ и 40Ar4+) с одним и тем
же мас совым числом, что сказывается на пре-
деле детектирования метода. Исследования
показывают, что при максимальной соленос-
ти раствора образца (10 мг/мл), наименьшее
отношение 10Be/9Be, полученное с помощью
ICP-MS, равно 10–7 [16]. Другими словами,
данная методика не пригодна для измерения
природных отношений изотопов бериллия.
Все же, справедливости ради следует отме-
тить, что в ряде случаев возможно получение
данным методом пределов детектирования
на уровне fg/g. Однако главное достоинство
ICP-MS-тех но логии состоит в возможности
проведения анализов вакуумно-несовмести-
мых образцов, например жидких включений
в минералах, испо льзуя лазерную абляцию
(LA-ICP-MS).
Рис. 13. Сравнительный анализ образцов бериллия тремя методами: AMS, SIMS и ICP-MS. Для каждого метода
указан динамический интервал, зависящий от потерь в чувствительности, что, в свою очередь, обусловлено суммар-
ным полезным выходом (overall useful yield), фоном детектора (detector background) и молекулярными и изобарны-
ми ионами (molecular and isobaric interferences) [16]
35Наука та інновації. № 1, 2010
Наукові основи інноваційної діяльності
6. ВЫВОДЫ И ПЕРСПЕКТИВЫ
Из вышеизложенного следует, что ускори-
тельная масс-спектрометрия как физический
метод изотопного анализа веществ с уника-
льной чувствительностью является на сего д-
няш ний день общепризнанной и достаточно
хорошо отработанной аналитической методи-
кой. Однако весь потенциал УМС еще далеко
не использован. Поэтому данная технология
находится в процессе постоянного техничес-
кого усовершенствования как уже существую-
щих инструментов, так и в создании новых, в
том числе малогабаритных конструкций уско-
рительных масс-спектрометров. В результате
это приведет к улучшению точности анализов
и рас ширению областей применения. Поэтому
предсказать, какие открытия ждут ученых в
ближайшие 2—3 года при использовании тех-
нологии УМС, никто не берется. Все же мож-
но ожидать, что появление новых лабораторий
ускорительной масс-спектрометрии и новых
приложений в таких сферах, как окружающая
среда, биология и медицина неуклонно будет
расти благодаря бесценным аналитическим
воз можностям ме тода. Нет сомнения в том,
что первая подобная лаборатория в ближай-
шее время начнет функционировать и в Укра-
ине для решения многих актуальных проблем,
имеющих отношение к энергетике, медицине,
новым лекарственным препаратам, экологии
окружающей среды, нанотехнологиям и мно-
гим другим научным направлениям.
К моменту выхода обзора в печать, Инсти-
тут прикладной физики НАН Украины в рам-
ках программы централизованного приобре-
тения импортных научных приборов и обору-
дования за счет бюджетных средств НАН
Украины получил ускорительный масс-спект-
рометр Tandetron 1.0 MV модель 4110B0-AMS,
фирмы HVEE (Голландия) и уже приступил к
работам по его инсталляции и наладке.
Автор выражает искреннюю признатель-
ность академику НАНУ Сторижко В.Е. за ини-
циацию написания вышеизложенного матери-
ала и полезную дискуссию.
ЛИТЕРАТУРА
1. Kutschera W. Progress in isotope analysis at ultra-trace
level by AMS. International Journal of Mass Spect ro-
met ry, 242 (2005). — P. 145–160.
2. Kutschera W., Müller W. «Isotope language» of the Al pi ne
Iceman investigated with AMS and MS. Nuclear Ins t-
ruments and Methods B, 204 (2003). — P. 705—719.
3. Purser K.H., Smick T.H., Purser R.K. A precision 14C ac-
celerator mass spectrometer. Nuclear Instruments and
Methods B, 52 (1990) . — P. 263—268.
4. Straume T. et al. Measuring fast neutrons in Hiroshima
at distances relevant to atomic-bomb survivors. — Natu-
re. — vol. 424 (2003). — P. 539—542.
5. Pierce D.A. et al. Studies of the mortality of atomic bomb
survivors. Radiation Research 146 (1996). — Р. 1—27.
6. Walner A. et al. 41Ca — a possible neutron specific bio-
mar ker in tooth enamel. — Nuclear Instruments and
Met hods B. — 223-224 (2004). — P. 759—764.
7. Ривкина Е.М. и др. Метан в вечномерзлых отложени-
ях северо-восточного сектора Арктики. — Криосфера
Земли. — 2006. — Т. 10, № 3. — P. 23—41.
8. Wild E.M. et al. 14C dating with the bomb peak: An ap-
plication to forensic medicine. Nuclear Instruments and
Methods B. — 172 (2000). — P. 944—950.
9. Buraglio N., 2000, Accelerator Mass Spectrometry of 129I
and Its Applications in Natural Water Systems. Acta Uni-
versitatis. Comprehensive Summaries of Uppsala Disser-
ta tions from the Faculty of Science and Technology
570.53 pp.Uppsala, ISBN 91-554-4819-4.
10. Garner R.C. et al. Comparative biotransformation stu-
dies of MeIQx and PhIP in animal models and humans. —
Cancer Letters. — 143 (1999). — P. 161—165.
11. Freeman S.P.H.T. et al. The study of skeletal calcium me-
ta bolism with 41Ca and 45Ca. Nuclear Instruments and
Methods B, — 172 (2000). — P. 930—933.
12. Turteltaub K.W. et al. Accelerator mass spectrometry in
biomedical dosimetry: relationship between low-level
ex posure and covalent binding of heterocyclic amine
carcinogens to DNA. Proceedings of National Academy
of Sciences of USA. — 87 (1990). — P. 5288—5292.
13 Kautiainen A., Vogel J.S., Turteltaub K.W. Dose-de hen-
dent binding of trichloroethylene to hepatic DNA and
pro tein at low doses in mice, Chemico-Biological Inter. —
106 (1997). — P. 109—121.
14. Guo Zhiyce et al. Development of Accelerator Mass Spec-
trometry in China, Proceedings of the Second Asia Parhrle
Accelerator Conference, Beijing, China. — P. 2001.
15. Burri D.J., Clifford A.J. Caratenoid and retinoid met ha-
bo lism: Insights from isotope research, Archives in
Bio che mistry and Biophysics (2004) 430. — P. 110—
119.
16. Maden C. The potential of accelerator mass secondary
ion mass spectrometry in environmental sciences, A dis-
36 Наука та інновації. № 1, 2010
Наукові основи інноваційної діяльності
sertation submitted to the Swiss Federal Institute of
Technology Zurich, 2003.
17. Hollrmeyer K., Altmeyer W., Heinzle E., Pitra C. Species
identification of Oetzi’s clothing with matrix-assisted
laser desorption/ionization time-of-flight mass spect-
ro met ry based on peptide pattern similarities of hair di-
gests, Rapid Communications in Mass Spectrometry
(2008) 22. — P. 2751—2767.
Л.Ф. Суходуб
ЗАСТОСУВАННЯ ПРИСКОРЮВАЛЬНОЇ
МАС-СПЕКТРОМЕТРІЇ В ЕКОЛОГІЧНИХ
І МЕДИКО-БІОЛОГІЧНИХ ДОСЛІДЖЕННЯХ
Розглянуто принципи прискорювальної мас-спект-
ро метрії (ПМС), розвиток техніки ПМС, особливості
пробопідготовки і використання ПМС для датування за
допомогою радіоізотопу 14С, для дослідження різних еко-
логічних об’єктів та медико-біологічних досліджень з ви-
користанням радіоізотопів. Проведено порівняння ПМС
з іншими аналітичними методами.
К л ю ч о в і с л о в а: прискорювальна мас-спектромет-
рія, екологія, медицина, оточуюче середовище, датуван-
ня, ізо топ 14С.
L.F. Sukhodub
APPLICATION OF ACCELERATOR MASS
SPECTROMETRY IN ECOLOGICAL, MEDICAL
AND BIOLOGICAL INVESTIGATIONS
The paper covers the principles of the accelerator mass
spectrometry (AMS), development and history of AMS
me thod, peculiarities of sample preparation and AMS ap-
plication for dating of samples using radioisotope 14С, in
the investigation of various environmental objects as well
as medical and biological investigations with radioisotopes
ap plication. The comparison of AMS with other analytical
techniques is made.
K e y w o r d s: accelerator mass spectrometry, ecology, me-
di cine, environment, dating, 14С isotope.
Надійшла до редакції 24.04.09
|
| id | nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-28079 |
| institution | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| issn | 1815-2066 |
| language | Russian |
| last_indexed | 2025-12-07T18:47:13Z |
| publishDate | 2010 |
| publisher | Видавничий дім "Академперіодика" НАН України |
| record_format | dspace |
| spelling | Суходуб, Л.Ф. 2011-10-27T16:12:07Z 2011-10-27T16:12:07Z 2010 Применение ускорительной масс-спектрометрии в экологических и медико-биологических исследованиях / Л.Ф. Суходуб // Наука та інновації. — 2010. — Т. 6, № 1. — С. 17-36. — Бібліогр.: 17 назв. — рос. 1815-2066 DOI: doi.org/10.15407/scin6.01.017 https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/28079 Рассмотрены принципы ускорительной масс-спектрометрии (УМС), развитие техники УМС, особенности пробоподготовки и использование УМС для датирования с помощью радиоизотопа 14С, для исследования различных экологических объектов и медико-биологических исследований с использованием радиоизотопов. Проведено сравнение УМС с другими аналитическими методами. Розглянуто принципи прискорювальної мас-спектрометрії (ПМС), розвиток техніки ПМС, особливості пробопідготовки і використання ПМС для датування за допомогою радіоізотопу 14С, для дослідження різних екологічних об’єктів та медико-біологічних досліджень з використанням радіоізотопів. Проведено порівняння ПМС з іншими аналітичними методами. The paper covers the principles of the accelerator mass spectrometry (AMS), development and history of AMS method, peculiarities of sample preparation and AMS application for dating of samples using radioisotope 14С, in the investigation of various environmental objects as well as medical and biological investigations with radioisotopes application. The comparison of AMS with other analytical techniques is made. ru Видавничий дім "Академперіодика" НАН України Наука та інновації Наукові основи інноваційної діяльності Применение ускорительной масс-спектрометрии в экологических и медико-биологических исследованиях Застосування прискорювальної мас-спектрометрії в екологічних і медико-біологічних дослідженнях Application of accelerator mass spectrometry in ecological, medical and biological investigations Article published earlier |
| spellingShingle | Применение ускорительной масс-спектрометрии в экологических и медико-биологических исследованиях Суходуб, Л.Ф. Наукові основи інноваційної діяльності |
| title | Применение ускорительной масс-спектрометрии в экологических и медико-биологических исследованиях |
| title_alt | Застосування прискорювальної мас-спектрометрії в екологічних і медико-біологічних дослідженнях Application of accelerator mass spectrometry in ecological, medical and biological investigations |
| title_full | Применение ускорительной масс-спектрометрии в экологических и медико-биологических исследованиях |
| title_fullStr | Применение ускорительной масс-спектрометрии в экологических и медико-биологических исследованиях |
| title_full_unstemmed | Применение ускорительной масс-спектрометрии в экологических и медико-биологических исследованиях |
| title_short | Применение ускорительной масс-спектрометрии в экологических и медико-биологических исследованиях |
| title_sort | применение ускорительной масс-спектрометрии в экологических и медико-биологических исследованиях |
| topic | Наукові основи інноваційної діяльності |
| topic_facet | Наукові основи інноваційної діяльності |
| url | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/28079 |
| work_keys_str_mv | AT suhodublf primenenieuskoritelʹnoimassspektrometriivékologičeskihimedikobiologičeskihissledovaniâh AT suhodublf zastosuvannâpriskorûvalʹnoímasspektrometríívekologíčnihímedikobíologíčnihdoslídžennâh AT suhodublf applicationofacceleratormassspectrometryinecologicalmedicalandbiologicalinvestigations |