Сравнение способов подготовки искусственных образцов с известной концентрацией для рентгенофлуоресцентного анализа растений

В исследовании представлен сравнительный анализ методов приготовления образцов сравнения с известной концентрацией для количественного рентгенофлуоресцентного анализа тяжелых металлов в растительных пробах. Искусственные образцы сравнения готовились на основе сертифицированных стандартных образцов растений, чтобы сохранить матричные эффекты, межэлементные влияния и получить близкую плотность излучателей. Целевые элементы (Sr, Pb, Zn, Cu, Ni, Co, Fe, Cr и Ba) вносили в сертифицированные стандартные образцы в виде растворов ионов тремя способами: выпариванием растворителя при нагревании при атмосферном давлении; выпариванием при пониженном давлении на ротационном испарителе; последовательным выпариванием растворителя с последующим озолением и сплавлением зольного остатка с боратными флюсами в одном тигле. На основе полученных градуировочных зависимостей рассчитывался коэффициент детерминации, стандартное отклонение, 95%-ный доверительный интервал, относительная стандартная ошибка и средний коэффициент отчуждения. Результаты анализа тестового набора растительных проб, полученные с использованием этих градуировочных кривых, хорошо согласуются с результатами анализа тех же проб методом атомно-эмиссионной спектрометрии. Распределение внесенных элементов в материалах, полученных выпариванием растворов, исследовали методом сканирующей электронной микроскопии. Анализ показал, что внесенные элементы равномерно распределены в виде мелких частиц (<1 мкм) независимо от способа выпаривания, тогда как элементы, входящие в состав растений (Si, Ca, K, Al), образуют крупные отдельные частицы. 

Сверчков И. П. Сравнение способов подготовки искусственных образцов с известной концентрацией для рентгенофлуоресцентного анализа растений // Горный информационно-аналитический бюллетень. – 2026. – № 12. – С. 100–117. DOI: 10.25018/0236_1493_2026_12_0_100.

Работа выполнена в рамках государственного задания Министерства науки и высшего образования Российской Федерации (FSRW-2024-0005).

Сверчков Иван Павлович — канд. техн. наук, старший научный сотрудник, Санкт-Петербургский горный университет императрицы Екатерины II, e-mail: sverchkov_ip@pers.spmi.ru, ORCID ID: 0000-0003-4725-0050.

1. Papazotos P., Vasileiou E., Perraki M. The synergistic role of agricultural activities in groundwater quality in ultramafic environments: the case of the Psachna basin, central Euboea, Greece // Environmental Monitoring and Assessment. 2019, vol. 191, no. 5, article 317. DOI: 10.1007/s10661-019-7430-3.

2. Danilov A. S., Lozovaya A. S. Criteria-assessment tools for inventory of accumulated environmental harm objects // Sustainable Development of Mountain Territories. 2024, vol. 16, no. 3, pp. 861—872. DOI: 10.21177/1998-4502-2024-16-3-861-872.

3. Быкова М. В., Малюхин Д. М., Нагорнов Д. О., Дука А. А. Комплексная утилизация осадков городских сточных вод с получением техногенного почвогрунта // Записки Горного института. — 2024. — Т. 267. — C. 453—465.

4. Матвеева В. А., Лукьянова А. В. Оценка эффективности использования флюсового известняка Сокольско-Ситовского месторождения в качестве мелиоранта для нейтрализации кислых почв // Геология и геофизика Юга России. — 2023. — Т. 13. — № 3. — C. 153—166. DOI: 10.46698/VNC.2023.26.57.012.

5. Чукаева М. А., Сапелко Т. В. Оценка экологического состояния водных экосистем по изучению донных отложений озер // Записки Горного института. — 2025. — Т. 271. — C. 53—62.

6. Tognacchini A., Rosenkranz T., van der Ent A., Machinet G. E., Echevarria G., Puschenreiter M. Nickel phytomining from industrial wastes: Growing nickel hyperaccumulator plants on galvanic sludges // Journal of Environmental Management. 2020, vol. 254, article 109798. DOI: 10.1016/j.jenvman.2019.109798.

7. Krämer U. Metal hyperaccumulation in plants // Annual Review of Plant Biology. 2010, vol. 61, no. 1, pp. 517—534. DOI: 10.1146/annurev-arplant-042809-112156.

8. Alekseenko V. A., Shvydkaya N. V., Alekseenko A. V., Machevariani M. M., Bech J., Pashkevich M. A., Puzanov A. V., Nastavkin A. V., Roca N. Element accumulation patterns of native plant species under the natural geochemical stress // Plants. 2021, vol. 10, no. 1, pp. 1—18. DOI: 10.3390/plants10010033.

9. Martin R. R., Sham T. K., Wong Won G., Jones K. W., Feng H. Synchrotron X-ray fluorescence and secondary ion mass spectrometry in tree ring microanalysis: Applications to dendroanalysis // X-Ray Spectrometry. 2001, vol. 30, no. 5, pp. 338—341. DOI: 10.1002/xrs.507.

10. Ganbaatar A., Borowski G., Ivanov A., Matveeva V. Study of dust emissions at the waste storage facility of copper-molybdenum ore enrichment // Advances in Science and Technology Research Journal. 2025, vol. 19, no. 7, pp. 280—289. DOI: 10.12913/22998624/204214

11. Koel M., Kaljurand M. Application of the principles of green chemistry in analytical chemistry // Pure and Applied Chemistry. 2006, vol. 78, no. 11, pp. 1993—2002. DOI: 10.1351/pac200678111993.

12. Petrov D. S., Korotaeva A. E., Pashkevich M. A., Chukaeva M. A. Assessment of heavy metal accumulation potential of aquatic plants for bioindication and bioremediation of aquatic environment // Environmental Monitoring and Assessment. 2023, vol. 195, no. 1, article 122. DOI: 10.1007/s10661-022-10750-0.

13. Hoenig M., Baeten H., Vanhentenrijk S., Vassileva E., Quevauviller P. Critical discussion on the need for an efficient mineralization procedure for the analysis of plant material by atomic spectrometric methods // Analytica Chimica Acta. 1998, vol. 358, no. 1, pp. 85—94. DOI: 10.1016/s0003-2670(97)00594-1.

14. Luyckx M., Hausman J.-F., Lutts S., Guerriero G. Silicon and plants: Current knowledge and technological perspectives // Frontiers in Plant Science. 2017, vol. 8, article 411. DOI: 10.3389/fpls.2017.00411.

15. Beláková M., Havránek E., Bumbálová A. Heavy metals and some other elements in medicinal plants. Determined by X-ray fluorescence analysis // Journal of Radioanalytical and Nuclear Chemistry Letters. 1995, vol. 201, no. 5, pp. 431—437. DOI: 10.1007/BF02164219.

16. Byers H. L., Mchenry L. J., Grundl T. J. XRF techniques to quantify heavy metals in vegetables at low detection limits // Food Chemistry: X. 2018, vol. 1, article 100001. DOI: 10.1016/j.fochx.2018.1000.

17. Almeida J. S., Meira L. A., Oliveira M. S., Teixeira L. S. G. Direct multielement determination of Cd, Pb, Fe, and Mn in ground coffee samples using energy dispersive X‑ray fluorescence spectrometry // X-Ray Spectrometry. 2021, vol. 50, no. 1, pp. 2—8. DOI: 10.1002/xrs.3182.

18. Fiamegos Y., Papoci S., Dumitrascu C., Ghidotti M., Zdiniakova T., Ulberth F., de la Calle Guntiñas M. B. Are the elemental fingerprints of organic and conventional food different? ED-XRF as screening technique // Journal of Food Composition and Analysis. 2021, vol. 99, article 103854. DOI: 10.1016/j.jfca.2021.103854.

19. Vasileva I. E., Shabanova E. V. Plant-matrix reference materials as a tool for ensuring the uniformity of chemical measurements in geochemistry, ecology, agriculture and pharmacology // Journal of Analytical Chemistry. 2021, vol. 76, no. 2, pp. 137—155. DOI: 10.1134/S1061934821020143.

20. Фарков П. М., Финкельштейн А. Л. Рентгенофлуоресцентное определение содержания элементов в образцах байкальской рыбы // Аналитика и контроль. — 2002. — Т. 6. — № 4. — С. 485—489.

21. Рудзиш Э. Р., Петрова Т. А. Перспективы использования нетрадиционных мелиорантов для формирования растительного покрова на рекультивируемых территориях // Горный журнал. — 2023. — Т. 9. — С. 75—82. DOI: 10.17580/gzh.2023.09.11.

22. Purwadi I., Casey L. W., Ryan C. G., Erskine P. D., Ent A. X-ray fluorescence spectroscopy (XRF) for metallome analysis of herbarium specimens // Plant Methods. 2022, vol. 18, no. 1, article 139. DOI: 10.1186/s13007-022-00958-z.

23. Петрова Т. А., Епишина А. Д. Оценка негативного воздействия рассолов калийных производств на почвенный покров путем моделирования процесса их разлива в естественных условиях // Устойчивое развитие горных территорий. — 2025. — Т. 17. — № 2. — C. 616—626. DOI: 10.21177/1998-4502-2025-17-2-616-626.

24. Харько П. А., Данилов А. С. Оценка эффективности нейтрализации и очистки кислых вод от металлов золой при использовании альтернативного топлива из коммунальных отходов // Записки Горного института. — 2025. — Т. 274. — C. 167—176. 

25. Lima L. H. V., da Silva F. B. V., Echevarria G., do Nascimento C. W. A. The use of a portable X-ray fluorescence spectrometer for measuring nickel in plants: sample preparation and validation // Environmental Monitoring and Assessment. 2024, vol. 196, no. 6, article 540. DOI: 10.1007/s10661-024-12706-y.

26. Григорьев А. Рентгенофлуоресцентный анализ растительных материалов, способы добавок и внешнего стандарта // Известия Российского государственного педагогического университета им. А.И. Герцена. — 2012. — № 144. — С. 82—91.

27. Alben K. T. Standards prepared by rotary evaporation for analysis of granular activated carbon by scanning electron microscopy-energy-dispersive x-ray fluorescence // Analytical Chemistry. 1985, vol. 57, no. 13, pp. 2545—2548. DOI: 10.1021/ac00290a025.

28. Garivait S., Quisefit J. P., Chateaubourg P., Malingre G. Multi-element analysis of plants by WDXRF using the scattered radiation correction method // X-Ray Spectrometry. 1997, vol. 26, no. 5, pp. 257—264. DOI: 10.1002/(SICI)1097-4539(199709)26:5<257::AID-XRS199>3.0.CO;2-6.

29. Korol W., Bielecka G., Rubaj J., Walczyński S. Uncertainty from sample preparation in the laboratory on the example of various feeds // Accreditation and Quality Assurance. 2015, vol. 20, no. 1, pp. 61—66. DOI: 10.1007/s00769-014-1096-x.

30. Devi R. P. S., Trupti A. C., Nicy A., Dalvi A. A., Swain K. K., Wagh D. N., Verma R. Evaluation of uncertainty in the energy dispersive X-ray fluorescence determination of platinum in alumina // Analytical Methods. 2015, vol. 7, no. 12, pp. 5345—5351. DOI: 10.1039/c5ay00547g.

31. Injuk J., Van Grieken R. Sample preparation for X-ray fluorescence analysis // Encyclopedia of Analytical Chemistry. 2000. DOI: 10.1002/9780470027318.a6806m.

32. Marguí E., Queralt I., Hidalgo M. Application of X-ray fluorescence spectrometry to determination and quantitation of metals in vegetal material // TrAC Trends in Analytical Chemistry. 2009, vol. 28, no. 3, pp. 362—372. DOI: 10.1016/j.trac.2008.11.011.

33. Sverchkov I. P., Gembitskaya I. M., Povarov V. G., Chukaeva M. A. Method of reference samples preparation for X-ray fluorescence analysis // Talanta. 2023, vol. 252, article 123820. DOI: 10.1016/j.talanta.2022.123820.

34. Chatfield M., Marquart-Wilson L., Dobson A., Farewell D. Mean relative error and standard relative deviation // Statistica Neerlandica. 2025, vol. 79, no. 1. DOI: 10.1111/stan.70001.

35. Wan Y., Peng M., Wang Y.-P. Assessment of heavy metal concentrations in roadside soils and plants around the Dexing copper mine: implications for environmental management and remediation // Environmental Monitoring and Assessment. 2024, vol. 196, no. 3, article 251. DOI: 10.1007/s10661-024-12422-7.

36. Asuero A. G., Sayago A., González A. G. The correlation coefficient: An overview // Critical Reviews in Analytical Chemistry. 2006, vol. 36, no. 1, pp. 41—59. DOI: 10.1080/10408340500526766.

37. Stalikas C., Sakkas V. From a glimpse into the key aspects of calibration and correlation to their practical considerations in chemical analysis // Microchimica Acta. 2024, vol. 191, article 81. DOI: 10.1007/s00604-023-06157-4.