Оценка применимости метода масс-спектрометрии с индуктивно связанной плазмой для задач специального индивидуального дозиметрического контроля

В условиях современного радиационно опасного производства повышенные уровни внутреннего облучения персонала обусловлены в основном поступлением радионуклидов в ситуациях, вызванных неисправностью оборудования или неправильными действиями персонала, что может приводить или приводит к облучению выше установленных норм. В таких случаях для определения величины поступления и оценки ожидаемой эффективной дозы внутреннего облучения собирается суточное количество мочи и/или кала, далее следует подготовка счетных образцов и их последующее измерение. В совокупности продолжительность получения результата составляет от 3 до 8 дней в зависимости от метода измерения. В случае острого поступления плутония важно как можно быстрее оценить уровни поступления нуклида в организм, чтобы принять решение о тактике лечения и снижения дозовых нагрузок. Для достижения вышеуказанной цели в Южно-Уральском институте биофизики была разработана методика измерения активности плутония-239 в крови с применением масс-спектрометра с индуктивно связанной плазмой, так как в первые часы и сутки после поступления (ингаляционного или через поврежденные кожные покровы) концентрация радионуклида в крови находится на максимальном уровне. Также разработан метод измерения плутония в аликвоте мочи с использованием масс-спектрометра для выполнения специального индивидуального дозиметрического контроля, практически не требующий пробоподготовки, что позволяет получить оценку поступления в течение нескольких часов. Показано, что в зависимости от пути поступления и химической формы поступающих соединений плутония измерение активности плутония в крови и аликвоте мочи методом масс-спектрометрии с индуктивно связанной плазмой позволяет определять от 0,1 до 47% от предела поступления в течение первых суток после события. Анализ пробы крови занимает от 1 до 1,5 рабочих дней против недели для анализа пробы мочи альфа-спектрометрическим методом. Применение разработанной методики, помимо целей индивидуального дозиметрического контроля, позволит получить новую информацию о влиянии хелатотерапии на поведение плутония в организме человека. 

1. Соколова А.Б., Ефимов А.В. Современное состояние системы дозиметрического сопровождения случаев острого поступления актинидов у работников ПО “Маяк” // Вопросы Радиационной Безопасности. Федеральное государственное унитарное предприятие Производственное объединение Маяк, 2018. № 3 (91), С. 56–64.

2. Хохряков В.В., Хохряков В.Ф., Суслова К.Г. и др. Состояние и перспективы развития дозиметрии внутреннего облучения персонала ПО “Маяк” // Вопросы радиационной безопасности. 2004. Т. 3, С. 25–40.

3. Gajek R., Barley F., She J. Determination of essential and toxic metals in blood by ICP-MS with calibration in synthetic matrix // Analytical Methods. The Royal Society of Chemistry, 2013. Vol. 5, № 9. P. 2193–2202.

4. Palmer C.D., Lewis M.E., Geraghty C.M. et al. Determination of lead, cadmium and mercury in blood for assessment of environmental exposure: A comparison between inductively coupled plasma–mass spectrometry and atomic absorption spectrometry // Spectrochim. Acta Part B At. Spectrosc. 2006. Vol. 61, № 8. P. 980–990.

5. Зайцева Н.В., Уланова Т.С., Вейхман Г.А. и др. Пат. № 2585369 C1 Российская Федерация, МПК G01N 33/84. Способ определения содержания кадмия, свинца, мышьяка, хрома, никеля, меди, цинка, марганца, ванадия, стронция, селена, таллия в крови методом массспектрометрии с индуктивно связанной плазмой, опубл. 27.05.2016.

6. Уланова Т.С., Гилева О.В., Стенно Е.В. и др. Определение стронция в цельной крови и моче методом массспектрометрии с индуктивно связанной плазмой // Биомедицинская Химия. НИИ биомедицинской химии имени В.Н. Ореховича, 2015. Т. 61, № 5, С. 613–616.

7. Уланова Т.С., Стенно Е.В., Вейхман Г.А. и др. Оценка содержания токсичных микроэлементов в крови рабочих машиностроительного предприятия // Методы и Объекты Химического Анализа. 2013. Т. 8, № 2, С. 72–75.

8. Izumoto Y., Fukutsu K., Takamura K. et al. Rapid detection of plutonium contamination with and without uranium contamination in wounds by x-ray fluorescence // Journal of Radiology Protection. IOP Publishing, 2020. Vol. 40, № 3. P. 692–703.

9. Музгин В.Н., Емельянова Н.Н., Пупышев А.А. Массспектрометрия с индуктивно связанной плазмой – новый метод в аналитической химии // Аналитика и Контроль. 1998. Т. 2, № 3–4, С. 3–25.

10. Каменев А.Г., Чубинский-Надеждин И.В., Куликов Ю.В. и др. Масс-спектрометрический анализ изотопного состава актинидов в ультра-малых пробах. Тезисы докладов Всероссийской Конференции «Химический анализ веществ и материалов». Москва, 16-20 апреля, 2000. М., 2000. С. 366–367.

11. Чубинский-Надеждин И.В., Куликов Ю.В., Каменев А.Г. и др. Чувствительность и пределы обнаружения при массспектрометрическом анализе ультрамалых проб урана и плутония // Научное Приборостроение. 2003. Т. 13, № 1, С. 24–31.

12. Xu Y., Qiao J., Hou X. et al. Determination of plutonium isotopes (238Pu, 239Pu, 240Pu, 241Pu) in environmental samples using radiochemical separation combined with radiometric and mass spectrometric measurements // Talanta. 2014. Vol. 119. P. 590–595.

13. Epov V.N., Evans R.D., Zheng J. et al. Rapid fingerprinting of 239Pu and 240Pu in environmental samples with high U levels using on-line ion chromatography coupled with high-sensitivity quadrupole ICP-MS detection // Journal of Analytical Atomic Spectrometry. 2007. Vol. 22, № 9. P. 1131–1137.

14. Smith V.H. Therapeutic removal of internally deposited transuranium elements // Health Physics. 1972. Vol. 22, № 6. P. 765–778.

15. Volf V. Optimisation and Status of Chelation Therapy // Radiation Protection Dosimetry. Oxford Academic, 1989. Vol. 26, № 1–4. P. 331–335.

16. Сохранич А.Л., Кабирова Н.Р., Любчанский Э.Р. Пат. № 2051682 Российская Федерация, МПК A61K 33/30. Способ профилактики поражения плутонием-239 в ранние сроки, опубл. 10.01.1996.

17. Сохранич А.Л., Любчанский Э.Р. Пат. № 2026066 C1 Российская Федерация, МПК A61K 9/12, A61K 33/00. Способ выведения из организма плутония-239, поступившего через легкие, опубл. 09.01.1995.

18. Singh V.K., Romaine P.L.P., Seed T.M. Medical Countermeasures for Radiation Exposure and Related Injuries: Characterization of Medicines, FDA-Approval Status and Inclusion into the Strategic National Stockpile // Health Physics. 2015. Vol. 108, № 6. P. 607–630.

19. Bhattacharyya M.H., Breitenstein B.D., Metivier H. et al. Guidebook for the treatment of accidental internal radionuclide contamination of workers // Radiation Protection Dosimetry. 1992. Vol. 41, № 1. P. 1–49.

20. Vennart J. Limits for intakes of radionuclides by workers: ICRP Publication 30 // Health Physics. 1981. Vol. 40, № 4. P. 477–484.

21. Age-dependent Doses to Members of the Public from Intake of Radionuclides – Part 2 Ingestion Dose Coefficients. ICRP Publication 67. Ann. ICRP 23 (3-4), 1993.

22. NCRP Report No 156, Development of a Biokinetic Model for Radionuclide-contaminated Wounds and Procedures for their Assessment, Dosimetry and Treatment Radium History Mosaic Report No 157, Radiation Protection in Educational Institutions // Journal of Radiology Protection. IOP Publishing, 2008. Vol. 28, № 2. P. 261–264.

23. Konzen K., Brey R. Development of the Plutonium-DTPA Biokinetic Model // Health Physics. 2015. Vol. 108, № 6. P. 565–573.

24. Valentin J. Basic anatomical and physiological data for use in radiological protection: reference values: ICRP Publication 89 // Ann. ICRP. 2002. Vol. 32, № 3. P. 1–277.