DETERMINATION OF THE CONTENT OF CHEMICAL ELEMENTS BY ICP-OES IN SAMPLES PREPARED FROM THE LEAVES OF Chenopodium album AND Amaranthus retroflexus

УДК 581.19:615.322

Аннотация

В данной статье приведен подробный элементный состав образца, приготовленного на основе сухих листьев мари белой (Chenopodium album) и щирицы запрокинутой (Amaranthus retroflexus) в соотношении 3:1 определенный методом оптико-эмиссионной спектрометрии с индуктивно-связанной плазмой (ICP-OES) на приборе iCAP PRO X Duo.

В ходе исследования проведен количественный анализ 69 химических элементов. Экспериментально установлено высокое содержание жизненно важных макроэлементов: калия (7852,81 мг/100 г), магния (1159,87 мг/100 г), кальция (1001,78 мг/100 г) и фосфора (289,30 мг/100 г). Среди микроэлементов доминируют железо (24,81 мг/100 г), цинк (9,31 мг/100 г), марганец (6,04 мг/100 г) и кремний (6,01 мг/100 г). Анализ безопасности показал, что концентрации потенциально токсичных тяжелых металлов, включая свинец (0,075 мг/100 г), мышьяк (0,049 мг/100 г), кадмий (0,028 мг/100 г) и ртуть (0,005 мг/100 г), находятся на минимальном уровне либо ниже предела обнаружения, что подтверждает экологическую чистоту сырья.

Полученные результаты научно обосновывают высокую минеральную насыщенность исследуемой смеси. Ее компонентный состав позволяет   рассматривать листья данных видов как перспективный источник биологически активных веществ для потенциальной разработки фитопрепаратов и биологически активных добавок. Высокая минеральная насыщенность смеси обосновывает целесообразность дальнейших биомедицинских исследований её возможной роли в профилактике дефицитных состояний, анемии, остеопороза и сердечно-сосудистых нарушений.

Abstract

This article presents a detailed elemental composition of a sample prepared from dry leaves of white goosefoot (Chenopodium album) and redroot pigweed (Amaranthus retroflexus) in a 3:1 ratio, determined by inductively coupled plasma optical emission spectrometry (ICP-OES) using an iCAP PRO X Duo instrument. In the course of the study, a quantitative analysis of 69 chemical elements was conducted. High contents of vital macroelements were experimentally established: potassium (7852.81 mg/100 g), magnesium (1159.87 mg/100 g), calcium (1001.78 mg/100 g), and phosphorus (289.30 mg/100 g). Among the microelements, iron (24.81 mg/100 g), zinc (9.31 mg/100 g), manganese (6.04 mg/100 g), and silicon (6.01 mg/100 g) predominate. Safety analysis showed that the concentrations of potentially toxic heavy metals, including lead (0.075 mg/100 g), arsenic (0.049 mg/100 g), cadmium (0.028 mg/100 g), and mercury (0.005 mg/100 g), are at a minimum level or below the limit of detection, which confirms the environmental purity of the raw materials.

The results obtained scientifically substantiate the high mineral saturation of the studied mixture. Its component composition allows for considering the leaves of these species as a promising source of biologically active substances for the potential development of phytopreparations and dietary supplements. The high mineral saturation of the mixture justifies the expedience of further biomedical research into its potential role in the prevention of deficiency states, anemia, osteoporosis, and cardiovascular disorders.

Ключевые слова: Химический состав, метод ICP-OES, марь белая (Chenopodium album L.), щирица запрокинутая (Amaranthus retroflexus), микро- и макроэлементы.

Keywords: Chemical composition, ICP-OES method, Chenopodium album, Amaranthus retroflexus, micro- and macroelements.

Введение

Chenopodium album L. (марь белая) и Amaranthus retroflexus (амарант запрокинутый) — широко распространенные растения с высокой биологической активностью, листья которых, предположительно, содержат полезные минералы и микроэлементы, необходимые для организма[1,2,6]. В данном исследовании была изучена смесь листьев этих двух растений в соотношении 3:1, а их химический состав был проанализирован методом оптико-эмиссионной спектрометрии с индукционно-связанной плазмой (ICP-OES) [13]. Этот метод обладает очень высокой точностью и позволяет определять различные тяжелые металлы и биологически активные элементы[5].

Целью исследования была оценка потенциальной пользы или вреда этих растений для здоровья человека, а также определение возможности их использования в качестве фармацевтических препаратов или биологически активных добавок на основе полученных результатов[8].

Химические элементы, содержащиеся в растениях, особенно микро- и макроэлементы, имеют особое значение ввиду их влияния на процессы роста, физиологическую активность, а также на здоровье человека, оказывая полезное или вредное воздействие[4].

В последние годы особое внимание уделяется оценке содержания тяжёлых металлов и биологически активных микроэлементов в лекарственных растениях, что имеет важное значение для безопасности и фармакологической оценки сырья [12]. Такие дикорастущие растения, как марь белая (Chinopodium album L.) и щирица запрокинутая (Amaranthus retroflexus), применяются в народной медицине, а иногда и в пищевой промышленности [14].

Современные исследования подчеркивают высокую антиоксидантную активность и богатый фитохимический состав дикорастущих растений Chinopodium album L. и Amaranthus retroflexus, что усиливает необходимость их детального элементного анализа [9,10,11].

Основная цель данного исследования заключается в определении элементного состава образца, приготовленного из листьев этих двух растений в соотношении 3:1, методом оптической эмиссионной спектрометрии с индуктивно-связанной плазмой (ИСП-ОЭС). Этот метод обладает высокой точностью и позволяет одновременно определять содержание различных тяжелых металлов и полезных элементов[  7].

Экспериментальная часть

Приготовление рабочего раствора образца. Предварительно высушенный и измельченный образец массой 1 г, взвешенный на весах с точностью до 0,001 г (Navigator™, OHAUS®), подвергали сухому озолению в фарфоровом тигле в муфельной печи (Nabertherm, Германия) при температуре до 500 °C. При этом нагрев осуществлялся ступенчато: до 95 °C в течение 30 минут, до 120 °C — 60 минут, до 300 °C — 120 минут, до 550 °C — 60 минут. Затем образец выдерживали при температуре 550 °C в течение 5 часов. К полученной золе добавляли 6 мл 70%-ной азотной кислоты (HNO₃, Sigma-Aldrich, США) чистоты «для ИСП-МС» и 2 мл 60%-ной перекиси водорода (H₂O₂). Смесь нагревали на плитке в вытяжном шкафу до прекращения образования белого дыма.

Охлажденный раствор количественно переносили в полипропиленовую мерную колбу объемом 100 мл и доводили до метки ультрачистой водой. Полученный рабочий раствор фильтровали через шприцевой фильтр (0,45 мкм) и использовали для дальнейшего анализа.

Приготовление стандартных растворов. Рабочие стандартные растворы элементов в 2%-ной HNO₃ готовили с использованием следующих исходных реактивов: стандартного раствора 68 элементов с концентрацией 10 мг/л в 2% HNO₃ (High-Purity Standards, США), стандартного раствора ртути с концентрацией 1000 мг/л в 2 моль/л HNO₃ (Sigma-Aldrich, Германия), а также стандартного раствора 25 элементов с концентрацией 10 мг/л в 2% HNO₃ (Aristar, США) и 70%-ной HNO₃ (Sigma-Aldrich, США). Методом последовательного разбавления были дополнительно приготовлены три рабочих стандарта различных концентраций.

В качестве холостой пробы (контрольного образца) использовался раствор 2%-ной HNO₃. На основе вышеуказанных рабочих стандартов были построены калибровочные графики для 69 элементов. Анализ проводился при условии, что значения коэффициента детерминации (R² ) калибровочных кривых составляли не менее 0,995

Выполнение анализа. Исследование проводилось на оптико-эмиссионном спектрометре с индуктивно-связанной плазмой iCAP PRO X Duo ICP-OES производства Thermo Fisher Scientific (США). Разработка методики и обработка результатов анализа выполнялись с помощью программного обеспечения Qtegra ISDS. Параметры анализа приведены в таблице 1.

Таблица 1. Параметры метода анализа

Результаты и обсуждения

Данное исследование позволило определить содержание элементов в образце, приготовленном на основе листьев Chenopodium album и Amaranthus retroflexus, что согласуется с данными о минеральном составе лекарственных растений [4].

С помощью ICP-OES было обнаружено значительное количество макроэлементов (K, Ca, Mg, P), которые играют ключевую роль в физиологических процессах организма [1,2].

Наличие микроэлементов (Fe, Zn, Mn, Cu, Si) подтверждает потенциальную биологическую и фармакологическую ценность исследуемых растений [3, 4].

Таблица 2. Результаты определения химических элементов в составе образца методом ICP-OES, мг/100 г

*Примечание: <LOD — результат ниже предела обнаружения (лимита детекции)

Обсуждение результатов

Данное исследование позволило определить содержание полезных и вредных элементов в образце, приготовленном на основе листьев Chenopodium album и Amaranthus retroflexus. С помощью технологии ICP-OES  было обнаружено 69 элементов. Среди них такие важные для растений элементы, как K, Ca, Mg, P, присутствовали в высоких концентрациях, тогда как некоторые тяжёлые металлы были выявлены в минимальных количествах или не обнаружены (ниже LOD).

Полученные результаты показывают, что в составе данных растений присутствуют биологически активные микроэлементы, что указывает на их потенциальную фармацевтическую и биомедицинскую значимость.

Таблица 3. Биологическая роль элементов в организме человека

Макроэлементы:

Микроэлементы

Установленный элементный профиль исследуемой смеси (3:1) открывает перспективы для дальнейшего изучения её биологической активности. Физиологическое значение обнаруженных макро- и микроэлементов позволяет выдвинуть гипотезу о возможном превентивном потенциале данной композиции. В частности, высокое содержание  Fe, Cu и Zn делает её интересным объектом для будущих исследований в области нутрицевтической поддержки при склонности к анемическим состояниям. Комплекс  Ca, P, Mg и B  представляет интерес для оценки потенциальной роли смеси в поддержании метаболизма костной ткани, в то время как значительные концентрации K и Mg обосновывают целесообразность изучения её влияния на функциональное состояние сердечно-сосудистой системы

Выводы

В ходе исследования в образце, приготовленном на основе листьев Chenopodium album и Amaranthus retroflexus, было обнаружено 69 химических элементов. Среди них макроэлементы, такие как K (калий), Ca (кальций), Mg (магний), P (фосфор), присутствуют в высоких концентрациях, что свидетельствует об общей высокой минералной насыщенности растения.

Также выявлено значительное содержание микроэлементов, таких как Fe, Zn, Mn, Cu, Si, которые играют важную роль в организме, поддерживая процессы гемопоэза, антиоксидантной защиты, а также функции костной и нервной систем.

Некоторые тяжёлые металлы (Pb, As, Cd, Hg) обнаружены в очень низких концентрациях или ниже предела обнаружения (LOD), что указывает на относительную безопасность данных растений для здоровья человека.

Выявленный спектр и концентрации биологически активных элементов позволяют рассматривать данную растительную смесь как перспективную основу для дальнейших фармакологических и нутрициологических изысканий. Полученные данные могут служить теоретическим обоснованием для планирования будущих исследований (in vivo и клинических), направленных на изучение эффективности данной композиции в качестве вспомогательного средства при коррекции минерального дисбаланса, ассоциированного с рисками развития анемии, остеопороза и сердечно-сосудистых дисфункций.

Список литературы:

1. Asqarov, I. R. (2024). Sirli tabobat. Toshkent: “Fan va texnologiyalar nashriyot-matbaa uyi” nashriyoti.
2. Asqarov, I. R. (2018). Tabobat qomusi (1-jild). Toshkent: “Tafakkur” nashriyoti.
3. Brand-Williams, W., Cuvelier, M. E., & Berset, C. (1995). Use of a free radical method to evaluate antioxidant activity. LWT - Food Science and Technology, 28(1), 25–30. https://doi.org/10.1016/S0023-6438(95)80008-5
4. Kumar, S., & Pandey, A. K. (2013). Chemistry and biological activities of flavonoids: An overview. The Scientific World Journal, 2013, Article ID 162750. https://doi.org/10.1155/2013/162750
5. Prior, R. L., Wu, X., & Schaich, K. (2005). Standardized methods for the determination of antioxidant capacity and phenolics in foods and dietary supplements. Journal of Agricultural and Food Chemistry, 53(10), 4290–4302. https://doi.org/10.1021/jf0502698
6. Gulcin, I,; Beydemir, S,; Sat, I,G,; Kufrevioglu, O,I, Evaluation of antioxidant activity of cornelian cherry (Cornus mas L,), Acta Aliment, Hung, 2005, 34, 193–202
7. Blois, M,S, Antioxidant determinations by the use of a stable free radical, Nature 1958, 181, 1199–1200
8. Askarov I,R,, Muminov M,M,, Yusupov M,A, Study of antiradical properties of artichoke (Cynara Scolymus L,) and milk thistle (Sylybum Marianum L,) vegetable oils, NamDU Ilmiy Axborotnomasi, 2024, 11, p,173-177
9. Chiorcea-Paquim A.M., Oliveira-Brett A.M. Natural antioxidants from plants. Journal of Electroanalytical Chemistry, 2021.
10. Kaurinovic B., Vastag D. Flavonoids and phenolic acids as natural antioxidants. Antioxidants, 2022.
11. Mocan A. et al. Phytochemical composition and antioxidant properties of medicinal plants. Plants, 2021.
12. Zhang Y. et al. Metal content and health risk assessment of medicinal herbs. Biological Trace Element Research, 2023.
13. Singh N. et al. Comparative evaluation of antioxidant capacity of polyherbal mixtures. Journal of Herbal Medicine, 2024.
14. Alqahtani A.S. et al. Phytochemical profiling and biological activities of medicinal plants. Frontiers in Pharmacology, 2022.