Multidimensional analysis of x-ray fluorescence spectra as a possible approach for a comparative study of the elemental composition of fruit and seeds of Mangifera indica, Actinidia deliciosa, Nigella sp


Cite item

Full Text

Open Access Open Access
Restricted Access Access granted
Restricted Access Subscription Access

Abstract

Relevance. The specificity of plant raw materials as an object of XRF is due to the heterogeneous accumulation of elements at the subcellular and tissue levels - in plants, elements are present in adsorbed, colloidal, ionic forms, as organomineral complexes and polymeric compounds. Thus, the study of plant substrates is limited by the presence of matrix effects, which require a set of standards - reference samples. The purpose of this work is to investigate the degree of interspecific and intraspecific differences in the elemental profiles of plant samples without using a standard by the means of principal component analysis for X-ray fluorescence spectra processing. Material and methods. The proposed approach was applied to study the elemental profiles of fruits genus Actinidia, Manqifera and seeds of plants genus Niqella. The work was performed on an EDX-7000 Shimadzu enerqy-dispersive X-ray fluorescence spectrometer. For data processing by the principal component method, OriginPro 2017 software (OriginLab, USA) was used. Results. As a result of the work, the efficiency of the principal component method in processing the X-ray fluorescence data is shown. Thus, the analysis of the elemental composition of dried seeds of kiwi fruits showed that the samples, regardless of the region of growth, are quite similar in chemical composition, which, apparently, is species specific. It has been established that the use of XRF to assess the calcium content in the edible part of the fruit according to stable and reproducible results obtained for seeds is promisinq. On the example of mango fruits, it was shown that the grinding of fruit tissues leads to an increase in the intensity of the fluorescence signal of all elements. It has been shown that X-ray fluorescence analysis doesn't make it possible to reveal all elements in the composition of the plant matrix, however, the ratio of fluorescence signals adds up to a characteristic and species-specific pattern. Conclusion. The results obtained indicate the possibility of using the technique for express analysis of the elemental composition of plant objects and raw materials, including for the purpose of establishing the type of producing plant or determining its geographical region of origin

About the authors

M. A. Morozova

Peoples' Friendship University of Russia

Author for correspondence.
Email: gor-mariya@yandex.ru

Ph.D. (Chem.), Associate Professor, Associate Professor of the Department of Pharmaceutical and Toxicological Chemistry, Medical Institute

Moscow, Russia

A. V. Marukhlenko

Peoples' Friendship University of Russia

Email: gor-mariya@yandex.ru

Post-graduate Student, Department of Pharmaceutical and Toxicological Chemistry, Medical Institute

Moscow, Russia

T. V. Maksimova

Peoples' Friendship University of Russia

Email: gor-mariya@yandex.ru

Ph.D. (Pharm.), Associate Professor, Associate Professor of the Department of Pharmaceutical and Toxicological Chemistry, Medical Institute

Moscow, Russia

J. Nyambose

Peoples' Friendship University of Russia

Email: gor-mariya@yandex.ru

Post-graduate Student, Department of Pharmaceutical and Toxicological Chemistry, Faculty of Physical, Mathematical and Natural Sciences

Moscow, Russia

References

  1. Injuk J., Van Grieken R. Literature trends in Х-ray emission spectrometry in the period 1990-2000. A review. X-ray Spectrum. 2003; 32: 35-39.
  2. Roelandts E., Gladney S. Consensus values for NIST biological and environmental Standard Reference Materials. Fresenius' Journal of Analytical Chemistry. 1998; 360: 327-338.
  3. Montanha G.S., Rodrigues E.S., Marques J.P.R., de Almeida E., Dos Reis A.R., Pereira de Carvalho H.W. X-ray fluorescence spectroscopy (XRF) applied to plant science: challenges towards in vivo analysis of plants. Metallomics: Integrated Biometal Science. 2020; 12(2): 183-192.
  4. Макарова М.П., Сыроешкин А.В., Максимова Т.В., Матвеева И.С., Плетенёва Т.В. Особенности экспресс-определения микроэлементов в лекарственных и неофицинальных растениях. Разработка и регистрация лекарственных средств. 2019; 8(2): 93-97.
  5. Nishiyama I. Fruits of the Actinidia Genus. Advances in Food and Nutrition Research. 2007; 52: 293-324.
  6. Richardson D.P., Ansell J., Drummond L.N. The nutritional and health attributes of kiwifruit: a review. European Journal of Nutrition. 2018; 57: 2659-2676.

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
2. Fig. 1. Comparison of elemental profiles of seeds of two species of the genus Nigella by principal component method (PC): plot of accounts in coordinates PC1-GC2, more than 99% of initial data are described; 1, 4, 5 - samples of seeds of N. damascenae L., 2, 3, 6 - seeds of N. sativa L.

Download (44KB)
3. Fig. 2. Comparison of elemental profiles of Actinidia sp. fruits by GC method: score plots in coordinates GC1-GC2 (CH - samples from China, AB - Abkhazia, TU - Turkey, NZ - New Zealand, CL - Chile, IR - Iran): a - mesocarp (juicy flesh); b - seeds (dried); c - exocarp (dried)

Download (238KB)
4. Fig. 3. Comparison of elemental profiles of dried exocarpy of mango and kiwi fruit by six elements (counting graph in coordinates GK1-GK2) that have significant fluorescence signal on the spectrum - K, Ca, P, Zn, Fe, Cl

Download (108KB)

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».