Przeprowadzone dotychczas badania pokazują, że obszary anatomiczne mózgu charakteryzują się zróżnicowaną zawartością niektórych pierwiastków śladowych [1]. Ponadto, obserwowane są anomalie koncentracji tych pierwiastków w przypadku schorzeń neurologicznych [2,3]. Wiele uwagi poświęca się analizom dotyczącym żelaza, miedzi oraz cynku z uwagi na fakt, że pierwiastki te mogą brać udział w procesach neurodegeneracyjnych. Jednak, związek pierwiastków śladowych ze stanami patologicznymi centralnego układu nerwowego człowieka (CUN) nadal pozostaje nie wyjaśniony. Badania porównawcze składu pierwiastkowego tkanki mózgu oraz biologicznych materiałów referencyjnych przy wykorzystaniu spektrometrii XRF (X-Ray Fluorescence) oraz techniki PIXE (Particle Induced X-Ray Emission) miały na celu sprawdzenie możliwości stosowania tych technik do analiz materiałów pochodzenia organicznego ze szczególnym uwzględnieniem tkanki CUN.

Próbki tkanki mózgu pobrane w trakcie autopsji z obszarów istoty białej i szarej poddano liofilizacji i homogenizacji a następnie sprasowano w pastylki o masie około 300 mg. Próbki materiałów referencyjnych SRM 1566a (liofilizowana tkanka ostryg) oraz SRM 1577b (liofilizowana bycza wątroba) zostały przygotowane w ten sam sposób. Pomiary techniką XRF wykonane zostały przy wykorzystaniu lampy rentgenowskiej z anodą molibdenową. Monoenergetyczne promieniowanie wzbudzające o energii 17.4 keV uzyskiwano poprzez stosowanie wtórnej tarczy molibdenowej. Pomiary prowadzone były w powietrzu. Wzbudzone promieniowanie X rejestrowano za pomocą detektora półprzewodnikowego Si(Li) o zdolności rozdzielczej 170 eV dla energii 5.9 keV. Analiza ilościowa przeprowadzona została przy wykorzystaniu metody współczynników fundamentalnych [4]. Dokładność metody sprawdzono na podstawie pomiarów SRM 1566a oraz SRM 1577b. Akcelerator elektrostatyczny typu Van de Graaff’a został wykorzystany jako źródło protonów w pomiarach prowadzonych techniką PIXE. Próbki umieszczane w komorze próżniowej bombardowano wiązką protonów o energii 2 MeV i średnicy 2 mm. Stosowane w pomiarach natężenie prądu wiązki pierwotnej wynosiło około 30 nA, natomiast wartość całkowitego ładunku mierzonego na powierzchni próbki około 50 mC. Wzbudzone charakterystyczne promieniowanie X pierwiastków rejestrowano detektorem półprzewodnikowym Si(Li) o zdolności rozdzielczej 160 eV. Do kalibracja spektrometru wykorzystano materiały odniesienia SRM 1566a i SRM 1577b.

Ze względu na wykonywanie pomiarów techniką XRF w powietrzu, przy stosowaniu wtórnej tarczy Mo, możliwa była detekcja pierwiastków o liczbie atomowej większej od Ar. Pomiar techniką PIXE umożliwił dodatkowo analizę P, S i Cl. Obliczone dla obydwu technik granice wykrywalności pokazują, że dla pierwiastków takich jak K, Ca znacząco lepsze granice wykrywalności uzyskuje się w technice PIXE. Dla pierwiastków zawartych pomiędzy Ca a Zn granice wykrywalności są porównywalne w obu technikach i wynoszą ok. 1.5 mg/kg. Dla cięższych pierwiastków lepszą wykrywalność wykazuje spektrometria XRF. Analiza ilościowa tkanki CUN prowadzona obydwoma metodami dała porównywalne rezultaty. Stwierdzono wyższe zawartości Ca, Fe, Cu oraz Zn w istocie szarej w porównaniu z istotą białą mózgu. Zaobserwowano wzrost zawartości cynku w istocie białej wraz z wiekiem pacjentów. Równoczesne zastosowanie obu technik w istotny sposób rozszerza możliwości analizy materiałów organicznych.