Результат интеллектуальной деятельности: СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ НИТРИТОВ

Изобретение относится к области аналитической химии, а именно к методам определения нитрит-ионов, и может быть использовано при их определении в питьевых и минеральных водах.

Известен способ спектрофотометрического определения нитрит-ионов в питьевых и минеральных водах с использованием реактива Грисса (ГОСТ 4192-82. Вода питьевая. Методы определения минеральных азотсодержащих веществ; ГОСТ 23268.8-78. Воды минеральные питьевые лечебные, лечебно-столовые и природные столовые. Методы определения нитрит-ионов). Определение основано на способности нитритов диазотировать сульфаниловую кислоту и на образовании красно-фиолетового красителя диазосоединения с 1-нафтиламином. Интенсивность окраски, пропорциональную содержанию нитритов, измеряют при длине волны 520-540 нм.

Недостатком предлагаемого способа является длительность анализа из-за двухстадийности реакции определения нитрит-ионов или трудоемкость процесса определения, которая состоит в необходимости включения стадии подогревания растворов на водяной бане для сокращения времени анализа. Также существенным недостатком является токсичность компонентов, входящих в состав реактива Грисса.

В настоящее время достаточно перспективными и активно развивающимися являются методы, основанные на определении элементов с органическими реагентами на твердой фазе. Как правило, их преимущество заключается в сочетании концентрирования и повышения избирательности и чувствительности по сравнению со спектрофотометрическими методами. Кроме того, использование твердых носителей зачастую обеспечивает экологическую безопасность анализа из-за значительного уменьшения объемов токсичных реагентов и возможности их включения в фазу твердого носителя. В качестве носителей для проведения реакций на твердой фазе используют самые разнообразные материалы: силикагели, пенополиуретаны, бумаги, ионообменные смолы, ацетилцеллюлозные мембраны, поливинилхлоридные пленки и другие.

В работе (L.F. Capitán-Vallvey, R. Avidad, M.D. Fernández-Ramos, A. Ariza-Avidad, E. Arroyo. Test strip for determination of nitrite in water //Anal. Bioanal. Chem. 2002, vol. 373, pp. 289-294) предложено использовать тест-полоски на основе нафиона с иммобилизованными сульфаниламидом и N-1-(нафтил)этилендиамином для определения нитритов в различных типах вод. Такое сочетание реагентов было выбрано вследствие их лучшей растворимости в мембране, увеличения скорости реакции и меньшей токсичности по сравнению с компонентами, входящими в состав реактива Грисса. Способ основан на извлечении нитритов из водного раствора с pH 2 нафионовой пленкой с иммобилизованными реагентами. В результате реакции диазотирования, протекающей в нафионовой мембране, образуется окрашенное в красно-фиолетовый цвет соединение с максимумом поглощения 536 нм. Диапазон определяемых концентраций составляет 4,7-200 мкг/л с пределом обнаружения 1,4 мкг/л.

Несмотря на снижение токсичности выбранных реагентов для определения нитрит-ионов, предлагаемый способ определения является длительным из-за двухстадийности реакции определения, время формирования аналитического сигнала в нафионовой мембране, пропорционального концентрации нитритов в анализируемом растворе, составляет 60 мин.

В работе (N. Lopez-Ruiz, V.F. Curto, M.M. Erenas, F. Benito-Lopez, D. Diamond, A.J. Palma, L.F. Capitan-Vallvey. Smartphone-Based Simultaneous pH and Nitrite Colorimetric Determination for Paper Microfluidic Devices //Anal. Chem. 2014, vol. 86, pp. 9554-9562) для определения нитрит-ионов в пробах питьевых вод также, как и в работе, описанной выше, предложено использовать сочетание сульфаниламида и N-1-(нафтил)этилендиамина. Для определения нитритов на бумажный носитель наносили раствор нафионовой смолы в сочетании с сульфаниламидом, N-1-(нафтил)этилендиамином и полиэтиленгликолем 400 для формирования чувствительной зоны. В дальнейшем на сформированную зону капают микроколичество анализируемого раствора, в результате чего происходит окрашивание чувствительной зоны в красно-фиолетовый цвет. Аналитический сигнал фиксируют через 15 мин, используя камеру мобильного телефона с операционной системой Android. С помощью особого алгоритма измеряют и обрабатывают насыщенность (S) - координату цветового пространства HSV - и связывают ее с концентрацией нитрит-ионов в анализируемом объекте. Данный способ позволяет проводить определение нитрит-ионов в диапазоне 0,52- 4,00 мг/л с ПО 0,52 мг/л.

Существенным недостатком предлагаемого способа является необходимость проведения реакции в темноте вследствие того, что нанесенный на бумажный носитель N-1-(нафтил)этилендиамин является фоточувствительным и на свету дает окрашивание чувствительной зоны в фиолетовый цвет.

Известен способ определения нитритов с использованием оптически прозрачной триацетилцеллюлозной мембраны (A.A. Ensafi, A. Kazemzadeh. Monitoring nitrite with optical sensing films //Microchemical Jour. 2002, vol. 72, pp. 193-199), который является наиболее близким аналогом к заявляемому изобретению. В предлагаемом способе в качестве реагента применяли сафранин, иммобилизованный в триацетилцеллюлозную мембрану. Способ основан на взаимодействии нитритов с сафранином в твердой фазе, которое сопровождается снижением поглощения реагента при длине волны 520 нм, пропорционально увеличению концентрации нитритов в растворе. Диапазон определяемых содержаний составил 0,005-2,0 мг/л с пределом обнаружения 0,001 мг/л. Предлагаемый способ был применен для определения содержания нитритов в пробах природных вод, мясной продукции и других объектах.

К существенным недостаткам предлагаемого способа можно отнести высокую длительность и трудоемкость подготовки мембраны к процессу иммобилизации реагента, которая заключается в необходимости проведения процесса гидролизации мембраны для увеличения ее пористости, а также длительность порядка 15 ч и самого процесса иммобилизации реагента в мембрану.

Задачей настоящего изобретения является разработка простого, нетрудоемкого, экспрессного способа определения нитрит-ионов с низким пределом обнаружения и различными вариантами детектирования аналитического сигнала и оценки содержания нитритов.

Решение указанной задачи достигается тем, что в способе определения нитритов, включающем приготовление раствора нитритов, извлечение нитрит-ионов из анализируемого раствора мембраной с иммобилизованным сафранином, измерение аналитического сигнала и определение содержания нитритов, новым является то, что в качестве мембраны применяют полиметакрилатную матрицу, в качестве аналитического сигнала используют светопоглощение при 530 нм или визуальную оценку интенсивности окраски оптической мембраны, оценку содержания нитрит-ионов проводят по градуировочному графику методом добавок или визуально-тестовым методом.

Сущность заявляемого способа заключается в следующем: находящиеся в анализируемом растворе нитрит-ионы извлекаются полиметакрилатной матрицей с иммобилизованным сафранином. При взаимодействии сафранина, иммобилизованного в полиметакрилатной матрице, с раствором нитрит-ионов наблюдается уменьшение интенсивности малиновой окраски матрицы, что сопровождается снижением поглощения реагента пропорционально увеличению концентрации нитритов в растворе. Реакция нитрит-ионов с иммобилизованным в полиметакрилатную матрицу сафранином протекает в сильнокислой среде:

Иммобилизацию сафранина в прозрачную полиметакрилатную матрицу размером 6,0×8,0×0,6 мм проводили его сорбцией из раствора в статическом режиме. Для этого 25 мл 0,01% раствора реагента перемешивали с матрицей в течение 15 с, при этом происходило окрашивание матрицы в малиновый цвет. Максимум поглощения реагента в матрице соответствует длине волны 530 нм.

В исследуемый раствор, содержащий нитрит-ионы, вносили полиметакрилатную матрицу с иммобилизованным сафранином, тщательно перемешивали в течение 5 мин, вынимали, подсушивали фильтровальной бумагой, измеряли аналитический сигнал с последующим установлением зависимости величины аналитического сигнала от содержания нитритов в анализируемом растворе и его оценкой. При контакте с раствором нитрит-ионов происходило обесцвечивание полиметакрилатой матрицы вследствие протекания реакции диазотирования в твердой фазе. Спектры поглощения полиметакрилатной матрицы с иммобилизованным сафранином после контакта с раствором нитрит-ионов представлены на рисунке 1.

Ниже представлены примеры осуществления заявленного изобретения.

Пример 1. Измерение поглощения полиметакрилатной матрицы и определение содержания нитрит-ионов по градуировочному графику

В 50 мл анализируемого раствора с содержанием нитрит-ионов 0,05-0,25 мг, среда 2,5 М HCl, помещали пластинку полиметакрилатной матрицы с иммобилизованным сафранином и перемешивали в течение 5 мин, затем вынимали, подсушивали фильтровальной бумагой и измеряли поглощение при 530 нм. Содержание нитрит-ионов находили по градуировочной зависимости, построенной в аналогичных условиях. Уравнение градуировочной зависимости имеет вид: А₅₃₀=1,22 - 0,21·c (r=0,996), где c - концентрация нитрит-ионов, мг/л. Диапазон линейности градуировочной зависимости составляет 1,0 - 5,0 мг/л. Предел обнаружения, рассчитанный по 3s - критерию, равен 0,5 мг/л.

Пример 2. Измерение поглощения полиметакрилатной матрицы и определение содержания нитрит-ионов методом добавок

Анализируемый раствор 25,0 с содержанием нитритов 0,025-0,075 мг вносили в колбу вместимостью 50,0 мл, добавляли 10 мл HCl_конц и разбавляли дистиллированной водой до метки. Также готовили растворы в других колбах, куда дополнительно вводили 0,5; 1,0 и 1,5 мл рабочего раствора нитритов с концентрацией 100 мг/л. В растворы помещали пластинку полиметакрилатной матрицы с иммобилизованным сафранином и перемешивали в течение 5 мин, затем вынимали, подсушивали фильтровальной бумагой и измеряли поглощение при 530 нм. Содержание нитрит-ионов определяли графическим способом, экстраполируя прямолинейную зависимость изменения поглощения ΔА₅₃₀ от концентрации нитрит-ионов в добавке до значения А=0, где ΔА₅₃₀=А₀-А₁ (А₀, А₁- проба минеральной воды без добавки и с добавкой нитрит-ионов соответственно).

Пример 3. Визуально-тестовое определение содержания нитрит-ионов

Для визуально-тестового определения нитрит-ионов получена цветовая шкала путем сканирования образцов, полученных при построении градуировочной зависимости. Визуальное тест-определение выполняли аналогично методике, описанной в примере 1, с тем отличием, что после контакта с раствором нитрит-ионов поглощение полиметакрилатных матриц не измеряли, а проводили сравнение их окраски с цветовой шкалой (рисунок 2), и полуколичественно определяли концентрацию нитритов.

Пример 4. Определение содержания нитрит-ионов в питьевых и минеральных водах

Отбор проб проводили в соответствии с ГОСТ 23268.0-91 и ГОСТ Р 51593-2000.

Для анализа питьевой воды отбирали аликвотную часть в мерную колбу на 50 мл и поступали, как указано в примере 1.

Определение нитирит-ионов в минеральных водах проводили методом добавок, как указано в примере 2, чтобы исключить мультипликативные систематические погрешности, связанные с влиянием широкого круга веществ, присутствующих в анализируемых объектах.

Результаты определения нитритов заявляемым способом представлены в таблице 1. Правильность предлагаемого способа оценивали по результатам определения добавок нитрит-ионов в пробах питьевых и минеральных вод. Для оценки правильности использовали показатель правильности (σ), представляющий собой выраженное в процентах отношение разности найденной концентрации (среднего значения) и введенного значения концентрации к введенному значению. Полученные результаты свидетельствуют о правильности и повторяемости предлагаемого способа определения нитрит-ионов.

Таблица - Результаты определения нитрит-ионов в реальных объектах (n=3; P=0,95)

Объект Указано на упаковке, мг/л Введено, мг/л Найдено, мг/л σ, % sr, % Водопроводная вода - 3,00 2,91 0,24 -3,0 4,4 Минеральная вода «Касмалинская» - 2,00 2,10±0,17 5,2 5,9 Минеральная вода «Серебряный ключ» - 1,00 0,89±0,17 -11 17

Преимущество заявленного изобретения по сравнению с прототипом заключается в различных способах измерения аналитического сигнала полиметакрилатной матрицы и оценки содержания нитрит-ионов. Кроме того, значительным преимуществом заявляемого способа по сравнению с известными является простота выполнения определения нитритов в пробах питьевых вод на уровне ПДК и высокая экспрессность.