Способ определения иодата с использованием полиметакрилатной матрицы

Изобретение относится к области аналитической химии, а именно к способу определения содержания иодат-ионов и может быть использовано для точного количественного и полуколичественного экспрессного, визуально-тестового определения иодата в пищевой соли.

Известен способ титриметрического определения иодат-ионов в пищевой поваренной соли, основанный на титровании иода, выделившегося при взаимодействии иодата калия и иодида калия в кислой среде, раствором тиосульфата натрия в присутствии индикатора (крахмала) (ГОСТ Р 51575-2000. Соль пищевая поваренная иодированная. Методы определения иода и тиосульфата натрия. М.: ИПК Издательство стандартов, 2000. 17 с).

К недостаткам способа можно отнести длительность анализа и трудоемкость, необходимость выдерживать растворы в темном месте в течение 10 мин перед началом титрования, большой объем пробы образца для количественного определения иодата. Потери выделяющегося иода, а также использование крахмала для визуальной оценки конечной точки титрования приводят к погрешности определения.

Известен простой чувствительный способ спектрофотометрического проточно-инжекционного определения иодата (Shabani А.М.Н., Ellis P.S., McKelvie I.D. Spectrophotometric determination of iodate in iodised salt by flow injection analysis // Food Chemistry. 2011, vol. 129, pp. 704-707 doi: 10.1016/j.foodchem.2011.04.077). Способ основан на реакции иодата с гидроксиламином в кислой среде. В результате происходит выделение нитрита, который вступает в дальнейшую реакцию диазотирования с сульфаниламидом и N-(1-нафтил)этилендиамином с образованием азокрасителя в количестве, пропорциональном содержанию иодата в аналите. Диапазон определяемых содержаний составляет 0.1-30.0 мг/л с пределом обнаружения 0.02 мг/л. Предлагаемый способ применен для определения иодата в образцах пищевой соли.

Недостатком данного способа является необходимость использования токсичных реагентов в реакции диазотирования и образование не менее токсичных продуктов реакции.

В последнее время большое внимание уделяется экспрессным твердофазным методам определения веществ, позволяющим быстро и с высокой точностью определять содержание аналитов в исследуемых объектах. Такие методы позволяют не только проводить экспрессное определение веществ без использования дорогостоящего оборудования, но и зачастую позволяют избежать сложной пробоподготовки исследуемых образцов и использования токсичных реагентов и растворителей.

Наиболее близким аналогом к заявленному изобретению является способ определения иодат-иона в пищевой соли с использованием селективной мембраны на основе пластифицированной триацетатцеллюлозы с иммобилизованным поливинилпирролидоном (Bhagat P.R., Pandey А.К., Acharya R., Natarajan V., Rajurkar N.S., Reddy A.V.R. Molecular iodine selective membrane for iodate determination in salt samples: chemical amplification and preconcentration. Anal. Bioanal. Chem., 2008, vol. 391, pp. 1081-1089. doi: 10.1007/s00216-008-2057-l) Определение иодата основано на способности изготовленной мембраны количественно сорбировать иод из раствора с последующим спектрофотометрическим определением его непосредственно в твердой фазе. Предел обнаружения иодата с использованием предложенной мембраны составляет 1.2 мг/л.

К недостаткам приведенного способа определения иодата относятся высокий предел обнаружения, довольно длительную и трудоемкую процедуру подготовки селективной мембраны, требующую использования токсичных органических растворителей, таких как хлороформ и дихлорметан.

Задачей настоящего изобретения является разработка простого, нетрудоемкого, экспрессного и экологически безопасного способа определения иодат-ионов с низким пределом обнаружения.

Решение указанной задачи достигается тем, что в способе определения иодат-ионов, включающем приготовление раствора иодата, взаимодействие анализируемого раствора с мембраной, последующее отделение мембраны от раствора, измерение аналитического сигнала и оценку содержания иодата, новым является то, что в качестве оптической мембраны применяют полиметакрилатную матрицу, в качестве аналитического сигнала используют светопоглощение полиметакрилатной матрицы при 365 нм, термолинзовый сигнал или визуальную оценку интенсивности окраски оптической мембраны, оценку содержания иодат-ионов проводят по градуировочному графику или визуально-тестовым методом.

Сущность заявляемого способа заключается в том, что в результате реакции иодат-иона с иодидом в кислой среде происходит выделение свободного иода в эквивалентных иодату количествах с последующим образованием трииодидного комплекса, который экстрагируется из раствора полиметакрилатной матрицей. Извлечение иода сопровождается изменением окраски оптической мембраны от бледно-желтой до желто-коричневой. Окраска мембраны сохраняется продолжительное время. В спектре поглощения иода в полиметакрилатной матрице наблюдается две полосы поглощения в области 3 65 и 2 90 нм, соответствующие поглощению трииодидного комплекса. На рис. 1 приведены спектры поглощения иода в полиметакрилатной матрице после контакта оптической мембраны с раствором иодата различной концентрации в присутствии иодида.

Концентрация IO₃^-, мг/л: 1-0; 2-0.2; 3-0.4; 4-0.6; 5-0.8; 6-1.0 (c_KI=0.02%, c_CHl=0.03 М, t_конт=5 мин).

Изменение окраски оптической мембраны связано с концентрацией иодата в анализируемом растворе прямо пропорциональной зависимостью.

Оптическую мембрану (полиметакрилатную матрицу) в виде прозрачной пластины толщиной 0.50±0.02 мм получали радикальной блочной полимеризацией. Из полученного образца вырезали пластины размером 6.0×8.0 мм.

В исследуемый раствор с рН 1-2, содержащий иодат, вносили полиметакрилатную матрицу, тщательно перемешивали в течение 5 мин, вынимали, подсушивали фильтровальной бумагой, измеряли аналитический сигнал с последующим установлением зависимости величины аналитического сигнала от содержания иодата и его оценкой.

Предел обнаружения иодата в заявляемом изобретении значительно снижен по сравнению с прототипом и составляет 0.03 мг/л, при сокращении времени получения отклика в 12 раз, что подтверждает эффективность предлагаемого способа определения иодата. Кроме того, подготовка оптической мембраны к анализу в заявляемом изобретении отличается простотой и экологической безопасностью.

Ниже представлены примеры осуществления заявленного изобретения.

Пример 1. Твердофазно-спектрофотометрическое определение иодат-ионов с использованием полиметакрилатной матрицы.

В 25 мл анализируемого раствора с рН 1-2 (контроль рН-метром), содержащим 0.005-0.090 мг иодата и 50 мкл 10% раствора иодида калия, помещали пластинку полиметакрилатной матрицы и перемешивали в течение 5 минут, затем вынимали, подсушивали фильтровальной бумагой и измеряли поглощение при 365 нм. Содержание иодат-ионов определяли по градуировочному графику, построенному в аналогичных условиях. Уравнение градуировочной зависимости имеет вид ΔА₃₆₅=0.705 с (r=0.996), где с - концентрация иодат-ионов, мг/л. Диапазон линейности градуировочной зависимости составляет 0.20-3.60 мг/л. Предел обнаружения, рассчитанный по 3s - критерию, равен 0.03 мг/л.

Пример 2. Твердофазно-термооптическое определение иодат-ионов с использованием полиметакрилатной матрицы.

Определение иодат-ионов с использованием термолинзовой спектрометрии проводили аналогично методике, описанной в примере 1, с тем отличием, что после контакта матриц с анализируемым раствором, измеряли не поглощение оптической мембраны, а ее термолинзовый сигнал. Для этого использовали коаксиальный двухлазерный термолинзовый спектрометр с мощностью индуцирующего излучения 142 мВт и длиной волны 532 нм. Схема прибора приведена в работе [Возможности использования термолинзовой спектрометрии для полиметакрилатных оптических чувствительных элементов / Н.В. Саранчина [и др.] // Журн. аналит.химии. 2011. Т. 66, №6. С. 640-646]. Содержание иодат-ионов определяли по градуировочному графику, построенному на основании термолинзовых характеристик полиметакрилатных матриц, полученных в аналогичных условиях. Уравнение градуировочной зависимости имеет вид Δ_θ=0.4383 с (r=0.9921), где с - концентрация иодат-ионов, мг/л. Диапазон линейности градуировочной зависимости составляет 0.20-7.20 мг/л. Предел обнаружения, рассчитанный по 3s - критерию, равен 0.03 мг/л.

Пример 3. Визуально-тестовое определение содержания иодат-ионов с использованием полиметакрилатной матрицы.

Для визуально-тестового определения содержания иодатов получены цветовые шкалы путем сканирования образцов полученных при построении градуировочных зависимостей. Визуальное тест-определение выполняли аналогично методике, описанной в примере 1, с тем отличием, что после контакта с раствором иодата не измеряли поглощение полиметакрилатных матриц, а проводили сравнение их окраски с цветовой шкалой (рисунок 2) и полуколичественно определяли содержание иодат-ионов в исследуемом образце.

Пример 4. Определение иодат-ионов в пищевой поваренной соли с использованием полиметакрилатной матрицы.

Предложенный способ апробирован при определении иодата в пищевой поваренной соли. Для анализа соли на содержание иодат-ионов 50 г образца соли растворяли в мерной колбе объемом 500 мл. Из полученного раствора отбирали необходимые для анализа аликвоты, в зависимости от содержания иодата в объекте, и поступали, как указано в примерах 1-2.

Правильность предложенного способа определения иодата контролировали с применением методики анализа поваренной пищевой соли на содержание иода, основанной на титровании иода, выделившегося при взаимодействии иодата калия и иодида калия в кислой среде, раствором тиосульфата натрия в присутствии индикатора (крахмала) [ГОСТ Р 51575-2000]. Результаты определения иодата в образцах пищевой поваренной соли представлены в табл. 1. Полученные результаты свидетельствуют о правильности и повторяемости предлагаемого способа определения содержания иодат-ионов.

Преимуществом заявленного изобретения в сравнении с прототипом является снижение предела обнаружения иодата в 40 раз и уменьшение времени контакта оптической мембраны с анализируемым раствором в 12 раз. Также значительным преимуществом заявляемого способа по сравнению с известными является простота выполнения определения иодата и отсутствие необходимости применения токсичных растворителей и других вредных веществ.