состав для экспресс-тестирования нитрат-ионов методом капельно-визуального колориметрического анализа

Формула изобретения

Состав для экспресс-тестирования нитрат-ионов методом капельно-визуального колориметрического анализа, отличающийся тем, что он включает 1,5 мас. % силикагеля с 3% по массе паранитроанилина на нем, 1 мас. % силикагеля с 1% по массе динатриевой соли хромотроповой кислоты на нем, 26 мас. % силикагеля с 10% по массе виноградной кислоты на нем, 2,7 мас. % силикагеля с 5% по массе калия гидрокарбоната на нем, 0,4 мас. % порошкообразного цинка и безводную порошкообразную сахарозу до 100% общей массы смеси.

Описание изобретения к патенту

Таблетки и россыпи, состав которых является предметом предлагаемого изобретения, предназначены для тестирования жидких сред на нитрат-ионы способом капельно-визуального колориметрического экспресс-анализа [1, 2]. Содержание нитрат-иона в сельскохозяйственной продукции, продуктах питания, в питьевой воде, в почвах и других объектах окружающей среды нормируется Минздравом [3].

Ближайшими современными прототипами таблеток и россыпей предлагаемого состава являются россыпь фирмы Lister Leaf Product Inc. в наборе Soil Tester [4] для определения нитрат-ионов и таблетки фирмы LaMotte [5], предназначенные для экспресс-тестирования жидких сред на нитрат-ионы.

Прототип 1. Порция россыпи фирмы Lister Leaf Product Inc. [3] с массой около 50 мг хранится в разъемной герметичной капсуле. Россыпь высыпается в специальную пробирку, содержащую исследуемую почвенную вытяжку в объеме 5,0 мл. После этого пробирка герметично закрывается пластиковой крышкой, встряхивается вручную до полного растворения реагентов и выдерживается для полного прохождения цветной реакции. Интенсивность возникающей малиновой окраски сравнивается с прилагаемой цветной шкалой, имеющей лишь четыре градации содержания нитрата: очень низкое, низкое, среднее, высокое. Процедура экспресс-теста занимает 12-15 мин.

Прототип 2. Фирма LaMotte Com. [4] предлагает набор из двух различных таблеток. При добавлении первой таблетки к исследуемой пробе, взятой в объеме 5,0 мл, после встряхивания вручную в герметизированной пробирке в течение приблизительно 30 с происходит восстановление нитрат-ионов до нитрит-ионов. После этого в тот же объем прибавляют вторую таблетку и пробирку снова встряхивают вручную в течение 2 мин. В течение последующих пятнадцати минут происходят реакции, сопровождаемые появлением красной окраски. Интенсивность этой окраски используют для колориметрирования на содержание нитрат-ионов. Предлагаемые составы таблеток и россыпи отличаются от прототипов по своему функциональному назначению и, соответственно, по условиям применения.

Россыпь и таблетки, являющиеся прототипами, обладают двумя целевыми функциями. Это, во-первых, функция обеспечения достаточно длительной сохранности всех компонентов состава в состоянии стартовой готовности впредь до растворения таблетки или россыпи в исследуемой пробе. Вторая функция таблеток и россыпей состоит в обеспечении быстрого прохождения одной, двух или всех стадий используемой колориметрической реакции. Обе функции обеспечивают экспрессность анализа.

Как видно из описания прототипов, известные россыпи и таблетки для экспресс-анализа на нитрат-ион предполагают значительные, не менее 5 мл, объемы исследуемых проб, значительно превышающие объемы таблетки или россыпи, а также гомогенизацию объема пробы за счет перемешивания вручную, то есть приложения внешних усилий.

Суть предлагаемого способа сводится к совмещению двух описанных выше функций с третьей, а именно с обеспечением условий проведения цветной реакций в объеме нескольких капель путем подбора соответствующих цветных реакции, подбора составов из хорошо растворимых реагентов и, наконец, за счет гомогенизации реакционного объема и растворения таблеток и россыпей не внешними усилиями, а с помощью выделяющихся и движущихся микропузырьков газа.

Предметом изобретения является следующий состав россыпи и получаемых из нее прессованием таблеток. Содержание компонентов по необходимости указывается в процентах по массе дважды, а именно сначала указывается процент носителя-силикагеля в общей массе россыпи, а затем - процент массы реагента на данном виде силикагеля.

Состав включает: (1,50,05) мас.% силикагеля с (30,3)% по массе паранитроанилина на нем, (1,000,1) мас.% силикагеля с (1,000,05)% по массе динатриевой соли хромотроповой кислоты на нем, (261) мас.% силикагеля с (101)% по массе виноградной кислоты на нем, (2,70,1) мас.% силикагеля с (51)% по массе калия гидрокарбоната на нем, (0,40,02)% по массе порошкообразного цинка и безводной сахарозы до 100% общей массы смеси.

Изготовление россыпи и таблеток на ее основе имеет сложную стадию смешения силикагелей с нанесенными на них реагентами с порошкообразной цинковой пылью и тонко измельченной сахарозой. Гомогенизация россыпей осложняется различием гранулометрических составов и физических свойств измельченной сахарозы, цинковой пыли и силикагелей. Для преодоления этой трудности смешение осуществляли в три стадии. Сначала в отдельной емкости все силикагели тщательно перемешивали с небольшим(2-3% от конечного) объемом сахарной пудры. Точно так же в отдельной емкости с сахарной пудрой перемешивали цинковую пыль. Затем эти две смеси объединяли до объема около 20% от конечного. После тщательного перемешивания этого объема к нему добавляли остальные 75% сахарной пудры и снова тщательно перемешивали весь объем. Перемешивание осуществляли в фарфоровых ступках круговыми движениями до тех пор, пока не становилась заметной вязкость россыпи. Гомогенность россыпи контролировали по равномерности распределения черных частиц цинка на плоской поверхности россыпи под микроскопом. Нанесение реагентов на силикагели осуществляли из водных растворов с концентрациями, которые составляли 80-85% от насыщающих. Растворы выдерживали в контакте с силикагелями до достижения равновесия, после чего силикагели отделяли на воронках с водоструйным отсасыванием и сушили при температурах не выше 100^oC. Паранитроанилин наносили из раствора в диэтиловом эфире.

Применяли силикагель марки силохром С-120 (фракции 0,20-0,355). Все реагенты имели квалификацию ХЧ. Сахарную пудру изготавливали из бесцветных сортов пищевого сахара, который сушили при 100^oC до содержания влаги не более 1-25%.

Пример. Проба в объеме двух капель (0,100,01 мл), содержащая нитрат-ион в диапазоне концентраций от 40 до 2000 мг/л в пересчете на нитрат-ион, пипеткой наносится на таблетку или порцию россыпи с массой 50 мг, находящуюся в полусферической блистерной ячейке диаметром 7 мм. Без какого-либо внешнего воздействия таблетка (или россыпь) растворяется, и в течение 5-7 мин возникает стабильная окраска, в зависимости от концентрации изменяющаяся от зеленовато-желтой до темно-вишневой. Сравнение окраски с цветной шкалой позволяет оценивать концентрацию. Характеристики точности визуального колориметрирования студентами, получившими краткий устный инструктаж, приводятся в табл.1.

Привлечение опытных исполнителей позволяет расширить диапазон визуального колориметрирования до 20-4000 мг/л. Те же показатели получены на яблочном, морковном, капустном соках.

В табл.2 представлены итоговые показатели, характеризующие оба современных прототипа и предлагаемый состав россыпи и таблеток.

Следует заметить, что россыпь Lister Leaf относится к числу простейших средств колориметрического экспресс-тестирования, а представленный в табл.2 вариант 3354 таблетно-колориметрического теста усиленно рекламируется фирмой LaMotte Com. как новейший. Он отличается от других продающихся таблеток этой фирмы (# # 3319, 3119, 3615, 3519, 3677) используемым в качестве восстановителя цинком, а в остальных используется токсичный кадмий.

Из табл.2 видны преимущества предлагаемого состава - малый объем пробы, сокращенное время и простота процедуры анализа, большой диапазон определяемых концентраций и большая дифференцирующая способность, то есть число визуально различаемых концентраций гораздо больше. Последние два свойства являются следствием того, что с ростом концентрации нитрата в пробе предлагаемый состав изменяет не только интенсивность окраски, но и ее оттенок. Определяемые концентрации охватывают практически весь очень широкий диапазон ПДК нитратов, установленных для различных овощей и фруктов. При необходимости он может быть сдвинут в область меньших концентраций.

Таблетки и россыпи сохраняют работоспособность более года при хранении в герметичной упаковке, например в блистерной, что было установлено рядом экспериментов.

Использованная литература

1. Тананаев Н. А. Капельный метод качественного анализа с приложением капельной колориметрии. Свердловск-Москва: ГОНТИ, 1939, с.177-178.

2. Файгль Ф. Капельный анализ. М.: ОНТИ, 1937, с.388-389.

3. Князев Д.А., Иванов В.М., Самохвалов С.Г., Золотов Ю.А., Князев В.Д. Способ капельно-таблетного колориметрического экспресс-анализа. Патентная заявка.

4. Временные гигиенические нормативы содержания некоторых химических элементов в основных пищевых продуктах, # 2450-81. М.: Минздрав СССР, 1982, с.74.

5. Soil Tester, Lister Leaf Products Inc., # 1609, 2220 Tech-court, Woodstock П. 60098.

6. LaMotte Company. LaMotte Company web site htty: www.lamotte/test/ updates.htm.