способ определения микроколичеств изопропилового эфира фторангидрида метилфосфоновой кислоты в почве

Формула изобретения

Способ определения микроколичеств изопропилового эфира фторангидрида метилфосфоновой кислоты в почве, включающий биохимический анализ почвенных экстрактов, отличающийся тем, что жидкостную экстракцию изопропилового эфира фторангидрида метилфосфоновой кислоты из почвы проводят дистиллированной водой при ультразвуковом воздействии, время которого составляет 7-10 мин, при этом пробы предварительно стабилизируют 0,2 N водным раствором соляной кислоты для предотвращения деструкции изопропилового эфира фторангидрида метилфосфоновой кислоты.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области аналитической химии, а именно к исследованию способов извлечения, приемов стабилизации проб почвы, зараженных микроколичествами изопропилового эфира фторангидрида метилфосфоновой кислоты (зарина), и последующему биохимическому анализу.

Описан способ извлечения зарина из почвы путем жидкостной экстракции (Руководство по работе в автомобильной радиометрической и химической лаборатории АЛ-4 М.: Воениздат, 1988 г., С.51-52). Основными недостатками метода являются:

- экстракцию зарина рекомендуют осуществлять бензином, который не смешивается с водой, что затрудняет дальнейшее проведение биохимического определения;

- отсутствуют данные о степени извлечения и пределах определяемых концентраций.

Из этого можно заключить, что материалы характеризуются как общие рекомендации для качественного определения фосфорорганических отравляющих веществ в почве. Описанный метод не пригоден для определения микроколичеств (менее 1 мгкг^-1) фосфорорганических отравляющих веществ в почве.

Известны исследования по извлечению микроколичеств зарина из почвы водой с последующей сорбцией вещества смолой XAD-4 (Trace analysis of chemical warfare agents 1. An approach to the environmental monitoring of nerve agents. The ministri for foreign affairs of Finland. Helsinki, 1981, p.121). Анализ проводился на газовом хроматографе с биохимическим детектором.

Существенным недостатком предлагаемого метода является крайне низкий коэффициент экстракции (при исходном заражении С₀=1,010^-1 мгкг^-1 коэффициент экстракции составил 7,02,0%). Столь низкий коэффициент экстракции не позволяет относить данный метод к методам количественного химического анализа. Этот метод был взят нами за ближайший аналог, так как и в предлагаемом нами методе для извлечения зарина используется жидкостная экстракция, а для анализа - биохимический метод определения.

Применяемый авторами газовый хроматограф с биохимическим детектором является малодоступным специальным оборудованием. Поэтому мы разрабатываем метод, основанный на биохимическом определении зарина с использованием доступного фотометрического оборудования.

Задача настоящего изобретения состояла в снижении предела определяемых концентраций зарина в почве биохимическим методом до микроколичеств (n10^-2 мгкг^-1) и в разработке технологии пробоподготовки, предотвращающей деструкции зарина в почве.

Основной причиной низкого коэффициента экстракции, по нашему мнению, является то, что зарин как при внесении в почву, так и при его извлечении, подвержен быстропротекающим процессам деструкции. Поэтому перед внесением зарина в почву для создания модельных заражений почву необходимо стабилизировать. Литературные сведения о способе стабилизации проб почвы, зараженных зарином, отсутствуют.

Исследованиями, проведенными нами ранее, было показано, что стойкость зарина в системе вода : почва зависит от значения pH. Степень расположения зарина при рН, равном 7,0, достигает 80% и уменьшается при уменьшении значения рН при подкислении, составляя 50% при рН, равном 5,0...6,0. Подкисление способствует прекращению процесса быстрой деструкции зарина в почве. Однако результаты биохимического метода, применяемого для анализа зарина, в значительной степени зависят от рН среды. Это позволяет понижать рН в системе вода : почва при стабилизации зарина лишь до определенных пределов. Оптимальным значением рН является 3,50,5.

В разработанном нами методе стабилизацию почвы проводили с использованием 0,2 н. водного раствора соляной кислоты, необходимое количество которой определяли предварительным титрованием почвы до достижения рН 3,50,5. Для титрования брали навеску 25 г, добавляли 50 мл воды, а затем добавляли 2 н. раствор соляной кислоты. Водородный показатель раствора определяли с помощью рН-метра. Пример экспериментального определения необходимого объема кислоты для стабилизации чернозема обыкновенного (Саратовская область) представлен в табл.1.

Исходя из результатов титрования, к 25 г почвы (чернозем) необходимо добавлять 15 мл 0,2 н. раствора соляной кислоты. При анализе других типов почвы необходимо проводить аналогичную процедуру.

Эффективность предварительной стабилизации почвы при различных температурах представлена в табл.2.

Экстракцию проводили дистиллированной водой с использованием ультразвукового воздействия (10 мин). Определение содержания вещества проводили с помощью биохимического анализа по методу Элмана (Ellman G.L. Biochem. Pharm. , 1961, v.7, р.88-89).

Таким образом, из результатов табл.2 видно, что предварительная стабилизация почвы прекращает процессы быстрого развала зарина и позволяет проводить его эффективное извлечение.

Для осуществления ультразвукового воздействия при экстракции зарина использовалось стандартное лабораторное оборудование: ультразвуковая ванна фирмы TRANSSONIC-460 (Германия) с рабочими параметрами: ток питания - 0,39 А, напряжение питания - 220/240 В, рабочая частота - 35 кГц.

Были проведены исследования по выбору наиболее эффективного растворителя для извлечения зарина из стабилизированной пробы почвы. Результаты представлены в табл.3.

Из результатов, представленных в табл.3, следует, что зарин извлекается эффективнее дистиллированной водой, чем полярными органическими растворителями.

Установлено, что степень извлечения зарина из почвы дистиллированной водой данным методом при содержании менее 1 мгкг^-1 составляет 76%.

Нестойкость зарина не позволяет проводить его длительную экстракцию, поэтому экстракцию проводили при ультразвуковом воздействии. Необходимо было провести оптимизацию времени ультразвуковой экстракции, так как при длительной экстракции возможны потери вещества в результате химической деструкции, а при короткой - неполный выход вещества.

В соответствии с вышеприведенными условиями стабилизации и извлечения было проведено определение оптимального времени ультразвукового воздействия, изучая зависимость коэффициента экстракции от времени, представленную в табл.4.

Оптимальное время экстракции составило 7-10 минут.

Установлено, что для биохимического анализа почвенные экстракты, во-первых, необходимо в 10 раз разбавлять дистиллированной водой, во-вторых, экстракты получаются мутными, поэтому их необходимо центрифугировать или фильтровать и, в-третьих, одинаковое количество зарина в воде и в почвенных экстрактах вызывает разное угнетение фермента. Поэтому калибровку необходимо проводить на "холостых" экстрактах.

Правильность количественного определения зарина в пробах почвы разработанной методикой определяли методом введено-найдено. Расчет найденного количества зарина проводили с учетом установленного коэффициента экстракции. Результаты представлены в табл.5.

Результаты, представленные в табл.5, показывают, что погрешность определения концентрации зарина в диапазоне от 2,010^-2 до 3,010^-1 мгкг^-1 данным методом не превысила 12%. Относительное среднеквадратичное отклонение также не превысило 12%, что вполне удовлетворяет требованиям, предъявляемым к методикам количественного химического анализа. Предел определения содержания зарина в почве разработанным методом при использовании бутирилхолинэстеразы составляет 2,010^-2 мгкг^-1.