способ определения йодид-иона в моче

Формула изобретения

Способ определения йодид-иона в моче, включающий предварительное консервирование пробы мочи в темноте при комнатной температуре и прямое измерение концентрации с помощью йодидселективного электрода, отличающийся тем, что аликвоту пробы мочи смешивают с буферным раствором с рН 6,8-7,5, содержащим от 4,2 до 8 мас.% пероксида водорода, в соотношении 1:1 или 1:2, выдерживают в течение не менее одних суток, затем проводят измерение электродного потенциала непосредственно в растворе законсервированной пробы без отделения мешающих компонентов.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к электрохимическим, в частности к ионометрическим методам анализа, и предназначено для определения йодид-иона в моче с помощью ионосслективных электродов. Изобретение может быть использовано в биохимических, клинических и санитарно-гигиенических исследованиях, в мероприятиях по диагностике, лечению и профилактике заболеваний человека, связанных с дефицитом и метаболизмом йода.

Известны способы определения йода в моче.

Кинетические способы [1, 2] основаны на каталитическом действии йода на реакцию восстановления церия (IV) мышьяком (III). Скорость уменьшения окраски раствора церия (IV) зависит от концентрации йода и измеряется спектрофотометрически. Подготовка к измерению заключается либо в обработке пробы окислительной смесью с NaClO ₃ или с (NH₄)₂ S₂O₈ при повышенной температуре [1], либо в стабилизации пробы путем выдерживания се в течение 2 недель в смеси с раствором тимола в изопропаноле и последующего центрифугирования [2].

Процедуры определения в способах [1, 2] сложны и трудоемки, требуют применения токсичных и малодоступных реактивов. Многостадийность пробоподготовки снижает надежность определения. В ряде случаев кинетические способы вообще не применимы, например, к анализу мочи, содержащей глюкозу (у больных сахарным диабетом) или другие восстановители.

Инверсионно-вольтамперометрический способ [3] основан на разбавлении пробы мочи в 100 раз, ультрафиолетовом облучении ее в присутствии пероксида водорода и нитрата калия и последующем измерении концентрации йода методом инверсионной вольтамперометрии на ртутно-пленочном электроде с серебряной подложкой. На электроде вначале осаждают йодид-ион в виде Hg ₂I₂, затем проводят восстановление осадка при линейном изменении потенциала.

Для реализации способа [3] необходима малодоступная дорогостоящая аппаратура - вольтамперометрический анализатор с встроенной УФ-лампой. Измерение аналитического сигнала отличается сложностью и методическими тонкостями, требует высокой квалификации оператора.

Наиболее простыми и доступными для практического применения являются ионометрические методы, основанные на измерении мембранно-концентрационного потенциала йодидселективного электрода.

Нижний предел ионометрического определения йода выше, чем с помощью кинетических и вольтамперометрических способов. Однако это не следует считать недостатком, так как даже тяжелый дефицит йода характеризуется содержанием его в моче на уровне 20 мкг/л, надежно определяемым ионометрически.

В известных ионометрических способах [4, 5] концентрацию йодид-иона измеряют и рассчитывают по методу двойной стандартной добавки. Практика показывает, что результаты определения с использованием этого приема недостаточно надежны. Правильность определения в значительной степени зависит от выбора концентрации и объема добавок и от связанного с ним изменения величины потенциала электрода ( Е, мВ). Эти показатели в свою очередь существенно зависят от концентрации определяемого иона и состава пробы, однако они в способах [4, 5] не регламентированы.

По технической сущности предлагаемый способ наиболее близок к ионометрическому способу [6], в котором пробу предварительно консервируют добавлением азида натрия, затем отделяют сопутствующие галогенид-ионы с помощью ионообменной хроматографии в вакууме (40-50 мм рт.ст.) и в относительно «чистом» элюате выполняют прямые потенциометрические измерения с йодидселективным электродом.

Способ [6] отличается трудоемкостью и многостадийностью не только этапа подготовки пробы, но и построения градировочного графика. Для реализации способа необходимо оборудование для хроматографирования в вакууме, а также специально обработанная анионообменная смола.

Целью изобретения является упрощение процедуры анализа, повышение точности определения, а также создание высокопроизводительного и мобильного способа определения йодид-иона в моче.

Предлагаемый способ включает следующие операции.

Аликвоту пробы мочи смешивают в соотношении 1:1 или 1:2 с буферным раствором, содержащим пероксид водорода, выдерживают в темноте при комнатной температуре (18-25°С) в течение не менее одних суток и измеряют эдс раствора относительно хлоридсеребряного электрода сравнения. Концентрацию йодид-иона находят по градуировочному графику. Градуировочные растворы готовят смешиванием стандартных растворов йодида калия с буферным раствором в соотношении 1:1 или 1:2.

Необходимость выдерживания проб мочи в присутствии буферного раствора до проведения измерений в течение не менее одних суток установлена экспериментально (фиг.1).

Измерения выполнены через 3 мин после погружения электродной пары в раствор. При этом в растворах, выдержанных сутки и более, потенциал устанавливается равновесным, а в остальных - дрейфует в сторону увеличения.

Существенно важно то, что равновесный потенциал и соответствующая ему концентрация йодид-иона сохраняют постоянное значение в течение длительного времени, не менее 20 суток.

Через сутки выдерживания изменяется внешний вид раствора пробы: он становится практически бесцветным, прозрачным и лишенным характерного для мочи запаха. Эти показатели сохраняются и через 20 суток.

Таким образом, в предлагаемом способе измеряется устойчивый равновесный потенциал йодидселективного электрода и автоматически решается задача консервации пробы, сохранения ее бактериальной стабильности в течение длительного времени.

Предлагаемый способ основан на том, что ионометрическое определение йодид-иона в моче проводят в экспериментально установленных условиях, при которых устраняется мешающее влияние как органических, так и неорганических компонентов пробы на мембрану электрода и стабилизируется определяемая ионная форма йода.

К рядовой пробе мочи добавляли буферный раствор с разной концентрацией пероксида водорода, таким путем одновременно варьируя величину рН в измеряемом растворе, и через сутки проводили измерения.

Результаты представлены на фиг.2.

Как видно, на фиг.2 имеется плато, где совпадают обе зависимости и потенциал сохраняется постоянным. Плато ограничено интервалом значений рН 6,8÷7,5 и интервалом концентраций пероксида водорода - 4,2÷8 мас.%.

Подобные зависимости получены и при анализе других проб мочи с использованием различных образцов йодидселективных электродов.

За границами плато при уменьшении рН (достигается увеличением концентрации Н₂O₂ ) возможно частичное окисление йодида вследствие возрастания окислительного потенциала буфера, что приводит к увеличению потенциала электрода, а при увеличении рН (достигается уменьшением концентрации Н₂O₂) возможно неполное устранение мешающих компонентов, например, ионов серы, в результате чего потенциал убывает.

На функцию йодидселективного электрода оказывают существенное мешающее влияние (в сторону уменьшения потенциала) ионы двух- и четырехвалентной серы, а также значительные количества бромид- и хлорид-ионов.

Установлено, что в буферном растворе с рН 6,8-7,5, содержащем от 4,2 до 8 мас.% Н ₂O₂, окисляются и переходят в электродно-неактивную форму до 1 г/л сульфид-, 15 г/л сульфит- и 13 г/л тиосульфат-ионов без удаления их из анализируемого раствора пробы.

Мешающее влияние хлорида натрия - основного неорганического макрокомпонента мочи (его содержание в среднем составляет 7-10 г/л) - изучено экспериментально.

На фоне выбранного буферного раствора по методу изопотенциальной точки определен коэффициент селективности йодидного электрода к хлорид-иону. Найдено, что К _I-Cl=3,5·10^-7. Следовательно, избыток хлорид-иона по отношению к йодиду не должен превышать величины 2,9·10⁶. При нижнем пределе определения йодида 20 мкг/л реальный избыток хлорида составляет не более 1·10⁶, то есть в три раза ниже допустимого значения, что указывает на селективность отклика в присутствии избытка хлорид-иона.

Бромид-ион присутствует в моче в незначительном количестве по сравнению с Cl ^--ионом и заведомо не влияет на мембрану йодидного электрода.

Установлено, что другой макрокомпонент мочи - мочевина на фоне буферного раствора с пероксидом водорода также не мешает определению йодида. Градуировочные графики в отсутствие и в присутствии 25 г/л мочевины (ее среднее содержание в моче составляет 15-25 г/л) совпадают.

В предлагаемом способе устраняется мешающее влияние не только мочевины, но и всех других органических компонентов, включая и бактериальные.

Для доказательства этого брали две аликвоты пробы: одну анализировали предлагаемым способом, а вторую - озоляли, как рекомендовано в [7], в щелочной среде при 480°С до получения зольного остатка белого цвета, выщелачивали и затем определяли концентрацию йодид-иона с помощью йодидселективного электрода. К части проб перед введением щелочи добавляли точное количество стандартного раствора КI. Результаты представлены в табл.1.

Таблица 1.
Результаты определения йодид-иона в параллельных пробах мочи предлагаемым способом и после озоления
№ п/п	Концентрация йодид-иона, мкг/л
	Определена предлагаемым способом	Озоление проб
		Определена в пробе без добавки	Введено	Найдено
1	52*	52
2	56*	52
3	67	68
4	79	80
5	120	88
6	100*	112
7	160	162
8	174	176	8	12
9	224	227	18	16
10	40	56	20	32
11	106	96	40	40
12	148	148	40	30
13	220	214	40	38
14	220	214	40	34
15	195	187	40	38
	Сср.=115	Сср.=116	С ср.=31	Сср.=30
* Пробы, содержащие глюкозу.

Расчеты, произведенные по данным табл.1, показывают, что при сжигании (удалении) органической матрицы, содержащей также и глюкозу, относительное среднеквадратичное отклонение концентрации добавки от среднего значения (С _ср.=31 мкг/л) составляет 18,2%, а систематическая составляющая погрешности (d_r=-4%_отн ) с вероятностью Р=0,95 не значима по критерию Стьюдента (t _экс=0,76<t_табл=1,86).

Следовательно, при озолении йод не теряется, результаты определения правильны, и поэтому сравнивать между собой результаты параллельных определений в законсервированных и озоленных пробах вполне правомочно.

Рассчитано, что среднеквадратическое отклонение средней концентрации йодид-иона, установленной предлагаемым способом (С _ср.=115 мкг/л), от средней концентрации в этих же, но озоленных пробах (С_ср.=116 мкг/л) составляет 8,9% отн. При этом систематическая составляющая погрешности (d _r=0,95) не значима по критерию Стьюдента (t _экс.=0,95<t_табл.=1,75).

Результаты статистической обработки данных свидетельствуют о правильности определения йодида предлагаемым способом и после озоления проб. Кроме того, полученная величина межметодической погрешности (8,9%) оказалась ниже, чем межсерийная ошибка, приведенная в прототипе (10,5-18%).

Таким образом, в буферном растворе с рН 6,8-7,5, содержащем 4,2-8 мас.% Н₂ O₂, происходит консервирование пробы мочи на длительное время и устраняется мешающее влияние неорганических и всех органических компонентов без удаления их из анализируемого раствора пробы.

Пример конкретной реализации способа.

В пластмассовый сосуд для измерений вместимостью 30-50 мл помещают 10 мл мочи, добавляют 10 мл буферного раствора с рН 7,1, содержащего 7,5 мас.% Н₂O ₂. Сосуд закрывают крышкой и выдерживают в темноте при комнатной температуре в течение одних суток. Затем в сосуд помещают измерительный и вспомогательный электроды и при перемешивании регистрируют установившееся значение потенциала. Концентрацию йодид-иона находят по градуировочному графику.

Оценка воспроизводимости и правильности определения йодид-иона предлагаемым способом представлена в табл.2.

Воспроизводимость оценивали по результатам 4 параллельных измерений в 12 пробах. Измерения выполнены в каждый из четырех последующих после консервации дней. Правильность оценивали по методу «введено-найдено», для чего к законсервированной пробе добавляли точное количество стандартного раствора КI.

Таблица 2.
Оценка воспроизводимости и правильности определения йодид-иона в пробах мочи предлагаемым способом
№ п/п	Концентрация йодид-иона в пробе, мкг/л (n=4)	s r, %	Концентрация йодид-иона в добавке, мкг/л
			Введено	Найдено
1	117	6,0	19	20
2	117	5,5	19	23
3	186	5,7	19	17
4	186	6,1	19	17
5	210	4,8	52	50
6	195	5,0	63	65
7	195	5,1	63	63
8	134	6,4	63	61
9	134	6,5	91	80
10	134	6,5	91	87
11	205	5,2	95	90
12	190	6,3	96	120
	С ср.=167		Сср.=58	С ср.=58

Как видно из табл.2, относительное среднеквадратическое отклонение (s_r) результатов определения предлагаемым способом от среднего значения (С _ср.=167 мкг/л) не превышает 6,5%, что в 1,6-2,8 раза ниже аналогично полученной межсерийной погрешности (10,5-18%) в прототипе.

Если рассчитать стандартное отклонение концентрации йодид-иона, найденной в добавке, от введенной концентрации, оно составит 14,5% отн., что примерно вдвое выше, чем для самой пробы, однако оно также находится в пределах межсерийной погрешности прототипа. Важно, что систематическая составляющая стандартного отклонения для добавки (d_r=-0,3%) не значима по критерию Стьюдента (t_экс.=0,07<t _табл.=1,78).

Следовательно, результаты определения концентрации йодид-иона предлагаемым способом являются правильными и более точными, чем в прототипе.

Таким образом, предлагаемый способ определения йодид-иона в моче отличается высокой селективностью и точностью, позволяет проводить анализ в присутствии органических и неорганических компонентов матрицы.

Отсутствие необходимости отделения мешающих компонентов существенно упрощает процедуру анализа и увеличивает его производительность.

Время, необходимое для консервации проб, является свободным и может быть использовано для подготовительной и любой другой работы.

С использованием одного комплекта оборудования возможно выполнение анализа в 100-120 законсервированных пробах в течение 6 часов.

Низкая стоимость и долговечность, удобство и простота в эксплуатации оборудования, необходимого для анализа, делают предлагаемый способ мобильным, позволяют использовать его как в стационарных, так и в полевых условиях, а возможность длительного хранения законсервированных проб - удобным для проведения широкомасштабных скрининговых и мониторинговых обследований населения.

Источники информации

1. Дедов И.И., Арбузова М.И., Ильин А.В. Микрометод определения йода в моче. // Методическое пособие. «Йодная лаборатория. Принципы организации работы». М., 2005. С.28-32.

2. Муштакова С.П., Кожина Л.Ф., Иванова Л.М., Мышкина А.К., Рытова О.А. Метод Кольтгофа-Сендела: определение «неорганического йода» в урине. // Ж. Аналит. химии. 1998. Т.53. С.214-217.

3. Иванова Е.Е, Толмачева Г.П. Экспресс-методика определения содержания йода в моче методом катодной инверсионный вольтамперометрии. // Anchem.ru «Интернет-журнал Мир Аналитической Химии». 2003. С.16-19.

4. Буйновский А..С., Безрукова С.А., Колпакова Н.А., Маслюк А.И., Карпов А.Б., Taxayop P.M. Способ определения йодид-ионов в моче. Патент РФ №2228533. // БИ. 2004. Т.13 (III ч.). С.535.

5. Николаев Б.А., Примакова Л.Н., Рахманько Е.М. Ионометрическое определение йодидов в моче. // Ж. Аналит. химии. 1996. Т.51. №10. С.1110-1112.

6. Abraham G.E., Tlechas J.D., Hakala J.C., Measurement of urinary iodide levels by ion-selective electrode: Improved sensitivity and specificity by chromatography on an ion-exchange resin. // The Original Internist, 11(4): 19-32, 2004.

7. Захарова Э.А., Пучигина В.М., Земан Л.П., Пикула Н.М. Методы измерений концентрации йодид-ионов в йодированных продуктах (напитки безалкогольные, воды питьевые и минеральные, хлеб, соль поваренная). ФР.1.31.2001.00214. // ООО «ВНПФ «ЮМХ». Томск.