ПОТЕНЦИОМЕТРИЧЕСКИЙ МУЛЬТИСЕНСОРНЫЙ ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЙ КОМПЛЕКС ДЛЯ СОВМЕСТНОГО ОПРЕДЕЛЕНИЯ ОРГАНИЧЕСКИХ ЭЛЕКТРОЛИТОВ В ВОДНЫХ РАСТВОРАХ

Полезная модель относится к области потенциометрических и хемометрических методов анализа. Оно может быть использовано для экспрессного количественного совместного определения органических электролитов (аминокислот, витаминов и других биологически активных веществ) в технологических схемах при производстве пищевых, лечебно-профилактических и фармацевтических продуктов, качественный и количественный состав которых на всех стадиях производства регламентируется нормами ГОСТ или ТУ.
4
+
Наиболее близким является потенциометрический сенсор для селективного определения лизина в водных растворах в присутствии нейтральных аминокислот и ионов NH . Сенсор состоит из двух корпусов, в одном из которых установлен хлоридсеребряный электрод, в другом установлена перфторированная сульфокатионитовая полимерная трубка или мембрана, или стержень, таким образом, что один их конец размещен в первом корпусе, а другой выступает за пределы второго корпуса. Отклик сенсора измеряется относительно хлоридсеребряного электрода сравнения с помощью высокоомного вольтметра (патент РФ №2376591, 2009). Сенсор в единственном числе в комплекте с электродом сравнения и вольтметром не может быть использован для совместного определения нескольких органических электролитов в многокомпонентных водных растворах.
Задача, на решение которой направлено данное техническое решение, заключается в разработке мультисенсорной измерительной системы предназначенной для экспрессного количественного совместного определения нескольких органических (аминокислот, витаминов и других биологически активных веществ) одновременно присутствующих в многокомпонентных водных растворах.
Технический результат заключается в возможности реализации поставленной задачи, расширении объектов анализа, упрощении эксплуатации, автоматизации анализа и снижении времени анализа.
Технический результат достигается тем, что потенциометрический мультисенсорный измерительный комплекс для совместного определения органических электролитов в водных растворах, включает блок управления, высокоомный многоканальный вольтметр, хлоридсеребряный электрод сравнения и не менее двух кросс-селективных ПД-сенсоров, аналитическим сигналом которых является потенциал Доннана. Каждый из ПД-сенсоров состоит из двух корпусов, в одном из которых установлен внутренний хлоридсеребряный электрод сравнения, в другом установлена перфторированная сульфокатионитовая полимерная трубка (или мембрана, или стержень), таким образом, что один ее конец размещен в первом корпусе, а другой выступает за пределы второго корпуса. Электрод сравнения и все ПД-сенсоры через многоканальный вольтметр подключены к блоку управления.
Корпуса, в которых установлен внутренний электрод сравнения ПД-сенсоров, заполнены 1 М растворами разных неорганических и органических электролитов, соответствующих ионным формам перфторированных сульфокатионитовых полимеров.
ПД-сенсоры и электрод сравнения смонтированы, например, на штативе.
Для мультисенсорного измерительного комплекса использовались перфторированные сульфокатионитовые полимерные (ПСП) трубки, стержни, мембраны (изготовленные ОАО «Пластполимер», г. Санкт-Петербург, Россия) в неорганических формах (калиевой, водородной) и модифицированные при температуре стеклования ПСП в формах определяемых органических электролитов. Гидрофобность политетрафторэтиленовой матрицы и отсутствие макропор в структуре ПСП обеспечивают более высокие величины откликов, чувствительность и точность ПД-сенсоров по сравнению с ПД-сенсорами на основе полимеров с гидрофильной углеводородной матрицей. Определение органических электролитов в водных растворах основано на реакциях ионного обмена и протолитических реакциях с участием органических ионов и цвиттерионов на границе ПСП/ анализируемый раствор.
На фиг.1 представлена схема мультисенсорного измерительного комплекса; на фиг.2 - фактические и определенные значения концентраций пиридоксина гидрохлорида (PiridoxinHCl) и никотиновой кислоты (Niacin) для некоторых анализируемых растворов.
Конструкция мультисенсорного измерительного комплекса включает не менее двух ПД-сенсоров (1a-1n), организованных на основе ПСП в разных органических и неорганичеких формах, хлоридсеребряный электрод сравнения 2, закрепленные в штативе 3, высокоомный многоканальный вольтметр 4, блок управления 5. Конструкция каждого из ПД-сенсоров (lain) включает два пластиковых корпуса 6 и 7 объемом соответственно 5 и 0,5 см, заполненных 1 М раствором электролита, соответствующего ионной форме ПСП. Корпуса 6, 7 соединяются через герметичное уплотнение, например, резиновую пробку, 8 и закрываются герметичными (резиновыми) пробками 9, 10. Внутренний электрод сравнения 11 (серебряная проволока, покрытая хлоридом серебра), закреплен в корпусе 6. Трубка (или стержень, или мембрана) 12 из ПСП длиной 6-8 см, закрепленна в пробках 8, 10 одним концом 13 находится внутри корпуса 6, основная его часть находится внутри корпуса 7, второй конец 14 ПСП выступает за пределы корпуса 7. При длительном хранении конец 14 трубки (или стерженя, или мембраны) из ПСП закрывается защитным колпачком 15. Между измерениями ПД-сенсоры (1a-1n) следует хранить в 1 М растворе электролита, соответствующего ионной форме ПСП. Блок управления 5 включает персональный компьютер с программным обеспечением.
Работа мультисенсорного измерительного комплекса реализуется следующим образом. Из корпусов 7 ПД-сенсоров (1a-1n) удаляется раствор. ПД-сенсоры (1a-1n) свободными концами 14 трубки (или стерженя, или мембраны) 12 и хлоридсеребряный электрод сравнения 2 погружаются в анализируемый раствор. Потенциалы ПД-сенсоров (1a-1n) измеряют относительно электрода сравнения 2 с помощью высокоомного многоканального электронного вольтметра 3. Значения потенциалов фиксируются через 2-5 минут, автоматически выводятся на персональный компьютер, обрабатываются с помощью программного обеспечения, значения концентраций определяемых компонентов исследуемых растворов выводятся на экране.
ПРИМЕР
6
5
-4
-2
Объектами анализа были водные растворы, содержащие пиридоксин гидрохлорид (витамин В) и никотиновую кислоту (витамин В, РР). Для вывода уравнений многомерной градуировки были получены значения откликов двух кросс-селективных ПД-сенсоров на основе ПСП в калиевой и водородной формах, измеренных относительно хлоридсеребряного электрода сравнения в водных растворах, в которых индивидуальные концентрации обоих компонентов варьировались от 10 до 10 М. Рассматривали комбинации факторов рС для каждого компонента в интервале 2÷4 с постоянным шагом рС=0,5.
На основании полученных данных с помощью методов многомерного анализа подобрана оптимальная система уравнений для расчета концентраций компонентов в водных растворах пиридоксина гидрохлорида и никотиновой кислоты:
Градуировочные уравнения (1) являются адекватными на уровне значимости 0,05. Использование статистической модели, учитывающей взаимодействие компонентов системы, снизило соответственно в 1,3 и 2,3 раза ошибки ПД-сенсоров из ПСП в калиевой и водородной формах.
-4
-2
На фиг.2 представлены фактические и определенные с помощью системы уравнений (1) значения концентраций пиридоксина гидрохлорида и никотиновой кислоты для некоторых анализируемых растворов. Число определений составляло 5-7. Статистическую обработку экспериментальных данных проводили при доверительной вероятности 0,95. Полученные градуировочные уравнения позволяют с относительной погрешностью менее 10% совместно определять пиридоксин гидрохлорид и никотиновую кислоту в многокомпонентных растворах в области концентраций 10 -10 М, если соотношение их концентраций не превышает три порядка.