Способ фотометрической идентификации и определения концентрации компонентов баковой смеси
METHOD OF PHOTOMETRIC IDENTIFICATION AND DETERMINATION OF CONCENTRATION OF COMPONENTS OF TANK MIXTURE

Изобретение относится к аналитической химии, а именно к способу экспресс-анализа в полевых условиях компонентов баковых смесей, применяемых в качестве комплексных растворов системы химической защиты растений (СХЗР).
Наиболее близким является способ определения концентрации ионов посредством фотометрического измерения раствора аликвоты после ее разбавления раствором-индикатором. Полученный результат сопоставляют с калибровочными данными и определяют концентрацию ионов [патент DE 201610208967, МПК G01N 21/31, G01N 21/64, G01N 21/77, G01N 33/18; 2017].
Недостатком способа является невозможность его применения для идентификации компонентов баковых смесей.
Задачей является разработка способа идентификации и определения концентрации компонентов баковых смесей, позволяющего осуществлять контроль приготовления растворов системы химической защиты растений, контроль правильности дозирования компонентов, а также позволяющего определять качественный и количественный состав готовых смесей и выявлять контрафактные препараты.
Техническим результатом является повышение точности приготовления растворов системы химической защиты растений, возможность определения контрафактной продукции, что позволяет повысить эффективность систем химической защиты растений.
Технический результат достигается в способе фотометрической идентификации и определения концентрации компонентов баковой смеси, заключающемся в отборе аликвоты смеси, ее разбавлении, введении реагента-индикатора определяемого иона, фотометрическом определении концентрации иона, при этом в каждый компонент баковой смеси на стадии производства вводят ион-метку, в количестве, на порядок превышающем фоновый уровень содержания данного иона в компоненте баковой смеси, аликвоту последовательно разбавляют органическим полярным растворителем с диэлектрической проницаемостью равной 12-50 Ф/м и водой в объемном отношении аликвота : растворитель : вода равном 1:0,5-11,05:0-7,55, а по концентрации иона-метки определяют содержание компонента в баковой смеси.
Способ фотометрической идентификации и определения концентрации компонентов баковой смеси, характеризующийся тем, что в качестве компонентов баковой смеси используются пестициды.
Способ фотометрической идентификации и определения концентрации компонентов баковой смеси, характеризующийся тем, что в качестве компонентов баковой смеси используются гербициды.
Способ фотометрической идентификации и определения концентрации компонентов баковой смеси, характеризующийся тем, что в качестве компонентов баковой смеси используются пестициды и гербициды.
В настоящее время в сельском хозяйстве в России и за рубежом интенсивно используются «баковые смеси» (tank-mixes) - растворы, состоящие из нескольких функционально разнонаправленно действующих биоактивных компонентов различной химической природы, нестабильных в воде и, возможно, находящихся в антагонизме друг к другу, в частности - смеси пестицидов и гербицидов. Приготовление баковых смесей, как правило, производится в полевых условиях, а состав конкретной смеси может существенно варьироваться в зависимости от возделываемой культуры и географического региона применения. Анализировать рабочий раствор на содержание каждого компонента непосредственно в полевых условиях не представляется возможным в виду сложности такого анализа, требующего дорогостоящего оборудования и условий специализированной химической лаборатории. Соответственно возникает проблема экспрессного экономичного метода входного контроля, контроля правильности дозирования, а также выявления контрафактных препаратов.
Сущность предложенного способа идентификации и определения концентрации компонентов баковых смесей заключается во введении на производственных объектах поставщика-производителя средств защиты растений индивидуальных неорганических ионов-меток в каждый пестицид и/или гербицид. Введенные ионы-метки позволяют фотометрическим методом определить соответствие приготовленного раствора требуемому качественному и количественному составу компонентов баковой смеси (системы химической защиты растений), определить состав готовой смеси и проверить подлинность исходных препаратов. Таким образом, обеспечивается качество баковых смесей, что повышает эффективность системы химической защиты растений (СХЗР).
Основные требования, предъявляемые к вводимому иону: метка не должна «маскироваться» компонентами смеси, не должна наносить ущерба окружающей среде, должна без осложнений выявляться фотометрически на фоне пестицидной и/или гербицидной композиции, и не должна мешать фотометрическому определению других ионов-меток, введенных в другие компоненты баковой смеси. Поскольку точное содержание меток в исходных компонентах баковых смесей известно, то определение их соотношения в баковой смеси в полевых условиях позволяет устанавливать и контролировать количественное соотношение компонентов смеси - пестицидов и/или гербицидов.
На стадии производства в компоненты баковых смесей вводятся специальные соли ионов переходных металлов (метки) в строго оговоренных количествах, на порядок превышающих фоновый уровень. Каждому компоненту (пестицид, гербицид) соответствует своя ион-метка.
Для идентификации компонента баковых смесей (СХЗР) осуществляют гомогенизацию смеси и добавление стандартного реагента-индикатора. При этом для достижения оптической прозрачности рабочего раствора СХЗР используют органические растворители.
Использование органических растворителей обосновано поведением дисперсной системы рабочего раствора СХЗР при разбавлении. Простое разбавление водой (даже в 20-50 раз) не приводит к получению истинного раствора из исходной коллоидной системы, так как вследствие мицеллобразования раствор приобретает интенсивное Рэлеевское рассеяние и опалесцирует, ввиду чего становится оптически непрозрачным. Введение органического растворителя в рабочий раствор СХЗР позволяет снизить диэлектрическую проницаемость среды и, как следствие, разрушить мицеллы, образованные активными компонентами СХЗР и адъювантами. В результате разбавления раствор становится оптически прозрачным, что позволяет его анализировать.
В качестве органических растворителей могут быть использованы органические растворители по структуре относящиеся к разным классам соединений. Наиболее предпочтительными являются слабо полярные растворители с диэлектрической проницаемостью ε=12÷50 Ф/м, например, спирты (метанол, этанол, н-пропанол, изопропанол, этиленгликоль), кетоны (ацетон, бутанон-2), гетероциклические соединения (тетрагидрофуран, диоксан, пиридин, морфолин, метилпирролидон), диметилсульфоксид (ДМСО), N,N-диметилформамид (ДМФА), ацетонитрил.
Полученный оптически прозрачный раствор исследуют при помощи фотоколориметра или спектрофотометра. Полученный результат сопоставляется с данными градуировочного графика (приобретается в комплекте с каждым пестицидом и гербицидом). Определяется концентрация иона, с помощью которой высчитывается содержание компонента в смеси.
Способ позволяет осуществлять анализ как индивидуальных компонентов баковых смесей, так и самих баковых смесей.
В таблице представлены примеры баковых смесей (СХЗР).
Изобретение иллюстрируется следующими примерами.
Пример 1. Идентификация и определение концентрации компонентов раствора СХЗР.
2+
а). Экспресс-определение массовой доли компонента Декстер КС в растворе СХЗР по содержанию метки кобальта Со.
В мерную колбу вместимостью 100 мл помещают с помощью пипетки 20 мл анализируемого раствора СХЗР, вносят 2 мл раствора соляной кислоты (5 мас. % водный раствор), 2 мл раствора роданида калия (или аммония) (50 мас. % водный раствор), несколько капель раствора аскорбиновой кислоты (10 мас. % водный раствор) до исчезновения красной окраски и 1 мл избытком.
Далее вносят 20 мл изопропилового спирта, отмеренные цилиндром, и тщательно перемешивают содержимое колбы. Оценивают прозрачность смеси: если раствор прозрачен - доводят до метки изопропиловым спиртом; если наблюдается помутнение - доводят до метки дистиллированной водой.
max
2+
Определяют оптическую плотность раствора при длине волны λ 570-650 нм (λ=620 нм) по отношению к раствору сравнения, не содержащему кобальта Со, используя кюветы с толщиной поглощающего свет слоя 50 мм.
2+
2+
По градуировочному графику находят содержание кобальта Со (А) в анализируемом растворе (мкг). Массовую концентрацию кобальта Со в анализируемом растворе находят по формуле
где
20 - объем аликвоты раствора СХЗР, мл;
2+
А - массовое содержание иона-метки (для примера 1а - кобальта Со) в пробе, мкг.
Массовую долю компонента Декстер КС (X) в 1 л раствора СХЗР определяют по формуле
где
2+
К - коэффициент раствора СХЗР в пересчете на содержание иона-метки (мл/мкг) - для кобальта Со в Декстер КС составляет 0,1 мл/мкг;
2+
А - массовое содержание кобальта Со в пробе, мкг.
б). Экспресс-определение массовой доли компонента Агрон BP в растворе СХЗР по содержанию метки фосфат-ионов.
В полевых условиях отбирают 20 мл баковой смеси (СХЗР) и помещают их с помощью пипетки в мерную колбу вместимостью 100 мл, вносят 2 капли раствора реактива на фосфаты (ГОСТ 10671.6). Через 3 минуты добавляют 1 каплю раствора олова двухлористого в глицерине (ГОСТ 10671.6).
Далее вносят 10 мл ацетона, отмеренные цилиндром, и тщательно перемешивают содержимое колбы. Оценивают прозрачность смеси: если раствор прозрачен - доводят до метки ацетоном; если наблюдается помутнение - доводят до метки дистиллированной водой.
max
Определяют оптическую плотность раствора при длине волны λ 670-730 нм (λ=712 нм) по отношению к раствору сравнения, не содержащему фосфат-ионов , используя кюветы с толщиной поглощающего свет слоя 50 мм.
По градуировочному графику находят массовое содержание фосфат-иона  (А) в анализируемом растворе (мкг).
Массовую концентрацию фосфат-ионов  в анализируемом растворе находят по формуле (1).
Массовую долю компонента Агрон BP (X) в 1 л раствора СХЗР определяют по формуле (2)
где коэффициент раствора СХЗР (К) в пересчете на фосфат-ионы  составляет 0,075 мл/мкг;
А - массовое содержание фосфат-ионов  в пробе, мкг.
2+
в). Экспресс-определение массовой доли компонента Кари Макс Флюид в растворе СХЗР по содержанию метки никеля Ni.
В полевых условиях отбирают 20 мл баковой смеси и помещают с помощью пипетки в мерную колбу вместимостью 250 мл, вносят 2 мл раствора диметилглиоксима (1 мас. % водный раствор), 2 мл раствора аммония надсернокислого (4 мас. % водный раствор), 5 мл аммиака.
Далее вносят 140 мл этиленгликоля отмеренные цилиндром, и тщательно перемешивают содержимое колбы. Оценивают прозрачность смеси: если раствор прозрачен - доводят до метки этиленгликолем; если наблюдается помутнение - доводят до метки дистиллированной водой.
max
2+
Через 10 минут определяют оптическую плотность раствора при длине волны λ 420-470 нм (λ=445 нм) по отношению к раствору сравнения, не содержащему никеля Ni, используя кюветы с толщиной поглощающего свет слоя 50 мм.
2+
2+
По градуировочному графику находят содержание никеля Ni (А) в анализируемом растворе (мкг). Массовую концентрацию никеля Ni в анализируемом растворе находят по формуле (1).
Массовую долю компонента Кари Макс Флюид (X) в 1 л раствора СХЗР определяют по формуле (2)
2+
где коэффициент раствора СХЗР (К) в пересчете на никель Ni составляет 0,1 мл/мкг;
2+
А - массовое содержание никеля Ni в пробе, мкг.
3+
г). Экспресс-определение массовой доли компонента Бифор 22 К7 в растворе СХЗР по содержанию метки железа Fe.
В полевых условиях отбирают 20 мл баковой смеси и помещают в мерную колбу вместимостью 250 мл, вносят 2 мл раствора соляной кислоты (5 мас. % водный раствор), 2 мл раствора роданида калия (или аммония) (50 мас. % водный раствор).
Далее вносят 100 мл тетрагидрофурана, отмеренные цилиндром, и тщательно перемешивают содержимое колбы. Оценивают прозрачность смеси: если раствор прозрачен - доводят до метки тетрагидрофураном; если наблюдается помутнение - доводят до метки дистиллированной водой.
max
3+
Определяют оптическую плотность раствора при длине волны λ 470-540 нм (λ=495 нм) по отношению к раствору сравнения, не содержащему железа Fe, используя кюветы с толщиной поглощающего свет слоя 50 мм.
3+
3+
По градуировочному графику находят массовое содержание железа Fe (А) в анализируемом растворе (мкг). Массовую концентрацию железа Fe в анализируемом растворе находят по формуле (1).
Массовую долю компонента Бифор 22 К7 (X) в 1 л раствора СХЗР определяют по формуле (2)
3+
где коэффициент раствора СХЗР (К) в пересчете на железо Fe составляет 0,65 мл/мкг;
3+
А - массовое содержание железа Fe в пробе, мкг.
2+
д). Экспресс-определение массовой доли компонента Легион Комби в растворе СХЗР по содержанию метки меди Cu.
В полевых условиях отбирают 20 мл баковой смеси и помещают с помощью пипетки в мерную колбу вместимостью 100 мл, вносят 5 мл раствора цитрата аммония (10 мас. % водный раствор), 2 мл раствора аммиака (20 мас. % водный раствор), 5 мл купризона (0,1 мас. % спиртовой раствор).
Далее вносят 60 мл ацетонитрила, отмеренные цилиндром, и тщательно перемешивают содержимое колбы. Оценивают прозрачность смеси: если раствор прозрачен - доводят до метки ацетонитрилом; если наблюдается помутнение - доводят до метки дистиллированной водой.
max
2+
Определяют оптическую плотность раствора при длине волны λ 590-610 нм (λ=600 нм) по отношению к раствору сравнения, не содержащему меди Cu, используя кюветы с толщиной поглощающего свет слоя 50 мм.
2+
2+
По градуировочному графику находят массовое содержание меди Cu (А) в анализируемом растворе (мкг). Массовую концентрацию меди Cu в анализируемом растворе находят по формуле (1).
Массовую долю компонента Легион Комби (X) в 1 л раствора СХЗР определяют по формуле (2)
2+
где коэффициент раствора СХЗР (К) в пересчете на медь Cu составляет 0,2 мл/мкг;
2+
А - массовое содержание меди Cu в пробе, мкг.
Пример 2
3+
а). Экспресс-определение массовой доли компонента Агрон BP в растворе СХЗР по содержанию метки железа Fe.
В полевых условиях отбирают 20 мл баковой смеси и помещают в мерную колбу вместимостью 100 мл, вносят 2 мл раствора соляной кислоты (5 мас. % водный раствор), 2 мл раствора роданида калия (или аммония) (50 мас. % водный раствор).
Далее вносят 10 мл диметилсульфоксида, отмеренные цилиндром, и тщательно перемешивают содержимое колбы. Оценивают прозрачность смеси: если раствор прозрачен - доводят до метки диметилсульфоксидом; если наблюдается помутнение - доводят до метки дистиллированной водой.
max
3+
Определяют оптическую плотность раствора при длине волны λ 470-540 нм (λ=495 нм) по отношению к раствору сравнения, не содержащему железа Fe, используя кюветы с толщиной поглощающего свет слоя 50 мм.
3+
3+
По градуировочному графику находят массовое содержание железа Fe (А) в анализируемом растворе (мкг). Массовую концентрацию железа Fe в анализируемом растворе находят по формуле (1).
Массовую долю компонента Агрон BP (X) в 1 л раствора СХЗР определяют по формуле (2)
3+
где коэффициент раствора СХЗР (К) в пересчете на на железо Fe составляет 0,65 мл/мкг;
3+
А - массовое содержание железа Fe в пробе, мкг.
2+
б). Экспресс-определение массовой доли компонента Легион Комби в растворе СХЗР по содержанию метки кобальта Со.
В мерную колбу вместимостью 100 мл помещают с помощью пипетки 20 мл анализируемого раствора СХЗР, вносят 2 мл раствора соляной кислоты (5 мас. % водный раствор), 2 мл раствора роданида калия (или аммония) (50 мас. % водный раствор), несколько капель раствора аскорбиновой кислоты (10 мас. % водный раствор) до исчезновения красной окраски и 1 мл избытком.
Далее вносят 30 мл диметилфомамида, отмеренные цилиндром, и тщательно перемешивают содержимое колбы. Оценивают прозрачность смеси: если раствор прозрачен - доводят до метки диметилфомамидом; если наблюдается помутнение - доводят до метки дистиллированной водой.
max
2+
Определяют оптическую плотность раствора при длине волны λ 570-650 нм (λ=620 нм) по отношению к раствору сравнения, не содержащему кобальта Со, используя кюветы с толщиной поглощающего свет слоя 50 мм.
2+
2+
По градуировочному графику находят содержание кобальта Со (А) в анализируемом растворе (мкг). Массовую концентрацию кобальта Со в анализируемом растворе находят по формуле (1).
Массовую долю компонента Легион Комби (X) в 1 л раствора СХЗР определяют по формуле (2)
2+
где коэффициент раствора СХЗР (К) в пересчете на содержание кобальта Со составляет 0,1 мл/мкг;
2+
А - массовое содержание кобальта Со в пробе, мкг.
2+
в). Экспресс-определение массовой доли компонента Декстер КС в растворе СХЗР по содержанию метки никеля Ni.
В полевых условиях отбирают 20 мл баковой смеси и помещают с помощью пипетки в мерную колбу вместимостью 250 мл, вносят 2 мл раствора диметилглиоксима (1 мас. % водный раствор), 2 мл раствора аммония надсернокислого (4 мас. % водный раствор), 5 мл аммиака.
Далее вносят 70 мл этанола, отмеренные цилиндром, и тщательно перемешивают содержимое колбы. Оценивают прозрачность смеси: если раствор прозрачен - доводят до метки этанолом; если наблюдается помутнение - доводят до метки дистиллированной водой.
max
2+
Через 10 минут определяют оптическую плотность раствора при длине волны λ 420-470 нм (λ=445 нм) по отношению к раствору сравнения, не содержащему никеля Ni, используя кюветы с толщиной поглощающего свет слоя 50 мм.
2+
2+
По градуировочному графику находят содержание никеля Ni (А) в анализируемом растворе (мкг). Массовую концентрацию никеля Ni в анализируемом растворе находят по формуле (1).
Массовую долю компонента Декстер КС (X) в 1 л раствора СХЗР определяют по формуле (2)
2+
где коэффициент раствора СХЗР (К) в пересчете на никель Ni составляет 0,1 мл/мкг;
2+
А - массовое содержание никеля Ni в пробе, мкг.
2+
г). Экспресс-определение массовой доли компонента Бифор 22 К7 в растворе СХЗР по содержанию метки меди Cu.
В полевых условиях отбирают 20 мл баковой смеси и помещают с помощью пипетки в мерную колбу вместимостью 250 мл, вносят 5 мл раствора цитрата аммония (10 мас. % водный раствор), 2 мл раствора аммиака (20 мас. % водный раствор), 5 мл купризона (0,1 мас. % спиртовой раствор).
Далее вносят 90 мл N-метилпирролидона, отмеренные цилиндром, и тщательно перемешивают содержимое колбы. Оценивают прозрачность смеси: если раствор прозрачен - доводят до метки N-метилпирролидоном; если наблюдается помутнение - доводят до метки дистиллированной водой.
max
2+
Определяют оптическую плотность раствора при длине волны λ 590-610 нм (λ=600 нм) по отношению к раствору сравнения, не содержащему меди Cu, используя кюветы с толщиной поглощающего свет слоя 50 мм.
2+
2+
По градуировочному графику находят массовое содержание меди Cu (А) в анализируемом растворе (мкг). Массовую концентрацию меди Cu в анализируемом растворе находят по формуле (1).
Массовую долю компонента Бифор 22 К7 (X) в 1 л раствора СХЗР определяют по формуле (2)
2+
где коэффициент раствора СХЗР (К) в пересчете на медь Cu составляет 0,2 мл/мкг;
2+
А - массовое содержание меди Cu в пробе, мкг.
д). Экспресс-определение массовой доли компонента Кари Макс Флюид в растворе СХЗР по содержанию метки фосфат-ионов.
В полевых условиях отбирают 20 мл баковой смеси (СХЗР) и помещают их с помощью пипетки в мерную колбу вместимостью 100 мл, вносят 2 капли раствора реактива на фосфаты (ГОСТ 10671.6). Через 3 минуты добавляют 1 каплю раствора олова двухлористого в глицерине (ГОСТ 10671.6).
Далее вносят 20 мл бутанона-2, отмеренные цилиндром, и тщательно перемешивают содержимое колбы. Оценивают прозрачность смеси: если раствор прозрачен - доводят до метки бутаноном-2; если наблюдается помутнение - доводят до метки дистиллированной водой.
max
Определяют оптическую плотность раствора при длине волны λ 670-730 нм (λ=712 нм) по отношению к раствору сравнения, не содержащему фосфат-ионов , используя кюветы с толщиной поглощающего свет слоя 50 мм.
По градуировочному графику находят массовое содержание фосфат-иона  (А) в анализируемом растворе (мкг).
Массовую концентрацию фосфат-ионов  в анализируемом растворе находят по формуле (1).
Массовую долю компонента Кари Макс Флюид (X) в 1 л раствора СХЗР определяют по формуле (2)
где коэффициент раствора СХЗР (К) в пересчете на фосфат-ионы  составляет 0,075 мл/мкг;
А - массовое содержание фосфат-ионов  в пробе, мкг.
Таким образом, способ фотометрической идентификации и определения концентрации компонентов баковой смеси, заключающийся во введении на стадии производства в каждый компонент баковой смеси - пестицид и/или гербицид - иона-метки, в количестве, на порядок превышающем фоновый уровень содержания данного иона в компоненте баковой смеси, в отборе аликвоты смеси, введении реагента-индикатора определяемого иона, фотометрическом определении концентрации иона, последовательном разбавлении аликвоты органическим полярным растворителем с диэлектрической проницаемостью равной 12-50 Ф/м и водой в объемном отношении аликвота : растворитель : вода равном 1:0,5-11,05:0-7,55, и определении содержания компонента в баковой смеси по концентрации иона-метки, может быть использован для входного экспресс-контроля в полевых условиях содержания пестицидов/гербицидов в СХЗР в агрохимическом комплексе РФ и обеспечивает повышение точности приготовления растворов системы химической защиты растений, возможность определения контрафактной продукции, что позволяет повысить эффективность систем химической защиты растений.