ПОТЕНЦИОМЕТРИЧЕСКИЙ ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЙ КОМПЛЕКС ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ОРГАНИЧЕСКИХ ЭЛЕКТРОЛИТОВ В ВОДНЫХ РАСТВОРАХ, СОДЕРЖАЩИХ ХЛОРИДЫ КАЛИЯ И НАТРИЯ

Изобретение относится к области потенциометрических и хемометрических методов анализа. Оно может быть использовано для количественного контроля органических электролитов (аминокислот, витаминов, лекарственных веществ) в сырье, продуктах и отходах пищевой и фармацевтической промышленности, а также для непрерывного контроля органических электролитов на всех стадиях их получения, разделения и очистки.
Известна потенциометрическая сенсорная система для определения аминокислоты(лизина) в продуктах питания, включающая набор ионселективных электродов и биологический сенсор, организованный на основе аммиак-селективного электрода. Определение лизина основано на детектировании аммиака, выделяющегося при взаимодействии лизина с лизин-оксидазой, иммобилизированной на мембрану аммиак-селективного электрода (Garsia-Villar N., Saurina J., Hemandez-Cassou S. // Fresenius' journal of analytical chemistry. 2001. Volume 371. №7. P.1001-1008).
Недостатком известной сенсорной системы является малое время жизни активного слоя биосенсора не превышающее 4 недель, которое требует регенерации активного фермента после измерения, снижает срок эксплуатации сенсора и стабильность анализа, делает сенсор непригодным для использования в длительных непрерывных процессах. Кроме того, ошибка определения лизина с помощью известной сенсорной системы достигает 30%.
Заявляемое изобретение предназначено для количественного определения органических электролитов (аминокислот, витаминов, лекарственных веществ) в водных растворах, содержащих хлориды калия и натрия.
Технический результат: расширение объектов анализа, увеличение чувствительности и стабильности анализа, упрощение эксплуатации и автоматизация анализа, увеличение точности определения.
Технический результат достигается тем, что потенциометрический измерительный комплекс для определения органических электролитов в водных растворах, содержащим хлориды калия и натрия, включает блок управления, многоканальный вольтметр, хлоридсеребряный электрод сравнения, калийселективный электрод, натрийселективный электрод и сенсор, состоящий 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 ее конец размещен в первом корпусе, а другой выступает за пределы второго корпуса, причем электроды и сенсор подключены через вольтметр к блоку управления.
Для разработки измерительного комплекса использовались перфторированные сульфокатионитовые полимерные (ПСП) трубки, стержни, мембраны (изготовленные ОАО «Пластполимер», г.Санкт-Петербург, Россия) в калиевой и водородной формах. Использование ПСП в калиевой и водородной формах для детектирования органических и неорганических электролитов в водных растворах основано на реакции ионного обмена (1), (2) и протолитических реакциях (3).
На фиг.1 представлена схема измерительного комплекса для детектирования органических электролитов в водных растворах, содержащих хлориды калия и натрия; на фиг.2 - коэффициенты калибровочных уравнений для детектирования лизина; на фиг.3 - теоретические и определенные значения концентраций ионов лизина, калия и натрия для некоторых исследуемых растворов; на фиг.4 - коэффициенты калибровочных уравнений для детектирования новокаина; на фиг.5 - теоретические и определенные значения концентраций ионов новокаина, калия и натрия для некоторых исследуемых растворов;.
3
Конструкция измерительного комплекса включает сенсор 1, организованный на основе ПСП в соответствующей ионной форме (калиевой/водородной), калийселективный электрод 2, натрийселективный электрод 3, хлоридсеребряный электрод сравнения 4, закрепленные в штативе 5, многоканальный вольтметр 6, блок управления 7. Конструкция сенсора 1 включает два пластиковых корпуса 8 и 9 объемом соответственно 5 и 0,5 см, заполненных 0,1 М соответствующим раствором (KCl/HCI). Корпусы 8, 9 соединяются через резиновую пробку 10 и герметично закрываются резиновыми пробками 11, 12. Внутренний электрод сравнения 13 (серебряная проволока, покрытая хлоридом серебра), закреплен в корпусе 8. ПСП 14 (трубка, стержень, мембрана) длиной 6-8 см, закрепленный в пробках 10, 12 одним концом 15 находится внутри корпуса 8, основная его часть находится внутри корпуса 9, второй конец 16 ПСП выступает за пределы корпуса 9. При длительном хранении конец 16 ПСП закрывается защитным колпачком 17. Между измерениями сенсор 1 следует хранить в 0,1 М соответствующем растворе (KCl/HCI).
Работа измерительного комплекса реализуется следующим образом. В корпусе 8 (сенсор 1) соответствующий 0,1 М раствор (KCl/HCI) заменяется 1 М раствором (KCl/HCI). Из корпуса 9 (сенсор 1) соответствующий 0,1 М раствор (KCl/HCI) удаляется. Сенсор 1, калийселективный электрод 2, натрийселективный электрод 3, хлоридсеребряный электрод сравнения 4 погружаются в анализируемый раствор. Потенциалы сенсоров 1, 2, 3 измеряют относительно электрода сравнения 4 с помощью высокоомного многоканального электронного вольтметра 5. Значения потенциалов фиксируется через 2-5 минут, автоматически выводятся на блок управления (персональный компьютер), обрабатываются с помощью программного обеспечения, значения концентраций определяемых компонентов исследуемых растворов выводятся на экране.
ПРИМЕР 1
-4
-2
Для вывода уравнений многомерной калибровки были получены значения откликов сенсора, организованного на основе ПСП в калиевой форме, калийселективного и натрийселективного электродов, измеренных относительно хлоридсеребряного электрода сравнения в смешанных водных растворах моногидрохлорида лизина, хлорида калия и хлорида натрия. Индивидуальные концентрации компонентов в исследуемых растворах варьировались от 10 до 10 М.
На основании полученных данных с помощью методов многомерного регрессионного анализа подобрана оптимальная система уравнений для расчета концентраций компонентов в смешанных водных растворах моногидрохлорида лизина, хлорида калия и хлорида натрия:
Коэффициенты калибровочных уравнений (2)-(4) представлены на фиг.2.
На фиг.3 представлены теоретические и определенные с помощью системы уравнений (2)-(4) значения концентраций ионов лизина, калия и натрия для некоторых исследуемых растворов. Относительная ошибка определения не превышала 6,5%.
Пример 2
Для вывода уравнений многомерной калибровки были получены значения откликов сенсора, организованного на основе ПСП в водородной форме, калийселективного и натрийселективного электродов, измеренных относительно хлоридсеребряного электрода сравнения в смешанных водных растворах гидрохлорида новокаина, хлорида калия и хлорида натрия.
-4
-2
Индивидуальные концентрации компонентов в исследуемых растворах варьировались от 10 до 10 М.
На основании полученных данных с помощью методов многомерного регрессионного анализа подобрана оптимальная система уравнений для расчета концентраций компонентов в смешанных водных растворах новокаина, хлорида калия и хлорида натрия:
Коэффициенты калибровочных уравнений (7)-(9) представлены на фиг.4.
На фиг.5 представлены теоретические и определенные с помощью системы уравнений (7)-(9) значения концентраций ионов новокаина, калия и натрия для некоторых исследуемых растворов. Относительная ошибка определения не превышала 9%.