СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ХИМИЧЕСКОГО СОСТАВА ЖИДКОСТЕЙ МЕТОДОМ СПЕКТРОФОТОМЕТРИРОВАНИЯ НА ПРОТОЧНЫХ И ПРОТОЧНО-ДИСКРЕТНЫХ АВТОАНАЛИЗАТОРАХ
METHOD OF DETERMINING CHEMICAL COMPOSITION OF LIQUIDS VIA SPECTROPHOTOMETRY ON FLOW AND FLOW-DISCRETE AUTOANALYSERS

Область применения изобретения относится к химическим методам анализа жидкостей с использованием автоанализаторов проточного или проточно-дискретного типа и измерением светопоглощения или светоизлучения в выбранных областях спектра анализируемых проб.
Изобретение может эффективно использоваться в аналитических лабораториях, проводящих массовые анализы химического состава почв, кормов и пищевого сырья и использующих автоанализаторы проточного или проточно-дискретного типов (лаборатории агрохимслужбы, санэпидемслужбы, службы экологии, лаборатории проектно-изыскательских служб, учебных и исследовательских учреждений и других ведомств).
Известны способы определения химического состава жидких сред на автоанализаторах проточного и проточно-дискретного типов, основанные на том, что в систему эластичных трубок с помощью перистальтического насоса по отдельным каналам непрерывно подаются, с выбранной для каждого канала производительностью, дистиллированная вода (основной носитель потока), реактивы, анализируемая проба и воздух (Методические указания по определению азота нитратов и нитритов в почвах, природных водах, кормах и растениях. Изд. ЦИНАО. Москва. - 1984; Методические указания по определению аммонизирующей способности почв. Изд. ЦИНАО. Москва. - 1990).
Для подготовки к измерениям химического состава отобранная проба анализируемой жидкости смешивается с реактивами в специальных смесителях гидравлической системы автоанализатора. Дистиллированная вода и пузырьки воздуха в гидравлической системе автоанализатора необходимы для того, чтобы отделить отобранные пробы друг от друга. При этом пузырьки воздуха специально подаются в гидравлическую систему по отдельному каналу, а также попадают в нее во время нахождения заборной иглы в воздухе в момент переноса ее из промывочной склянки в кассету с пробами и обратно.
Перед поступлением отобранной и окрашенной пробы в проточную кювету спектрофотометра автоанализатора пузырьки воздуха должны быть удалены из гидравлического канала с помощью специальной конструкции пузырькоотделителя. В противном случае они будут перекрывать световой поток в кювете, и искажать результаты определения химического состава пробы.
Точность измерения химического состава анализируемой пробы с использованием указанного оборудования зависит от степени промывки дистиллированной водой гидравлического канала после ввода в него текущей пробы перед отбором следующей.
В ряде случаев при большой разнице в концентрации определяемого показателя в следующих друг за другом пробах время промывки может быть значительным. Это приводит к снижению производительности аналитических работ в лабораториях, выполняющих массовые анализы. Кроме этого, если анализируемые жидкие пробы имеют плотность, сильно отличающуюся от основного носителя гидравлического потока (дистиллированная вода) или они вступают с ним в химическую реакцию, то на границах пробы и носителя возникают сильные турбулентные потоки, что приводит к невозможности проведения химического анализа. Например, при анализе гумуса в почве, с использованием указанных автоанализаторов, анализируемая проба содержит серную кислоту, которая при соприкосновении с дистиллированной водой начинает нагреваться, что вызывает описанный эффект и невозможность проводить определение этого показателя.
Предложенное изобретение устраняет изложенные выше недостатки.
Предложенный способ включает автоматический ввод анализируемых проб с помощью автомата подачи проб и перистальтического насоса в многоканальную гидравлическую систему, нагревание гидравлического потока в термостатирующем устройстве в колориметрическом канале и непрерывное измерение оптической плотности гидравлического потока, проходящего через проточную кювету спектрофотометра (колориметра) или непрерывное измерение эмиссии пламени в горелке пламенного фотометра в определенной области спектра и регистрации регистрограмм с помощью компьютерной системы и программных средств. Суть изобретения заключается в том, что из гидравлической системы убирают каналы подачи воздуха и промывочной жидкости, а попадающие в гидравлическую систему пузырьки воздуха при манипуляции канюли автомата подачи проб не удаляют перед поступлением гидравлического потока в кювету колориметра или в горелку пламенного фотометра, а пропускают через кювету колориметра или горелку пламенного фотометра и измерение оптической плотности или интенсивности излучения производят на отрезке гидравлического потока между пузырьками воздуха. Функциональная схема определения фосфора и калия на автоанализаторе проточного типа по предложенному изобретению показана на фиг.1.
В гидравлической системе определения фосфора оставляют канал 7 подачи пробы и канал 9 подачи окрашивающего реактива 1. В гидравлической системе определения калия оставляют канал 8 подачи пробы и канал 10 дистиллированной воды 3 для разбавления пробы.
Автоматический ввод анализируемых проб в многоканальную гидравлическую систему автоанализатора производят с помощью автомата подачи 2 проб и перистальтического насоса 4. Разделение гидравлического потока в канале 5 отбора жидкой пробы происходит в разделителе 6 на два канала: канал 7 подачи пробы для определения фосфора и канал 8 подачи пробы для определения калия.
В гидравлической системе для определения фосфора соединение потоков канала 9 и канала 7 происходит в смесителе 11. Далее нагревание и смешивание гидравлических потоков происходит в термостатирующем устройстве 13 для быстрого развития окраски проб. После нагревания гидравлический поток охлаждается в холодильнике 15 проточной водой, поступающей по каналу 16 и сбрасываемой по каналу 17 в коллектор 20 и канализацию 21. Затем охлажденный поток поступает в проточную кювету колориметра (спектрофотометра) 18 с непрерывным измерением оптической плотности в определенной области спектра.
В гидравлической системе для определения калия соединение потоков канала 8 и канала 10 происходит в смесителе 12. Далее потоки смешиваются в спиралиевидном змеевике 14 и поступают в распылитель и горелку пламенного фотометра, где происходит непрерывное измерение эмиссии пламени в определенной области спектра.
Регистрация измерений и необходимые расчеты концентрации определяемых элементов осуществляется с помощью компьютерной системы и программных средств. На фиг.2 показана фотография разработанного авторами автоанализатора проточного типа для определения фосфора и калия в почвенных вытяжках: слева направо - емкости с реактивами; автомат подачи проб с кассетами; перистальтический насос с рабочими трубками; жидкостной термостат с гидравлической системой, спиралями и смесителями; холодильник с охлаждаемой спиралью (не виден за термостатом); пламенный фотометр с колориметром, закрепленным на боковой стенке пламенного фотометра. Компьютерная система, управляющая автоанализатором, не показана на фотографии.
В предложенном способе определения химического состава жидкостей попадание воздуха в гидравлическую систему происходит только в момент переноса заборной иглы от пробы к пробе в автоматическом пробоотборнике 2. При этом эти пузырьки воздуха не удаляются из гидравлической системы, а проходят через кювету колориметра 18 или горелку пламенного фотометра 19 (фиг.1). В этом случае моменты ввода пробы в кювету и выхода из нее в колориметрическом канале определяют на мониторе компьютера резкими увеличениями оптической плотности II (фиг.3) из-за пузырьков воздуха, которые попадают в заборную иглу и далее в кювету колориметра при переносе заборной иглы от пробы к пробе.
На фиг.3 показано изображение регистрограммы определения гумуса в почве на проточно-дискретном анализаторе, работающем на предложенном способе определения химического состава жидких проб. Острые пики II определяют момент прохождения пузырьков воздуха через кювету колориметра. Между пиками маркеры в виде кружка I показывают момент измерения содержания гумуса в почве. Измерение оптической плотности производят в момент между входом пузырьков воздуха в кювету и выходом из нее.
Предлагаемый способ обеспечивает промывку проточной кюветы от предыдущей пробы не дистиллированной водой, а самой анализируемой пробой и пузырьком воздуха, проходящим через кювету и работающим как поршень. В этом случае резко уменьшается влияние предыдущей пробы на последующую, что приводит к повышению точности измерений и повышению производительности аналитических работ.
В пламенно-фотометрическом канале моменты ввода пробы в горелку прибора и выхода из нее определяют резкими уменьшениями величины сигналов, между которыми производят измерение концентрации определяемого элемента с тем же эффектом.
В предлагаемом изобретении могут быть использованы два режима измерений:
1) с непрерывной работой перистальтического насоса для колориметрического и пламенно-фотометрического каналов в проточном автоанализаторе,
2) с остановкой перистальтического насоса только для колориметрических измерениий в момент нахождения пробы в кювете колориметра в проточно-дискретном анализаторе
При использовании предлагаемого изобретения время измерения концентраций определяемых элементов сокращается в два раза и увеличивается точность определения анализируемого показателя.