СПОСОБ АМПЕРОМЕТРИЧЕСКОГО ОПРЕДЕЛЕНИЯ МОЛОЧНОЙ КИСЛОТЫ НА ПЛАТИНОВОМ ЭЛЕКТРОДЕ
AMPEROMETRIC DETECTION OF LACTIC ACID ON PLATINUM ELECTRODE

Изобретение относится к электрохимическим методам анализа, а именно к амперометрическому способу определения молочной кислоты на платиновом электроде, и может найти применение в любой химической лаборатории и на предприятиях пищевой промышленности, в ветеринарии и медицине.
Молочная кислота - одна из простейших гидроксикарбоновых одноосновных кислот, являющаяся конечным продуктом тканевого обмена практически всех живых организмов, а также натуральным или искусственным компонентом многих пищевых продуктов. Молочная кислота относится к числу наиболее важных для анализа веществ и ее содержание в биологических жидкостях дает представление о здоровье человека, является маркером ряда заболеваний. Молочная кислота является очень ценным продуктом народного хозяйства. В пищевой промышленности она широко используется как консервант и антиоксидант; находит применение в сельском хозяйстве, в ветеринарии и т.д. (Волков А.И., Жарский И.М. Большой химический справочник - Мн.: Современная школа, 2005. - 608 с.).
3
Известен способ определения гидроксикарбоновых кислот методом капиллярного электрофореза. Сущность метода основана на разбавлении пробы и определении массовых концентраций анализируемых компонентов методом капиллярного электрофореза с косвенным детектированием при длине волны 254 нм. Область определяемых содержаний молочной, яблочной, лимонной и винной кислот в продуктах питания на уровне до 10 мг/дм. Недостатком способа является большая стоимость оборудования и расходных материалов, а также сложность выполнения единичного анализа (Голубенко A.M. Определение гидроксикарбоновых кислот в продуктах питания методом капиллярного электрофореза // Ж. анал. химии. - 2012. - Т. 67; №9. - С. 866).
Известен способ хроматографического определения молочной кислоты. Способ предусматривает разделение на сульфокатионообменнике на основе сверхсшитого полистирола со степенью сшивки >100% с последующим спектрофотометрическим детектированием. В качестве элюента используют 5-20 мМ серную кислоту с добавлением 1-10 об. % ацетонитрила и разделение ведут при температуре 50-70°С (Патент РФ 2190214 от 27.09.2002).
2
4
Наиболее близким способом количественного определения молочной кислоты является метод вольтамперометрии на стеклоуглеродном электроде. Сущность способа основана на переводе молочной кислоты из пробы в раствор и вольтамперометрическом определении с использованием индикаторного стеклоуглеродного электрода в трехэлектродной системе. Накопление молочной кислоты в перемешиваемом растворе проводят при барботировании инертным газом в течение 30 с при потенциале электролиза 1,2÷1,4 В, в присутствии вспомогательного электрода относительно насыщенного хлоридсеребряного электрода на фоновом электролите - 0,1 М NaHPO, с последующей регистрацией катодных пиков в дифференциальном режиме съемки вольтамперограмм при скорости развертки потенциала 30÷40 мВ/с. Концентрацию молочной кислоты определяют по высоте пика в диапазоне потенциалов 0,25÷0,40 В методом добавок аттестованных смесей (Патент РФ №2526821 от 27.08.2014).
-2
3
Недостатком способа при определении молочной кислоты является ее высокое содержание: диапазон определяемых концентраций 5,2*10 - 2,0 моль/дм.
-2
3
Задача изобретения - разработка способа и методики определения молочной кислоты в объектах ветеринарии, медицины, где ее содержание составляет менее 5*10 моль/дм методом амперометрии.
3
Поставленная задача достигается тем, что молочная кислота переводится из пробы в раствор. На платиновом электроде в фоновом электролите - 0,01 моль/дм боратный буфер с pH 9,18 получают предельный ток восстановления молочной кислоты при потенциале Е=-0,7 В. Затем при этом потенциале проводят амперометрическое титрование раствора молочной кислоты 0.01-0,1М KOH, строят кривую амперометрического титрования, находят эквивалентный объем щелочи, по полученному объему щелочи рассчитывают концентрацию молочной кислоты.
На фиг. 1 изображена поляризационная кривая молочной кислоты.
На фиг. 2 изображена кривая амперометрического титрования молочной кислоты раствором KOH.
На фиг. 3 изображена зависимость количества ммоль KOH, затраченного на титрование молочной кислоты, от количества ммоль молочной кислоты в растворе.
На фиг. 4 изображена кривая амперометрического титрования молочной кислоты раствором KOH.
На фиг. 5 изображена кривая амперометрического титрования молочной кислоты раствором KOH.
На фиг. 6 изображена кривая амперометрического титрования молочной кислоты раствором KOH.
В таблице 1 представлены результаты проверки правильности определения молочной кислоты методом амперометрического титрования (Р=0,95; n=3) (пример №1).
В таблице 2 представлены результаты проверки правильности определения молочной кислоты методом амперометрического титрования (Р=0,95; n=3) (пример №2).
В таблице 3 представлены результаты проверки правильности определения молочной кислоты методом амперометрического титрования (Р=0,95; n=3) (пример №3).
Выбраны условия, при которых молочная кислота способна восстанавливаться на платиновом электроде: фоновый электролит - боратный буфер, pH 9.18, электрод сравнения - хлоридсеребряный.
На фиг. 1 изображена поляризационная кривая 0,01323 моль/л молочной кислоты. Условия: фон - боратный буфер (рН 9,18); индикаторный электрод - платиновый. Из поляризационной кривой выбрано значение потенциала, при котором наблюдался предельный ток восстановления молочной кислоты: Е=-0,7 В.
Способ количественного определения молочной кислоты включает перевод молочной кислоты из пробы в раствор, с последующим титрованием исследуемого раствора щелочью и одновременной регистрацией предельного тока восстановления молочной кислоты, построением кривой амперометрического титрования
-4
3
н
н
На фиг. 2 показана кривая амперометрического титрования 2⋅10моль/дм молочной кислоты 0,01 М раствором KOH. Условия: фон - боратный буфер (pH 9,18); индикаторный электрод - платиновый. Из кривой находят объем щелочи в точке эквивалентности, затраченный на титрование молочной кислоты. По закону эквивалентности: CV (молочной кислоты) = СV(КОН), рассчитывают концентрацию молочной кислоты в растворе. По формуле: , определяют массу молочной кислоты в ячейке.
-5
-1
3
На фиг. 3 изображена зависимость количества ммоль КОН, затраченного на титрование молочной кислоты, от количества ммоль молочной кислоты в растворе. Условия: фон - боратный буфер (рН 9,18); индикаторный электрод - платиновый. Зависимость количества щелочи (ммоль), затраченное на титрование молочной кислоты и найденное из кривой титрования, прямо пропорциональна ее содержанию в растворе в диапазоне концентраций 3,0⋅10-1⋅10 моль/дм, следовательно, в этом интервале концентраций возможно определение молочной кислоты разработанным способом.
Изучено влияние уксусной кислоты (часто присутствует совместно с молочной кислотой) на определение молочной кислоты и установлено, что уксусная кислота не влияет на определение молочной кислоты в соотношении 1:1.
Измерения проводят на компьютеризованных вольтамперометрических анализаторах СТА и СТА - элемент (ООО «ИТМ», г. Томск).
Пример 1. Определение концентрации молочной кислоты на платиновом электроде методом амперометрического титрования в модельном растворе (С=1,1323 моль/л).
KOH
Отмеряют 50 мл фонового электролита (боратный буфер (pH 9,18)), проводят очистку электрода концентрированной азотной кислотой, погружают очищенный электрод в стаканчик с электролитом и магнитной мешалкой. Добавляют к фоновому электролиту (объем 50 мл) 1 мл анализируемого модельного раствора молочной кислоты. При потенциале Е=-0,7 В проводят титрование, добавляя к полученному раствору по 0,2 мл 0,1н. KOH, измеряют величину предельного тока восстановления молочной кислоты. Строят кривую амперометрического титрования в координатах:  (Фиг. 4). Из кривой амперометрического титрования находят объем щелочи в точке эквивалентности (V=1,13 мл), затраченный на титрование молочной кислоты, и по закону эквивалентности рассчитывают концентрацию молочной кислоты в растворе: .
Определяют массу молочной кислоты в растворе по формуле: .
Правильность методики проверяют методом «введено - найдено». Погрешность не превышает 10-15%. Результаты приведены в таблице №1.
Пример 2. Определение концентрации молочной кислоты на платиновом электроде методом амперометрического титрования в ветеринарной 40%-ной молочной кислоте.
KOH
Отмеряют 50 мл фонового электролита (боратный буфер (рН 9,18)), проводят очистку электрода концентрированной азотной кислотой, погружают очищенный электрод в стаканчик с электролитом и магнитной мешалкой. В мерную колбу вместимостью 100 мл добавляют 1 мл 40%-ной молочной кислоты, разбавляют водой до метки, тщательно перемешивают. Добавляют к фоновому электролиту (объем 50 мл) 1 мл приготовленного разбавленного раствора молочной кислоты. При потенциале Е=-0,7 В проводят титрование, добавляя к полученному раствору по 0,2 мл 0,01н. KOH, измеряют величину предельного тока восстановления молочной кислоты. Строят кривую амперометрического титрования в координатах:  (Фиг. 5). Из кривой амперометрического титрования находят объем щелочи в точке эквивалентности (V= 4,45 мл), затраченный на титрование молочной кислоты, и по закону эквивалентности рассчитывают концентрацию молочной кислоты в растворе: . Определяют массу молочной кислоты в растворе по формуле: .
Правильность методики проверяют методом «введено - найдено». Погрешность не превышает 10-15%. Результаты приведены в таблице №2.
Пример 3. Определение концентрации молочной кислоты на платиновом электроде методом амперометрического титрования в ветеринарной 80%-ной молочной кислоте.
KOH
Отмеряют 50 мл фонового электролита (боратный буфер (рН 9,18)), проводят очистку электрода концентрированной азотной кислотой, погружают очищенный электрод в стаканчик с электролитом и магнитной мешалкой. В мерную колбу вместимостью 100 мл добавляют 0,5 мл 80%-ной молочной кислоты, разбавляют водой до метки, тщательно перемешивают. Добавляют к фоновому электролиту (объем 50 мл) 0,5 мл приготовленного разбавленного раствора молочной кислоты. При потенциале Е=-0,7 В проводят титрование, добавляя к полученному раствору по 0,2 мл 0,01н. KOH, измеряют величину предельного тока восстановления молочной кислоты. Строят кривую амперометрического титрования в координатах:  (Фиг. 6). Из кривой амперометрического титрования находят объем щелочи в точке эквивалентности (V=2,9 мл), затраченный на титрование молочной кислоты, и по закону эквивалентности рассчитывают концентрацию молочной кислоты в растворе: . Определяют массу молочной кислоты в растворе по формуле: .
Правильность методики проверяют методом «введено - найдено». Погрешность не превышает 10-15%. Результаты приведены в таблице №3.
-5
-1
3
Предлагаемый способ амперометрического определения молочной кислоты на платиновом электроде позволяет определять молочную кислоту в диапазоне концентраций 3,0⋅10-1⋅10 моль/дм, что на два-три порядка ниже, чем вольтамперометрический метод анализа, и разработать методику ее количественного определения в различных объектах, в том числе препаратах ветеринарии, медицины. Предложенный способ прост, не требует большого количества реактивов и трудозатрат, может быть применен в любой химической лаборатории и на предприятиях пищевой промышленности, в ветеринарии и медицине.