СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ОБЩЕГО ФОСФОРА МЕТОДОМ КАПИЛЛЯРНОГО ЭЛЕКТРОФОРЕЗА
METHOD OF DETERMINING TOTAL PHOSPHORUS BY CAPILLARY ELECTROPHORESIS

Изобретение относится к аналитической химии фосфора, в частности к способам определения общего фосфора в сельскохозяйственном сырье и продукции переработки.
Фосфор играет исключительно важную роль в процессах обмена энергии в растительных организмах - его недостаток тормозит развитие и задерживает созревание, вызывает снижение урожая и ухудшение качества продукции. Признаки недостатка фосфора проявляются уже на начальных стадиях развития растений, когда они имеют слаборазвитую корневую систему и неспособны усваивать труднорастворимые фосфаты почвы. Однако при избытке фосфора он начинает замещать азот, чем уменьшает биологическую ценность плодов. На долю фосфора приходится до 1% сухого вещества растений и плодов.
Существующие методы определения общего фосфора условно можно разделить на две группы - классические химические и инструментальные. Причем в массовом анализе преобладают классические химические испытания. Сущность всех методов определения общего фосфора заключается в разрушении органического (минерального) вещества с последующим переводом в раствор в виде фосфат-иона и выполнением количественного анализа.
Известен способ определения общего фосфора в пробах растительного сырья с применением для окисления пробы смеси серной и хлорной кислот в течение нескольких часов при кипячении, охлаждении подготовленного образца, регулировании кислотности среды и количественного анализа с использованием фотоколориметра. Недостатки: длительность, необходимость кипячения весьма агрессивной смеси кислот, невозможность получения документального подтверждения исполнения определения [Агрохимические методы исследования почв / Под ред. А.В.Соколова. - М.: Наука, 1975. - 656 с.].
3
3
3
Наиболее близким к заявляемому способу является определение фосфат-ионов методом капиллярного электрофореза. Использованы следующие условия разделения на системе капиллярного электрофореза: водный раствор ведущего электролита - 0,05 М оксид хрома, 0,1 М диэтаноламин, 0,01 М гексадецилтриметиламмоний гидроксид (ЦТА-ОН), 0,025 М глюконата кальция; отрицательное напряжение 17 кВ, длина волны детектирования - 254 нм, эффективная длина капилляра 0,5 м, внутренний диаметр 75 мкм. Нейтральные органические соединения не мешают определению, допускается присутствие до 10 мг/дм двухосновных органических кислот и до 3 мг/дм перхлорат и формиат-ионов. Диапазон измеряемых концентраций анионов составляет 5-50 мг/дм. Необходимо кислотность анализируемой среды регулировать аммиаком либо уксусной кислотой [Методика М 01-30-2003. Методика выполнения измерения массовых концентраций хлорид-ионов, нитрит-ионов, сульфат-ионов, нитрат-ионов, фторид-ионов и фосфат-ионов в пробах природных, питьевых и очищенных сточных вод с применением системы капиллярного электрофореза «Капель». - Санкт-Петербург, 2003 г. - 34 с.].
Недостатки: небольшой линейный диапазон для определения фосфат-ионов, что будет требовать многократного разбавления пробы и повлечет искажение результатов измерений в реальных пробах и не будет обеспечивать стабильность количественных результатов. Определению мешают перхлорат-ионы. Применяемому для разделения электролиту присуща нестабильность и образование осадков, что негативно сказывается на результатах количественного анализа.
Задачей изобретения является эффективное определение общего фосфора методом капиллярного электрофореза, обеспечение экспрессных и достоверных количественных результатов при минимальных затратах на выполнение анализа.
Техническим результатом при использовании предлагаемого изобретения является экспрессность и достоверность количественного определения общего фосфора методом капиллярного электрофореза с применением доступных реактивов для проведения анализа.
3
Технический результат достигают за счет того, что способ предусматривает термическое кислотное разложение пробы растительного образца, кратное разбавление пробы до содержания общего фосфора не более 500 мг/дм, центрифугирование и выполнение анализа на системе капиллярного электрофореза в кварцевом капилляре, эффективной длиной 0,5 м, внутренним диаметром 75 мкм, отличающийся тем, что в анализе используют водный раствор ведущего электролита, содержащий 0,2% хромата калия и 0,6% уротропина при отрицательной полярности напряжения и длине волны детектирования - 254 нм.
Способ отличается тем, что с целью повышения достоверности анализа используют водный раствор ведущего электролита, состоящий из хромата калия и уротропина при отрицательной полярности напряжения.
Поставленная задача решается за счет того, что свойства ведущего электролита позволяют исключить из процесса анализа многостадийную пробоподготовку, избежать значительной кратности разбавления анализируемых проб и выполнить достоверный анализ в присутствии больших концентраций нитрат- и сульфат-ионов.
Преимущества заявляемого способа заключаются в использовании нетоксичных и доступных реактивов при осуществлении анализа на системах капиллярного электрофореза, например, серии «Капель», обеспечении объективности и достоверности анализа реальных проб, стабильности во времени состава ведущего электролита.
Использование предлагаемой совокупности существенных признаков, изложенных в формуле изобретения, позволяет достичь желаемого технического результата - объективного и экспрессного определения массового содержания общего фосфора как в градуировочных растворах, так и в пробах растительного сырья и продукции переработки. Примеры конкретного выполнения.
Пример 1
3
3
3
3
3
Пробу комбикорма массой 1,00 г помещали в стакан объемом 50 см, добавляли 10 см 30%-ной азотной кислоты, переносили в вытяжной шкаф и медленно нагревали на плитке до кипения смеси, не допуская вспенивания и разбрызгивания. Процесс кипячения вели до полного растворения пробы и прекращения активного выделения окислов азота. После этого нагрев прекращали и пробу охлаждали в естественных условиях. В данных условиях термического кислотного разложения все формы соединений фосфора в биологических объектах разрушаются и переходят под действием азотной кислоты в фосфорную кислоту (фосфат-ион). Содержимое стакана после термического кислотного разложения количественно переносят в мерную колбу объемом 25 см и доводят до метки дистиллированной водой, перемешивают, мерной пипеткой отбирают 5 см и переносят в чашку для выпаривания. Содержимое в вытяжном шкафу выпаривают до состояния влажных солей, добавляют 5 см дистиллированной воды, растворяют пробу, фильтруют, центрифугируют и переносят для анализа в систему капиллярного электрофореза. Суммарное разбавление исходной пробы составляет 25 раз, что учитывали в количественных расчетах.
Анализ осуществляли в следующих условиях. Система капиллярного электрофореза с источником питания отрицательной полярности, например, серии «Капель», оборудованная фотометрическим детектором с установленной длиной волны 254 нм, кварцевым капилляром внутренним диаметром 75 мкм, эффективной длиной 0,5 м; отрицательное напряжение на капилляре 16 кВ; рекомендуется термостатирование капилляра при +24°С; ввод пробы - пневматический - 30 мБар в течение 5 секунд; время анализа - 15 мин. Для проведения анализа используют водный раствор ведущего электролита следующего состава: 0,2% хромата калия и 0,6% уротропина. Срок хранения ведущего электролита не более трех суток.
Контролем служило определение общего фосфора в этой же пробе согласно способу-прототипу.
Пример 2
Аналогично примеру 1, кроме того, что пробоподготовке подвергали высушенные листья груши сорта Киффер.
Пример 3
3
Аналогично примеру 1, кроме того, что пробоподготовке подвергали сухое виноградное вино в количестве 1 см.
Пример 4
3
Аналогично примеру 1, кроме того, что пробоподготовке подвергали российский коньяк пятилетней выдержки в количестве 1 см.
Пример 5
Аналогично примеру 1, кроме того, что пробоподготовке подвергали яблочное пюре.
Пример 6
Аналогично примеру 1, кроме того, что пробоподготовке подвергали ядра грецкого ореха сорта Идеал.
Электрофореграмма определения общего фосфора в подготовленной пробе комбикорма показана на рисунке.
Полученные результаты, характеризующие способ определения общего фосфора, отражены в таблице.
Таблица
Результаты определения общего фосфора в исследуемых объектах, мг/кг
Пример
Предлагаемый способ
Прототип
1
3600
1850
2
440
300
3
88
70
4
6,4
18,2
5
290
210
6
370
690
Анализ полученных результатов показал, что:
в случае анализа коньяка и плодов грецкого ореха завышение результатов определения общего фосфора согласно способу-прототипу составляет 100% в сравнении с результатами предлагаемого способа. Это связано для коньяка - с низким содержанием общего фосфора, а для грецкого ореха - со значительным содержанием жиров в пробе. Заниженные результаты согласно способу-прототипу, полученные при определении общего фосфора для проб комбикорма и листьев груши, связаны с необходимостью разбавления анализируемых проб. Искажение результатов определения общего фосфора в пробах вина и яблочного пюре связано с нестабильностью состава ведущего электролита, используемого в способе-прототипе.
Предлагаемый способ практически лишен данных недостатков - для корректного анализа требуется разбавление проб в несколько раз, не сказывается влияние мешающих анионов (хлоридов, нитратов, сульфатов, перхлоратов и т.д.), водный раствор ведущего электролита стабилен во времени и не загрязняет внутреннюю поверхность капилляра. При реализации способа получены количественные результаты определения массовой концентрации общего фосфора, превосходящие по своему качеству прототип.