СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ОБЩЕГО АЗОТА МЕТОДОМ КАПИЛЛЯРНОГО ЭЛЕКТРОФОРЕЗА
METHOD OF DETERMINING TOTAL NITROGEN BY CAPILLARY ELECTROPHORESIS

Изобретение относится к аналитической химии азота, в частности к способам определения общего азота в сельскохозяйственном сырье и продукции переработки.
Азот занимает четвертое место по распространенности в биосфере после водорода, углерода и кислорода и входит в состав белков, нуклеиновых кислот, хлорофилла, ферментов, большинства витаминов и других органических азотистых соединений, которые играют важную роль в процессах обмена веществ растений. Растения синтезируют белок, усваивая содержащиеся в почве азотистые вещества, главным образом нитраты аммонийных солей, при недостатке азота у растений уменьшается содержание зеленых пигментов, бледнеют листья, замедляется рост, листья становятся более тонкими.
Определение общего азота основано на окислении органических форм, содержащих азот, и последующем их анализе в виде соединений аммония. Для анализа применяют многочисленные модификации химических методов определения азота по Кьельдалю и Дюма, азотные (CHN) анализаторы, хроматографические, спектрофотометрические и другие методы.
3
3
3
Известен способ определения нитрат-ионов и некоторых других анионов 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-OH), 0,025 М глюконат 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. При этом необходимо кислотность анализируемой среды регулировать аммиаком, либо уксусной кислотой, чтобы обеспечить условия работы электролита [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». - С-Петербург, 2003. - 34 с.].
Недостатки: данная методика не позволяет определить содержание общего азота в испытуемых образцах и пригодна лишь для определения кислотных форм производных азота, кроме того, методика обладает небольшим линейным диапазоном для определения нитрат и нитрит-ионов, что будет требовать многократного разбавления пробы и неизбежно повлечет искажение результатов измерений в реальных образцах и не будет обеспечивать стабильность количественных результатов. Следует отметить, что определению мешают перхлорат-ионы, следовательно, хлорная кислота, являющаяся одним из самых сильных окислителей, не может использоваться в процессе подготовки пробы. Применяемому для разделения составу электролита присуща нестабильность и образование осадков, что негативно сказывается на результатах количественного анализа.
-6
Наиболее близким к заявляемому способу является способ определения катионов аммония и некоторых других щелочных металлов в вине методом капиллярного электрофореза на приборе капиллярного электрофореза серии «КАПЕЛЬ», оборудованный ультрафиолетовым детектором с длиной волны лампы 254 нм и кварцевым капилляром, длиной 0,5 м до детектора, внутренним диаметром 75×10 м, с использованием электролита, состоящего из смеси растворов бензимидазола, 18-краун-эфира-6, винной кислоты [Якуба Ю.Ф. Применение капиллярного электрофореза для определения катионов в винах специальных технологий // Заводская лаборатория. Диагностика материалов. - 2006. - Т.72. - №4. - С.11-15].
Недостатки: способ не достаточно приспособлен для определения содержания общего азота в виде иона аммония: не позволяет дополнительно определять нитратные и нитритные формы азота, кроме того, состав электролита не приспособлен для анализа образцов после кислотного гидролиза, а также растворов, содержащих сложную солевую матрицу.
Задачей изобретения является эффективное определение общего азота 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 азота методом капиллярного электрофореза с применением доступных реактивов для проведения анализа и с использованием коэффициента пересчета на общий азот из различных соединений: аммоний - 0,778, нитрат-ионов - 0,226, нитрит-ионов - 0,30. Полученные после пересчета данные суммируют и таким образом получают содержание общего азота.
3
Технический результат достигают за счет того, что способ предусматривает термическое кислотное разложение пробы растительного образца, позволяющее обеспечить перевод соединений азота в ион аммония, кратное разбавление пробы до содержания аммонийного азота не более 1000 мг/дм, центрифугирование и выполнение анализа на системе капиллярного электрофореза в кварцевом капилляре, эффективной длиной 0,5 м, внутренним диаметром 75 мкм, отличается тем, что для определения аммонийного азота используют водный раствор ведущего электролита, содержащий 0,3% бензимидазол, 0,25% 18-краун-эфир-6, 0,02% сульфат натрия при положительной полярности напряжения и длине волны детектирования - 254 нм, а для определения методом капиллярного электрофореза остаточного содержания нитрат- и нитрит-ионов применяют водный раствор ведущего электролита, содержащего 0,1% хромата калия и 0,4% уротропина, 0,01% Трилона Б при отрицательной полярности напряжения и длине волны детектирования - 254 нм. Полученные после пересчета данные суммируют и таким образом получают содержание общего азота в испытуемом образце.
Способ отличается тем, что с целью повышения достоверности анализа выполняют определение аммонийного азота, используя водный раствор ведущего электролита, содержащий бензимидазол, 18-краун-эфир-6, сульфат натрия при положительной полярности напряжения и остаточных нитратных форм азота, используя водный раствор ведущего электролита, состоящий из хромата калия, уротропина, Трилона Б при отрицательной полярности напряжения.
Поставленная задача решается за счет того, что свойства ведущего электролита и комбинирование полярности напряжения позволяют исключить из процесса анализа многостадийную сложную пробоподготовку, избежать значительной кратности разбавления анализируемых проб и выполнить достоверный анализ в присутствии больших концентраций фосфат, хлорид и сульфат ионов, содержащихся в растительном сырье.
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 азота как в градуировочных растворах, так и в пробах растительного сырья и продукции переработки.
Примеры конкретного выполнения.
Пример 1
3
3
3
3
Пробу измельченной виноградной лозы сорта винограда Каберне массой 0,50 г помещали в стакан объемом 50 см, добавляли 10 см смеси 2:1 30%-ной перекиси водорода и концентрированной уксусной кислоты (надуксусную кислоту), переносили в вытяжной шкаф и медленно нагревали на плитке до кипения смеси, не допуская вспенивания и разбрызгивания. Процесс вели до прекращения разложения перекиси водорода. После этого нагрев останавливали и пробу охлаждали в естественных условиях, количественно переносили в контейнер СВЧ-минерализатора «Минотавр-1», добавляли 5 см хлорной кислоты и проводили окислительное разложение пробы в режиме под давлением, после этого охлаждали. Затем содержимое контейнера количественно переносили в мерную колбу емкостью 50 см и доводили дистиллированной водой до метки. В данных условиях разложения все формы соединений азота в биологических объектах разрушаются и переходят в аммоний. Отбирают аликвоту для анализа, при необходимости регулируют кислотность среды 0,1 н. натриевой щелочью до слабокислой (pH 4,5-5,5) и выполняют анализ. Суммарное разбавление исходной пробы составляет 100 раз, что учитывали в количественных расчетах.
Анализ осуществляли в следующих условиях. Для определения аммонийного азота: система капиллярного электрофореза с источником питания положительной 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 12 кВ; рекомендуется термостатирование капилляра при +24°C; ввод пробы - пневматический - 30 мБар в течение 5 секунд; время анализа - 5 мин. Для проведения анализа используют водный раствор ведущего электролита следующего состава: 0,3% бензимидазол, 0,25% 18-краун-эфир-6, 0,02% сульфат натрия. Срок хранения ведущего электролита не более трех суток.
Для определения нитратно-нитритного азота: 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 14 кВ; рекомендуется термостатирование капилляра при +24°C; ввод пробы - пневматический - 30 мБар в течение 5 секунд; время анализа - 15 мин. Для проведения анализа используют водный раствор ведущего электролита следующего состава: 0,1% хромата калия и 0,4% уротропина, 0,01% Трилона Б. Срок хранения ведущего электролита не более трех суток.
Контролем служило определение общего азота в этой же пробе в форме иона аммония согласно способу-прототипу.
Пример 2
Аналогично примеру 1, кроме того, что пробоподготовке подвергали высушенные измельченные листья груши сорта Киффер.
Пример 3
3
Аналогично примеру 1, кроме того, что пробоподготовке подвергали сухое виноградное вино в количестве 1 см.
Пример 4
Аналогично примеру 1, кроме того, что пробоподготовке подвергали яблочное пюре.
Пример 5
Аналогично примеру 1, кроме того, что пробоподготовке подвергали измельченные орехи фундука.
Пример 6
3
Аналогично примеру 1, кроме того, что пробоподготовке подвергали яблочный сок в количестве 1 см.
Электрофореграмма определения аммонийного азота в подготовленной пробе лозы винограда показана на рисунке 1, нитратного и нитритного азота на рисунке 2.
Полученные результаты, характеризующие способ определения общего азота отражены в таблице.
Таблица
Результаты определения общего азота в исследуемых объектах, мг/кг
Пример
Предлагаемый способ
Прототип
1
2400
1640
2
2840
5200
3
290
490
4
390
520
5
2100
3500
6
190
140
Анализ полученных результатов показал, что:
В случае анализа вина (пример №3) и фундука (пример №5) завышение результатов определения общего азота согласно способу-прототипу составляет 80% в сравнении с результатами предлагаемого способа. Это связано для вина - с низким содержанием соединений азота, а для орехов фундука - значительным содержанием жиров в пробе. Заниженные результаты согласно способу-прототипу, полученные при определении общего азота для проб листьев груши (пример №2) и пюре (пример №4), связаны с необходимостью разбавления анализируемых проб. Искажение результатов определения общего азота в пробе 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 ограниченное число раз, не сказывается влияние мешающих анионов (хлоридов, ацетатов, сульфатов, перхлоратов и других), водные растворы ведущих электролитов, используемые для анализа как в положительной, так и для отрицательной полярности, стабильны во времени и не способствуют прогрессивному загрязнению внутренней поверхности капилляра. При реализации способа получены количественные результаты определения массовой концентрации общего азота, превосходящие по своему качеству прототип.
Рисунок 1 - электрофореграмма определения аммонийного азота в подготовленной пробе лозы, пик №1 - аммоний.
Рисунок 2 - электрофореграмма определения нитратного и нитритного азота в подготовленной пробе лозы, пик №1 - нитрат-ион, №2 - нитрит-ион.