Способ определения общего фосфора методом капиллярного электрофореза

Способ определения общего фосфора методом капиллярного электрофореза

Реферат

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.].

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/дм³ двухосновных органических кислот и до 3 мг/дм³ перхлорат и формиат-ионов. Диапазон измеряемых концентраций анионов составляет 5-50 мг/дм³. 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.

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/дм³, 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

Пробу комбикорма массой 1,00 г помещали в стакан объемом 50 см³, добавляли 10 см³ 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 см³ и доводят до метки дистиллированной водой, перемешивают, мерной пипеткой отбирают 5 см³ и переносят в чашку для выпаривания. Содержимое в вытяжном шкафу выпаривают до состояния влажных солей, добавляют 5 см³ 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

Аналогично примеру 1, кроме того, что пробоподготовке подвергали сухое виноградное вино в количестве 1 см³.

Пример 4

Аналогично примеру 1, кроме того, что пробоподготовке подвергали российский коньяк пятилетней выдержки в количестве 1 см³.

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.

Способ определения общего фосфора, характеризующийся тем, что предусматривает термическое кислотное разложение пробы растительного образца, кратное разбавление пробы до содержания общего фосфора не более 500 мг/дм³, центрифугирование и выполнение анализа на системе капиллярного электрофореза в кварцевом капилляре, эффективной длиной 0,5 м, внутренним диаметром 75 мкм, отличающийся тем, что для проведения анализа используют водный раствор ведущего электролита, содержащий 0,2% хромата калия и 0,6% уротропина при отрицательной полярности напряжения и длине волны детектирования - 254 нм.