Индикаторная трубка для контроля вредных веществ с фермент- тормозящим действием

 

Изобретение относится к области экологии. Индикаторная трубка выполнена в виде цилиндрического стеклянного корпуса с проточным каналом для контролируемой среды, имеющего герметично закрытые приточный и отсасывающий концы, расположенные внутри канала, заключенным в ампулу буферным раствором для обеспечения уровня рН ферментативной реакции, ферментом, катализирующим реакцию гидролиза субстрата, субстрат-индикаторной системой, обеспечивающей хромогенный эффект, и слоем сорбента, концентрирующим контролируемое вещество. Субстрат-индикаторная система заключена в ампулу и расположена после слоя сорбента в направлении пропускания среды. Фермент иммобилизован на поверхности сорбента, который расположен в приточном конце трубки, выполнен из сорбционного материала и разделен экранирующим слоем из инертного материала на две части, одна из которых предназначена для взаимодействия с контролируемым веществом и является индикаторной, а вторая отделена от контролируемого вещества и является эталонной. Обеспечено повышение надежности и воспроизводимости процесса контроля, уменьшение длительности процесса. 1 з.п.ф-лы, 1 ил.

Изобретение относится к области экологии, в частности к санитарно-экологическому контролю окружающей среды на наличие вредных компонентов, и может быть использовано преимущественно для оперативного отбора проб и оценки концентрации вредных веществ с фермент-тормозящим действием в газообразной и жидкой среде.

Известно устройство с пассивным отбором проб для контроля окружающей среды на наличие газообразных, жидких или растворенных вредных веществ с фермент-тормозящим действием [1].

Устройство состоит из двух пространственно разделенных бумажных лент, являющихся носителями реагентов, один из которых является субстрат-индикатором, а другой ферментом. Носитель реагента может быть выполнен в виде листа с несколькими лентами с различной концентрацией фермента. В качестве фермента использована холинэстераза или псевдохолинэстераза, а в качестве субстрат-индикатора - 2,6-дихлорбензенониндофенилацетат.

Носители реагентов, в частности, ленты, приводят в контакт друг с другом на 10-300 с и после этого оценивают наличие или отсутствие цветового перехода.

Недостатками известного устройства являются: - длительность процесса контроля, связанная с пассивным способом отбора проб и использованием сухих реагентов, требующих значительной выдержки при контакте носителей реагентов с окружающей средой и друг с другом. Устройство не пригодно для оперативного контроля окружающей среды; - низкий уровень оценки концентрации вредных веществ в контролируемой среде, связанный с фиксацией лишь факта цветового перехода для носителей с различным содержанием фермента, что на практике обеспечивает лишь определение пороговых значений концентрации.

Известна индикаторная трубка для контроля воздушной среды на наличие биологически активных эфиров фосфорной кислоты, содержащая цилиндрический корпус из прозрачного материала с каналом для прокачивания контролируемой среды, имеющий герметично закрытые приточный и отсасывающий концы и расположенные внутри канала, заключенные в ампулах раствор фермента, а также водный раствор буферной среды и индикатора и расположенные за ампулами реакционный и индикаторный слои [2].

В качестве ферментного раствора используется водный раствор холинэстеразы с добавлением стабилизаторов.

Для выполнения контроля вскрывают концы индикаторной трубки, трубку отсасывающим концом подключают к насосу и осуществляют прокачивание окружающей среды через трубку с осаждением контролируемого вещества на реакционный и индикаторный слои. Затем разбивают ампулу с ферментным раствором и смачивают реакционный слой. После этого разбивают ампулу с буферно-индикаторным раствором и переносят раствор на реакционный и индикаторный слои. На реакционном слое происходит взаимодействие контролируемого вещества с ферментом. На индикаторном слое под воздействием выступающего в качестве катализатора фермента происходит реакция гидролиза субстрата с цветовым переходом, свидетельствующим об определенном уровне концентрации контролируемого вещества.

За счет активного способа отбора проб и использования реактивов в виде растворов, трубка обеспечивает значительное ускорение процесса и пригодна для оперативного контроля окружающей среды.

Недостатком известной трубки является невозможность количественной оценки концентрации контролируемого вещества в среде, так как ферментный раствор может попадать и на индикаторный слой и субстрат является не только катализатором цветовой реакции, но и служит для преодоления фермент-тормозящего действия контролируемого вещества. Поэтому индикаторный слой не может служить в качестве эталона для оценки концентрации вещества по времени цветового перехода и пригоден лишь для определения ее порогового значения.

Известна наиболее близкая к заявляемому техническому решению, выбранная в качестве ближайшего аналога индикаторная трубка для контроля вредных веществ с фермент-тормозящим действием, в частности для контроля окружающей среды на наличие эфиров фосфорной кислоты [3].

Трубка содержит цилиндрический корпус из прозрачного материала с каналом для прокачивания контролируемой среды, имеющий герметично закрытые приточный и отсасывающий концы, и расположенный внутри канала со стороны приточного конца заключенный в ампулу буферный раствор, а также расположенные за ампулой ферментный, субстратный и индикаторный слои. В качестве фермента использована холинэстераза.

Для выполнения контроля вскрывают концы индикаторной трубки, трубку отсасывающим концом подключают к насосу. После 10-ходовой прокачки среды разрушают ампулу с буферным раствором и путем легкого встряхивания раствор наносят на ферментный слой. При этом следующий субстратный слой не должен увлажняться. После минутной выдержки раствор с помощью насоса осторожно протягивают до маркировочной отметки перед индикаторным слоем. После минутной выдержки раствор с помощью насоса протягивают на индикаторный слой.

За счет предварительного прокачивания среды осуществляется концентрация контролируемого вещества в ферментном слое. В присутствии буферного раствора контролируемое вещество оказывает тормозящее действие на фермент. При дальнейшем просасывании раствора через субстратный слой происходит реакция ферментативного гидролиза субстрата. При последующем прокачивании раствора через индикаторный слой происходит реакция цветового перехода, если контролируемое вещество отсутствует или его недостаточно, и не происходит, если имеется определенный уровень концентрации контролируемого вещества.

Поэтому известная индикаторная трубка позволяет констатировать лишь наличие или отсутствие определенного порогового значения концентрации.

Недостатками известной индикаторной трубки являются: - сложность воспроизведения результата контроля, обусловленная различной концентрацией реагентов при смыве их буферным раствором и существенной зависимостью скорости ферментативной реакции от температуры; - удлинение процесса контроля и низкая надежность результата, связанные с необходимостью осторожного прокачивания реагентов на отдельных этапах из-за недопустимости смыва фермента буферным раствором с ферментного слоя на субстратный на первом этапе; - отсутствие эталонного слоя, не позволяющее количественно оценивать концентрации по времени цветового перехода и требующее дополнительного тестирования в незараженной среде с помощью второй трубки.

Задачей изобретения является повышение надежности и воспроизводимости процесса контроля, уменьшение длительности процесса и обеспечение возможности количественной оценки концентрации контролируемого вещества по времени цветового перехода.

Поставленная задача решается за счет того, что при использовании признаков известной индикаторной трубки для контроля вредных веществ с фермент-тормозящим действием, содержащей цилиндрический корпус из прозрачного материала с каналом для прокачивания контролируемой среды, имеющий герметично закрытые приточный и отсасывающий концы и расположенные внутри канала, заключенный в ампулу буферный раствор для обеспечения уровня pH ферментативной реакции, фермент, катализирующий реакцию гидролиза субстрата, субстрат-индикаторную систему, обеспечивающую хромогенный эффект, и слой сорбента, концентрирующего контролируемое вещество, в соответствии с изобретением, субстрат-индикаторная система в виде раствора заключена в ампулу и расположена после слоя сорбента в направлении прокачивания среды перед ампулой с буферным раствором, а фермент иммобилизован на поверхности сорбента, который расположен на приточном конце трубки и разделен экранирующим слоем из инертного материала на две части, одна из которых предназначена для взаимодействия с контролируемым веществом и является индикаторной, а вторая отделена от контролируемого вещества и является эталонной.

При использовании индикаторной трубки для контроля окружающей среды на наличие фосфорорганических соединений, в частности эфиров фосфорной кислоты, в качестве буферного раствора может быть использован фосфатный буфер с pH 8,6-8,8, в качестве индикатора - водный раствор ароматического бис-азокрасителя-дисульфида, в качестве субстрата - карбокситиохолин, стабилизированный диметилсульфоксидом и карбоновой кислотой, в качестве сорбента - слой крошки нейтрального стекла с иммобилизованной на его поверхности холинэстеразой, дополнительно импрегнированного микронизированным силикагелем, а в качестве экранирующего разделительного слоя - крошка фторопласта.

За счет расположенного на приточном конце трубки сорбента с иммобилизованным на его поверхности ферментом и разделения его экранирующим слоем на две части достигается получение реакционного слоя, экранированного от проникновения контролируемого вещества при его концентрировании на сорбенте при прокачивании контролируемой среды и возможность использования его в качестве эталонного слоя, на котором не наблюдается фермент-тормозящее действие контролируемого вещества, в частности эфира фосфорной кислоты, что обеспечивает возможность количественной оценки концентрации контролируемого вещества по времени реакции цветового перехода индикаторного слоя до цветовой окраски эталонного слоя.

За счет ампулированных, расположенных после слоя сорбента реагентов достигается их одинаковая концентрация при смачивании слоев, что повышает воспроизводимость и надежность результатов контроля.

Предлагаемый выбор реагентов и носителя имеет преимущество при использовании индикаторной трубки для контроля окружающей среды на наличие фосфорорганических соединений, в частности эфиров фосфорной кислоты.

Более подробно заявляемое техническое решение представлено на чертеже.

Индикаторная трубка содержит стеклянный цилиндрический корпус 1 с каналом 2 для прокачивания контролируемой среды, имеющий герметично закрытые приточный 3 и отсасывающий 4 концы и расположенные внутри канала со стороны отсасывающего конца заключенный в ампулу буферный раствор 5 в виде фосфатного буфера с pH 8,6-8,8 и заключенный в ампулу субстрат - индикаторный раствор 6, где в качестве индикатора использован водный раствор ароматического бисазокрасителя дисульфида, а в качестве субстрата - карбокситиохолин, стабилизированный диметилсульфоксидом и карбоновой кислотой. На приточной стороне 3 в канале 2 расположен сорбент, выполненный из крошки нейтрального стекла с иммобилизованным на его поверхности ферментом, в качестве которого использована холинэстераза. Сорбент с помощью экранирующего слоя 7 из крошки фторопласта разделен на индикаторный слой 8 и эталонный слой 9.

Для контроля окружающей среды на наличие эфиров фосфорной кислоты трубку вскрывают с обоих концов, отсасывающим концом 4 со стороны ампулированного буферного раствора подключают к насосу (на чертеже не показан) и прокачивают 1 литр зараженного воздуха с концентрированием контролируемого вещества на индикаторном слое сорбента 8. После этого разбивают ампулу с буферным раствором 5 и встряхиванием или кратковременным прокачиванием смачивают эталонный слой 9 и индикаторный слой 8 сорбента. После минутной выдержки разбивают ампулу с субстрат-индикаторным раствором, встряхиванием или прокачиванием смачивают эталонный и индикаторный слои и наблюдают за реакцией цветового перехода в них.

За счет экранирования части сорбента инертным разделительным слоем 7 контролируемое вещество не попадает на слой 9, и он используется в качестве эталона.

На эталонном слое происходит гидролиз субстрата и взаимодействие продукта его гидролиза с индикатором, которое вызывает цветовой переход, в частности от малинового до фиолетового.

На индикаторном слое 8, за счет фермент-тормозящего действия присутствующего там контролируемого вещества, происходит замедление реакции гидролиза субстрата. При этом скорость реакции цветового перехода, в частности ее торможение, зависит от концентрации контролируемого вещества. Поэтому по времени перехода окраски индикаторного слоя до окраски эталонного слоя оценивают концентрацию контролируемого вещества в анализируемой среде.

По сравнению с ближайшим аналогом, заявляемое техническое решение позволяет: - оценить фактическую концентрацию, а не пороговый уровень концентрации контролируемого вещества в среде; - повысить воспроизводимость процесса и надежность контроля; - сократить время контроля и стоимость анализа.

Так как не требуется разграничения смачивания по слоям, в качестве дополнительного эффекта имеет место упрощение условий эксплуатации индикаторной трубки.

Заявляемое техническое решение полностью решает задачу, стоящую перед изобретением.

Заявляемое техническое решение с характеризующими его отличительными признаками на настоящее время в Российской Федерации и за границей не известно и отвечает требованиям критерия "новизна".

Заявляемое техническое решение является оригинальным, не вытекает очевидным образом из существующего уровня техники и отвечает требованиям критерия "изобретательский уровень".

Заявляемая индикаторная трубка может изготавливаться промышленным способом в условиях серийного производства с использованием известных технических средств, сырья и материалов и отвечает требованиям критерия "промышленная применимость".

Источники информации 1. Патент ФРГ 2062710, МПК: G 01 N 21/06; G 01 N 33/16, публ. 1972.

2. Патент Германии (ГДР) 299763, МПК: G 01 N 31/22, C 12 Q 1/46, публ. 1980.

3. Drager-Rohrchen Handbuch, 1991, 8, Ausgabe, s. 155т

Формула изобретения

1. Индикаторная трубка для контроля вредных веществ с фермент-тормозящим действием, содержащая цилиндрический корпус из прозрачного материала с каналом для прокачивания контролируемой среды, имеющей герметично закрытые приточный и отсасывающий концы и расположенные внутри канала, заключенный в ампулу буферный раствор для обеспечения уровня pH ферментативной реакции, фермент, катализирующий реакцию гидролиза субстрата, субстрат-индикаторную систему, обеспечивающую хромогенный эффект, и слой сорбента, концентрирующего контролируемое вещество, отличающаяся тем, что субстрат-индикаторная система в виде раствора заключена в ампулу и расположена после слоя сорбента в направлении прокачивания среды перед ампулой с буферным раствором, а фермент иммобилизован на поверхности сорбента, расположенного в приточном конце трубки и разделенного экранирующим слоем из инертного материала на две части, одна из которых предназначена для взаимодействия с контролируемым веществом и является индикаторной, а вторая отделена от контролируемого вещества и является эталонной.

2. Индикаторная трубка по п.1, отличающаяся тем, что для контроля окружающей среды на наличие фосфорорганических соединений, в частности эфиров фосфорной кислоты, в качестве буферного раствора использован фосфатный буфер с pH 8,6 - 8,8, в качестве индикатора - водный раствор ароматического бисазокрасителя-дисульфида, в качестве субстрата - карбокситиохолин, стабилизированный диметилсульфоксидом и карбоновой кислотой, в качестве сорбента - слой крошки нейтрального стекла с иммобилизованной на его поверхности холинэстеразой, дополнительно импрегнированного микронизированным силикагелем, а в качестве экранирующего разделительного слоя - крошка фторопласта.

РИСУНКИ

Рисунок 1