Способ определения глицина в водных растворах

Изобретение относится к аналитической химии и может быть использовано в химической, микробиологической, пищевой промышленности, а также на предприятиях агропромышленного комплекса. В способе определения глицина в водных растворах, включающем ввод анализируемой пробы в ячейку детектирования и регистрацию аналитического сигнала, в качестве ячейки детектирования используют пьезорезонансный сенсор, регистрацию аналитического сигнала осуществляют при элюировании анализируемой пробы, содержащей глицин в диапазоне концентраций 1·10^-5-1·10^-1 моль/дм³, при температуре 20±2°С и скорости элюента 30 см³/мин, в качестве элюента применяют смесь этилового спирта с водой в соотношении 1:1, измеряют резонансную частоту сенсора и вычисляют относительный сдвиг частоты по разнице частот колебаний сенсора в элюенте и после анализа, концентрацию глицина оценивают на основании градуировочного графика зависимости относительного сдвига частоты от концентрации глицина. Технический результат заключается в упрощении аппаратурного оформления анализа, уменьшении расхода реактивов для анализа и повышении экспрессности определений. 2 табл.

 

Изобретение относится к аналитической химии и может быть использовано в химической, микробиологической, пищевой промышленности, а также на предприятиях агропромышленного комплекса.

Известен способ определения лизина в водных растворах с применением анионита АВ-17-8 с активными группами [N(CH₃)₃]⁺. В этом способе определение лизина проводят при рН 11,5 (при этом значении рН лизин существует в виде аниона в растворе) [В.Д.Копылова, А.Н.Амелин, Ю.С.Перегудов и др. Взаимодействие полиэлектролитов с аминокислотами // Сорбционные и хроматографические процессы. - 2005. - Т.5, Вып.2. - С.260-264].

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому эффекту является способ определения глицина в водных растворах методом капиллярного электрофореза [В.Ф.Селеменев, А.В.Калач, Н.Ю.Страшилина. Исследование аминокислотного состава плодов Cornus mas и Mespilus germanica методом капиллярного электрофореза // Сорбционные и хроматографические процессы. - 2004. - Т.4, Вып.3. - С.353-358]. В данном способе для определения аминокислот (в том числе и глицина) используют метод капиллярного электрофореза. Предварительно на пробу, содержащую аминокислоты, действуют раствором Na₂CO₃ и фенилизоцианата (ФТК) для дериватизации. Затем полученную смесь выпаривают при температуре 30-35°С, а сухой остаток растворяют в 500 мм³ дистиллированной воды. Полученные таким образом ФТК-производные аминокислот помещают в пробирку типа «Eppen-dorf», центрифугируют (n=6000 об/мин) и помещают во входной карусели автосемплера прибора «Капель-105». В качестве электролита применяют фосфатный буферный раствор (рН 9,13), ввод пробы осуществляют при давлении Р=30 мбар, длина волны λ=254 нм, температура анализа 30°С. В этих условиях продолжительность анализа составляет 15-20 мин. Таким способом возможно определение следующих аминокислот: глицин, серин, триптофан, пролин, валин, метионин, лейцин, изолейцин, гистидин, фенилаланин, тирозин, лизин, аргинин.

Недостатком прототипа является сложное аппаратурное оформление анализа, недостаточная экспрессность и значительный расход реагентов для определения глицина в водных растворах.

Технической задачей изобретения является упрощение аппаратурного оформления анализа, уменьшение расхода реактивов, а также повышение экспрессности определения глицина в водных растворах.

Поставленная задача достигается тем, что в способе определения глицина в водных растворах, включающем ввод анализируемой пробы в ячейку детектирования и регистрацию аналитического сигнала, согласно изобретению в качестве ячейки детектирования используют пьезорезонансный сенсор, регистрацию аналитического сигнала осуществляют при элюировании анализируемой пробы, содержащей глицин в диапазоне концентраций 1·10^-5-1·10^-1 моль/дм³, при температуре 20±2°С и скорости элюента 30 см³/мин, в качестве элюента применяют смесь этилового спирта с водой в соотношении 1:1, измеряют резонансную частоту сенсора и вычисляют относительный сдвиг частоты по разнице частот колебаний сенсора в элюенте и после анализа, концентрацию глицина оценивают на основании градуировочного графика зависимости относительного сдвига частоты от концентрации глицина.

Технический результат заключается в упрощении аппаратурного оформления анализа, уменьшении расхода реактивов для анализа и повышении экспрессности определений.

Способ осуществляется следующим образом.

1. Подготовка пьезосенсора к работе

При выполнении эксперимента использовали кварцевые резонаторы АТ-среза с серебряными электродами диаметром 5 мм и толщиной 0,3 мм с номинальной резонансной частотой колебаний 8-10 МГц.

Снижение рабочей частоты колебаний пьезорезонансных сенсоров рассчитывали по уравнению Зауэрбрея [Sauerbrey G.G. Messung von plattenschwingungen sehr kleiner amplitude dutch lichtstrom-modulation // Z. Phys. - 1964. - Bd.178. - S.457-471]:

,

где Δm - масса модификатора, г; f₀ - резонансная частота пьезосенсора, МГц; Δf - изменение частоты резонатора, Гц; А - площадь поверхности модификатора, см².

Условия элюирования: температура анализа 20±2°С; скорость элюента 30 см³/мин; время между последовательным инжектированием пробы t=90 с.

2. Градуировка пьезорезонансного сенсора. Предварительно рассчитанную массу навески глицина (необходимую для приготовления стандартного раствора глицина с молярной концентрацией 1,0·10^-1 моль/дм³) взвешивают на аналитических весах, количественно переносят в мерную колбу вместимостью 100 см³, растворяют в дистиллированной воде и доводят до метки. Таким образом, получают стандартный раствор глицина с концентрацией 1,0·10^-1 моль/дм³. Из этого стандартного раствора методом последовательного разбавления готовят серию растворов глицина с концентрациями 5,0·10^-2; 1,0·10^-2; 5,0·10^-3; 1,0·10^-3; 1,0·10^-4; 1,0·10^-5 моль/дм³.

В 6 химических стаканов пипеткой отбирают по 10,00 см³ стандартных растворов глицина. Затем поочередно (по 2 см³) каждый раствор шприцем инжектируют и элюируют. В качестве элюента применяют смесь этилового спирта с водой в соотношении 1:1. Перед началом измерений следует измерить сигнал пьезорезонансного сенсора в элюенте Δf₂.

Для фиксирования откликов сенсора после введения каждой пробы измеряют резонансную частоту сенсора и вычисляют относительный сдвиг частоты Δf_a по уравнению:

Δf_a=Δf₁-Δf₂,

где Δf₁ и Δf₂ - частоты колебаний сенсора до и после анализа, Гц.

Измерения выполняют, переходя от разбавленных растворов к более концентрированным. По полученным результатам строят градуировочный график, откладывая по оси ординат Δf_a, Гц, по оси абсцисс - соответствующие значения концентраций глицина.

Порядок проведения определений. После установления стабильного нулевого сигнала пьезорезонансного сенсора в канал с элюентом шприцем вводят анализируемый раствор объем пробы 1,0-2,0 см³.

Получают зависимость Δf_a=f(t), которая описывает зависимость аналитического сигнала пьезорезонансного сенсора от времени.

Относительное содержание (массовую долю) аминокислоты в пробе находят по градуировочному графику.

Примеры осуществления способа

Пример 1. После помещения пьезорезонансного сенсора в ячейку детектирования и установления стабильного нулевого сигнала в канал с элюентом шприцем вводят анализируемый раствор (объем пробы 0,5 см³), содержащий глицин в концентрации 5,0·10^-6 моль/дм³. Получают зависимость Δf_a=f(t), которая описывает зависимость аналитического сигнала пьезорезонансного сенсора от времени. Способ неосуществим, так как сигнал сенсора находится на уровне шумов и проведение анализа невозможно. Результаты определений приведены в табл.1.

Пример 2. Подготовку сенсора проводили по аналогии с примером 1. Концентрация глицина в пробе 1,0·10^-5 моль/дм³; объем пробы 1,0 см³. Способ осуществим. Результаты определения приведены в табл.1.

Пример 3. Подготовку сенсора проводили по аналогии с примером 1. Концентрация глицина в пробе 1,0·10^-5 моль/дм³; объем пробы 2,0 см³. Способ осуществим. Результаты определения приведены в табл.1.

Пример 4. Подготовку сенсора проводили по аналогии с примером 1. Концентрация глицина в пробе 5,0·10^-5 моль/дм³; объем пробы 2,0 см³. Способ осуществим. Результаты определения приведены в табл.1.

Пример 5. Подготовку сенсора проводили по аналогии с примером 1. Концентрация глицина в пробе 1,0·10^-3 моль/дм³; объем пробы 2,0 см³. Способ осуществим. Результаты определения приведены в табл.1.

Пример 6. Подготовку сенсора проводили по аналогии с примером 1. Концентрация глицина в пробе 1,0·10^-2 моль/дм³; объем пробы 2,0 см³. Способ осуществим. Результаты определения приведены в табл.1.

Пример 7. Подготовку сенсора проводили по аналогии с примером 1. Концентрация глицина в пробе 5,0·10^-2 моль/дм³; объем пробы 2,0 см³. Способ осуществим. Результаты определения приведены в табл.1.

Пример 8. Подготовку сенсора проводили по аналогии с примером 1. Концентрация глицина в пробе 5,0·10^-2 моль/дм³; объем пробы 3,0 см³. Способ неосуществим, так как наблюдается срыв генераций колебаний сенсора. Результаты определения приведены в табл.1.

Пример 9. Подготовку сенсора проводили по аналогии с примером 1. Концентрация глицина в пробе 1,0·10^-2 моль/дм³; объем пробы 1,0 см³. Способ осуществим. Результаты определения приведены в табл.1.

Результаты сравнения характеристик предлагаемого способа с прототипом представлены в табл.2.

Из приведенных примеров видно, что при концентрациях менее 1,0·10^-5 (пример 1) и более 5,0·10^-2 моль/дм³ (пример 9) определение глицина в водных растворах невозможно. В первом случае по причине малой чувствительности сенсора, во втором - вследствие нестабильности показаний и срыва колебаний сенсора. Увеличение объема вводимой пробы свыше 2,0 см³ приводит также к срыву колебаний сенсора (пример 8).

Таким образом, предлагаемый способ определения глицина в водных растворах по сравнению с прототипом позволяет:

1) упростить аппаратурное оформление определений;

2) уменьшить расход реактивов при проведении анализа;

2) повысить экспрессность анализа.

Таблица 1 Примеры осуществления способа
Номер примера	Сигнал сенсора Δf×10-4, Гц	Предел обнаружения ПрО×106, моль/дм3	Чувствительность S×10-6, Гц·дм3/моль	Результат анализа
1	0,50	-	-	Способ неосуществим
2	26,20	9,90	1514,93	Способ осуществим
3	33,91	2,39	627,87	Способ осуществим
4	34,18	268,00	55,97	Способ осуществим
5	53,40	545,85	27,48	Способ осуществим
6	55,97	1123,60	13,35	Способ осуществим
7	62,79	2640,85	5,68	Способ осуществим
8	-	-	-	Способ неосуществим
9	75,75	3537,80	4,24	Способ осуществим

Таблица 2
Анализируемое вещество	По прототипу	По предлагаемому способу
Вспомогательные реагенты	Продолжительность анализа, мин	Температура анализа °С	Вспомогательные реагенты	Продолжительность анализа, мин	Температура анализа, °С
Глицин	Необходимы	15-20	30	Отсутствуют	2-3	20±2

Способ определения глицина в водных растворах, включающем ввод анализируемой пробы в ячейку детектирования и регистрацию аналитического сигнала, отличающийся тем, что в качестве ячейки детектирования используют пьезорезонансный сенсор, регистрацию аналитического сигнала осуществляют при элюировании анализируемой пробы, содержащей глицин в диапазоне концентраций 1·10^-5-1·10^-1 моль/дм³, при температуре 20±2°С и скорости элюента 30 см³/мин, в качестве элюента применяют смесь этилового спирта с водой в соотношении 1:1, измеряют резонансную частоту сенсора и вычисляют относительный сдвиг частоты по разнице частот колебаний сенсора в элюенте и после анализа, концентрацию глицина оценивают на основании градуировочного графика зависимости относительного сдвига частоты от концентрации глицина.