Способ определения общего азота методом капиллярного электрофореза

Авторы патента:

Якуба Юрий Федорович (RU)

Филимонов Михаил Васильевич (RU)

Ушакова Яна Владимировна (RU)

G01N33/02 - пищевых продуктов

G01N27/26 - путем определения электрохимических параметров; путем электролиза или электрофореза (определение коррозионной стойкости G01N 17/00; путем разделения на составные части с использованием адсорбции, абсорбции или подобных процессов или с использованием ионного обмена, например хроматографии G01N 30/00; иммуноэлектрофорез G01N 33/561; электрохимические процессы и аппараты вообще B01J; стандартные элементы H01M 6/28)

Владельцы патента RU 2554799:

Федеральное государственное бюджетное научное учреждение "Северо-Кавказский зональный научно-исследовательский институт садоводства и виноградарства" (RU)

Изобретение относится к аналитической химии азота, в частности к определению общего азота в сельскохозяйственном сырье и продуктах его переработки. Способ характеризуется тем, что предусматривает термическое кислотное разложение пробы растительного образца, кратное разбавление пробы до содержания аммонийного азота не более 1000 мг/дм³ и выполнение анализа методом капиллярного электрофореза в кварцевом капилляре, эффективной длиной 0,5 м, внутренним диаметром 75 мкм с получением электрофореграммы, причем общий азот определяют по содержанию аммонийного азота и остаточному содержанию нитрат- и нитрит- ионов, причем для определения аммонийного азота используют водный раствор ведущего электролита, содержащий бензимидазол, 18-краун-эфир-6, сульфат натрия при положительном напряжении на капилляре 12 кВ и длине волны детектирования - 254 нм, а для определения методом капиллярного электрофореза остаточного содержания нитрат- и нитрит-ионов применяют водный раствор ведущего электролита, содержащего хромат калия, уротропин и Трилон Б при отрицательном напряжении на капилляре 14 кВ и длине волны детектирования -254 нм. Достигается повышение экспрессности, достоверности и информативности анализа. 6 пр., 1 табл., 2 ил.

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.

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

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^-6 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.

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/дм³, 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

Пробу измельченной виноградной лозы сорта винограда Каберне массой 0,50 г помещали в стакан объемом 50 см³, добавляли 10 см³ 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 см³ хлорной кислоты и проводили окислительное разложение пробы в режиме под давлением, после этого охлаждали. Затем содержимое контейнера количественно переносили в мерную колбу емкостью 50 см³ 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

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 яблочное пюре.

Пример 5

Аналогично примеру 1, кроме того, что пробоподготовке подвергали измельченные орехи фундука.

Пример 6

Аналогично примеру 1, кроме того, что пробоподготовке подвергали яблочный сок в количестве 1 см³.

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.

Способ определения общего азота в растительных образцах, характеризующийся тем, что предусматривает термическое кислотное разложение пробы растительного образца, кратное разбавление пробы до содержания аммонийного азота не более 1000 мг/дм³ и выполнение анализа методом капиллярного электрофореза в кварцевом капилляре, эффективной длиной 0,5 м, внутренним диаметром 75 мкм с получением электрофореграммы, отличающийся тем, что общий азот определяют по содержанию аммонийного азота и остаточному содержанию нитрат- и нитрит- ионов, причем для определения аммонийного азота используют водный раствор ведущего электролита, содержащий бензимидазол, 18-краун-эфир-6, сульфат натрия при положительном напряжении на капилляре 12 кВ и длине волны детектирования - 254 нм, а для определения методом капиллярного электрофореза остаточного содержания нитрат- и нитрит-ионов применяют водный раствор ведущего электролита, содержащего хромат калия, уротропин и Трилон Б при отрицательном напряжении на капилляре 14 кВ и длине волны детектирования -254 нм.

Изобретение относится к области пищевой промышленности и касается способа определения массовой доли моносахаридов в инвертном сиропе. Способ предусматривает взвешивание навески, растворение в дистиллированной воде, тщательное перемешивание до растворения навески, экстракцию в ультразвуковой бане, фильтрацию раствора и центрифугирование.

Устройство для экспресс-оценки качества продуктов питания // 2548735

Изобретение относится к аналитической аппаратуре. Устройство для экспресс-оценки качества продуктов питания включает в себя пьезоэлектрические преобразователи со щупами, генератор высокой частоты, генератор импульсов низкой частоты, смеситель, усилитель, преобразователь выходного сигнала, блок отображения информации.

Способ определения уровня токсикантов в воде, продуктах питания или физиологических жидкостях и тест-система // 2547577

Изобретение относится к области биотехнологии и может быть использовано для повышения эффективности и достоверности определения уровня токсикантов в воде, продуктах питания или физиологических жидкостях путем проведения твердофазного иммуноферментного анализа.

Способ определения степени зрелости плодов томатов с различной окраской // 2538717

Изобретение относится к сельскому хозяйству и может быть использовано для определения степени зрелости у сортов томатов с красной, желтой, оранжевой и коричневой окраской плодов.

Способ определения массовой доли яблочного пюре в мармеладе и пастильных изделиях // 2536207

Изобретение относится к области пищевой промышленности и предназначено для контроля качества зефира и мармелада. Способ определения предусматривает взвешивание 2,0-5,0 г образца изделия, помещение образца в мерную колбу объемом 1000 мл, добавление 100-200 см3 дистиллированной воды с температурой 50-70°С, тщательное перемешивание до растворения образца в течение 10-20 мин на водяной бане при температуре 75-85°С, фильтрацию раствора, доведение объема до метки дистиллированной водой и центрифугирование в течение 25-40 мин при скорости 3000-3500 об/мин, после чего прозрачный раствор переносят в емкость для проведения исследований состава органических кислот и макроэлементов методом капиллярного электрофореза с косвенным детектированием.

Способ определения механических микроповреждений зерна // 2536061

Способ определения механических микроповреждений зерна включает покрытие зерна металлическим нанопорошком с размером частиц 5-15 нм, очистку поверхности зерна от металлического порошка, определение количества порошка, оставшегося в микротрещинах зерна, для определения степени микроповреждения зерна.

Детектор микроволнового излучения и содержащее его устройство тепловой обработки // 2532892

Настоящее изобретение относится к детектору микроволнового излучения для измерения внутренней температуры образца белковосодержащего вещества, например мяса. Заявлено устройство тепловой обработки, предназначенное для тепловой обработки белковосодержащих пищевых продуктов (3) и включающее детектор (1) микроволнового излучения для измерения внутренней температуры белковосодержащего пищевого продукта (3), средство перемещения для транспортировки продуктов (3) через устройство в направлении перемещения (y-направление), так что продукты (3) проходят под неподвижным детектором (1), и средства воздействия на тепловую обработку, управляемые по сигналу детектора (1).

Способ определения массовой доли яблочного пюре в пастильном изделии по соотношению органических кислот // 2530640

Изобретение относится к пищевой промышленности, в частности к кондитерской отрасли, и может быть использовано для контроля качества пастильного изделия - зефира. Способ определения предусматривает взвешивание 2,0-5,0 г образца зефира.

Способ определения жирорастворимых витаминов а, d2, е и в-каротина при совместном присутствии методом тонкослойной хроматографии // 2530620

Изобретение относится к способам стандартизации лекарственных препаратов, биологически активных добавок, премиксов, лекарственного растительного сырья, растительных масел, масляных экстрактов, изделий пищевой, химической и косметологической отраслей промышленности по содержанию основных жирорастворимых витаминов и может быть использовано в фармацевтической, химической, косметологической и пищевой отраслях промышленности для определения подлинности и степени чистоты жирорастворимых витаминов A, D2, E и β-каротина при совместном присутствии в одно- и многокомпонентных препаратах.

Реагентная индикаторная трубка на основе хромогенных дисперсных кремнеземов // 2521368

Изобретение относится к аналитической химии, конкретно к химическим индикаторам на твердофазных носителях, и может быть использовано для экспрессного определения металлов в водных средах и бензинах с помощью реагентных индикаторных трубок на основе хромогенных дисперсных кремнеземов.

Устройство для неинвазивного потенциометрического определения оксидантной/антиоксидантной активности биологических тканей // 2552942

Группа изобретений относится к медицине, косметологии, производству продуктов питания, витаминов, БАДов, лекарственных средств и описывает варианты устройства для реализации неинвазивного потенциометрического определения оксидантной/антиоксидантной активности биологических тканей, включающего прибор для измерения потенциалов и двухсторонний электрод, выполненный в виде пластины с одинаковыми рабочими поверхностями, покрытыми электропроводящим гелем, содержащим медиаторную систему.

Способ определения коэффициента диффузии растворителей в массивных изделиях из ортотропных капиллярно-пористых материалов // 2549613

Использование: для исследования процессов массопереноса и для определения коэффициентов диффузии растворителей в изделиях из ортотропных капиллярно-пористых материалов в строительной, химической и других отраслях промышленности.

Способ диагностики концентрации глюкозы, общего белка и электролитов в сыворотке крови методом поличастотного электроимпедансного анализа // 2548778

Изобретение относится к медицине, а именно к лабораторной диагностике, и предназначено для исследования глюкозы и общего белка в сыворотке крови. Способ предусматривает для исследования сыворотки крови применять биполярный метод поличастотной электроимпедансометрии с определением модульного значения импеданса (|Z|) и фазового угла (φ) на частотах 20, 98, 1000, 5000, 10000, и 20000 Гц переменного электрического тока малой мощности с помощью программно-аппаратного комплекса, оснащенного программой для ЭВМ «БИА-лаб Композитум», при этом проводят измерение в микрокамере объемом 50 мкл, при этом программа автоматически рассчитывает концентрацию общего белка, глюкозы, хлоридов и двухвалентных ионов в сыворотке крови на основании решения системы математических уравнений, а результат отображается на дисплее и может быть распечатан на принтере.

Способ контроля основных компонентов хлоралюминатного расплава // 2544307

Изобретение относится к области аналитической химии и может быть использовано для автоматического или экспресс-анализа в лабораторных или промышленных условиях.

Электрохимический процессор, его применение и способ сборки // 2540958

Изобретение относится к электрохимическому процессору, включающему: a) первый электрод и второй электрод, каждый из которых имеет первую и противоположно расположенную вторую поверхности, причем первый электрод и второй электрод имеют различные электродные потенциалы и физически отделены друг от друга в направлении оси X, b) электролит, который покрывает по меньшей мере часть первой поверхности первого электрода и часть первой поверхности второго электрода в направлении оси Y и электрически соединяет указанный первый электрод со вторым электродом.

Вольтамперометрический способ количественного определения бензойной кислоты // 2537168

Изобретение относится к области аналитической химии. Способ характеризуется тем, что электрохимически концентрируют бензойную кислоту на поверхности графитового электрода в течение 90 с при потенциале электролиза (-0,500) В на фоне 0,1 моль/л натрия гидрофосфата, затем регистрируют поляризационные кривые при линейной скорости развертки потенциала 25 мВ/с и по высоте пика в диапазоне потенциалов 0,5-1,6 В относительно хлорсеребряного электрода определяют концентрацию бензойной кислоты.

Устройство для определения концентрации кислорода и водорода в газовой среде // 2536315

Устройство для определения концентрации кислорода и водорода в газовой среде относится к средствам измерительной техники и может быть использовано для контроля параметров газовых сред, в частности содержащих кислород и водород.

Способ совместного определения ионов cu(ii), pb(ii), fe(iii) и bi(iii) методом капиллярного зонного электрофореза // 2535009

Изобретение относится к области аналитической химии и может быть использовано для одновременного определения содержания ионов Cu(II), Pb(II), Fe(III) и Bi(III) в различных матрицах.

Устройство и способ для измерения усталостного состояния металлической конструкции // 2533346

Изобретение относится к области техники, которая может удаленно осуществлять мониторинг образования и роста трещин в металлических конструкциях. Устройство содержит оболочку, которая имеет магнитные ножки для прикрепления оболочки к ферромагнитной конструкции, по меньшей мере одну пару управляемых микропроцессором регуляторов напряжения, причем каждый регулятор напряжения имеет провод датчика к электрохимическому усталостному датчику, прикрепленному к конструкции, подлежащей анализу на наличие растущих трещин вследствие усталости металла в металлической конструкции, источник питания и заземление, при этом регулятор напряжения используется для осуществления мониторинга усталостного состояния металлической конструкции, при этом каждый регулятор напряжения электрически изолирован от остальной части электрической монтажной платы устройства и содержит аналого-цифровой преобразователь.

Способ потенциометрического определения антиоксидантной/оксидантной активности с использованием комплексов металлов // 2532406

Изобретение относится к области электрохимических методов анализа, в частности к анализу растворов на предмет определения суммарной антиоксидантной/оксидантной активности.

Способ индикации состояния воды // 2555774

Изобретение относится к исследованию и анализу материалов и может быть использовано для определения структурного состояния талой воды в разное время после таяния. Представлен способ индикации структурного состояния воды, в котором определяют потенциал стеклоуглеродного электрода, погруженного в исходную воду, затем определяют потенциал электрода, погруженного в талую воду, за время релаксации талой воды до состояния исходной воды по полученным тестовым релаксационным зависимостям потенциала от времени, температуры и значению потенциала φ в данный момент времени τ судят о структурном состоянии воды и времени возврата t в исходное структурное состояние. Достигается повышение точности, достоверности, экспрессности и информативности индикации. 5 табл., 2 ил.