close

Вход

Забыли?

вход по аккаунту

?

Патент BY4355

код для вставкиСкачать
ОПИСАНИЕ
ИЗОБРЕТЕНИЯ
К ПАТЕНТУ
РЕСПУБЛИКА БЕЛАРУСЬ
(19)
BY (11) 4355
(13)
C1
(51)
(12)
7
G 01N 1/44,
G 01N 21/73
НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР
ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ
СОБСТВЕННОСТИ
(54)
СПОСОБ КОЛИЧЕСТВЕННОГО ОПРЕДЕЛЕНИЯ РТУТИ, МЫШЬЯКА,
КАДМИЯ, ЦИНКА, СВИНЦА, СУРЬМЫ В ПИЩЕВЫХ ПРОДУКТАХ,
ОБЪЕКТАХ БИОЛОГИЧЕСКОГО И РАСТИТЕЛЬНОГО
ПРОИСХОЖДЕНИЯ, ПОЧВАХ
(21) Номер заявки: 970139
(22) 1997.03.17
(46) 2002.03.30
(71) Заявитель: Институт прикладной оптики НАНБ
(BY)
(72) Авторы: Асташенко С.Г., Гриднев Н.С., Игнатов
Б.И., Непокойчицкий А.Г., Редько В.П.,
Францкевич К.В. (BY)
(73) Патентообладатель: Институт
прикладной
оптики НАНБ (BY)
(57)
Способ количественного определения ртути, мышьяка, кадмия, цинка, свинца, сурьмы в пищевых продуктах, объектах биологического и растительного происхождения, почве, включающий:
а) подготовку пробы, при которой отобранное количество объекта анализа сушат при 325-350 К, сухой
остаток смачивают этиловым спиртом или раствором ацетата магния в этиловом спирте концентрации 5,010,0 мас. %, или раствором нитрата магния в этиловом спирте концентрации 2,0-10,0 мас. %, выдерживают в
закрытом сосуде при 325-345 К в течение 45-90 мин., подвергают термической минерализации при 350-370 К, в
полученный остаток добавляют 10-50 мас. % буферного вещества, в качестве которого используют углерод,
и 0,5-5,0 мас. % комплексного носителя, в качестве которого используют двойную или тройную смесь нитратов натрия, бария и стронция при равном соотношении компонентов, затем пробу прессуют в виде стержня диаметром 1,2-4,0 мм и длиной 6-20 мм, используя в качестве пластификатора дистиллированную воду или
раствор сахарозы в бидистиллированной воде концентрации 5-10 мас. %, или 5-10 %-ную поливинилацетатную
эмульсию,
б) атомный эмиссионный спектральный анализ подготовленной пробы путем подачи изготовленного
стержня в плазму дуги со скоростью, обеспечивающей постоянную величину аналитического промежутка
при выбранной величине силы тока и вида напряжения.
(56)
BY 2095 A1, 1996.
Изобретение относится к способу количественного определения содержания легколетучих элементов (мышьяка, кадмия, ртути и др.) в пищевых продуктах, продовольственного сырья, объектах биологического и растительного происхождения и почве и может применяться на предприятиях пищевой промышленности и в организациях,
контролирующих качество пищевой продукции, загрязненность объектов биологического и растительного происхождения и окружающей среды.
Известны способы определения содержания в пищевых проектах и в области биологического и растительного происхождения мышьяка (а.с. 2003970, МПК5 GOIN 31/00, 1993), кадмия (а.с. 1778688, МПК5
GOIN 31/32, 1992), ртути (а.с. 165212, МПК5 GOIN 33/487, 1991), цинка (а.с. 1758550, МПК5 GOIN 31/22,
1992), свинца (а.с. 1814063, МПК5 GOIN 31/32, 1993).
Данные способы имеют одну характерную особенность: используя те или иные реактивы и растворители, анализируемые элементы переводят в растворимые комплексные соединения, растворы анализируют фотометрическим, полярографическим или атомно-абсорбционным методами.
BY 4355 C1
Недостатками этих способов определения содержания легколетучих элементов в пищевых продуктах и
объектах биологического и растительного происхождения являются необходимость использования определенного набора различных химических реактивов и проведение отдельного анализа при количественном определении содержания каждого элемента. Это увеличивает время проведения анализа на содержание всех
элементов в пробе, вызывает необходимость иметь в наличии большую номенклатуру химических реактивов
повышенной чистоты, что обеспечивает высокую цену анализа и исключает возможность автоматизации
процесса анализа и эффективного применения вычислительной техники.
Известен также способ атомно-абсорбционного определения металлов в водных растворах (а.с. 1654731,
МПК5 COIN 21/74, 1991), заключающийся в том, что к анализируемой пробе добавляют реактивы, образующие с определяемым металлом летучее комплексное соединение с последующей экстракцией комплексов
металлов, транспортировку их в атомизатор и по атомному спектру определение количества металлов, содержащихся в пробе. Особенностью способа является применение в качестве комплексообразователя диэтилдитиокарбомината натрия для определения кадмия, свинца и никеля, в качестве экстрагента применяют
органические жидкости, несмешивающиеся с водой, после экстракции комплексного соединения металлов
экстрагент испаряют при 525-575 К при определении кадмия и свинца и при 575-625 К - никеля, атомизатор
при анализе нагревают соответственно до температуры 625-675 К и 775- 875 К.
Недостатками данного способа являются ограниченное число металлов, анализируемых данным методом,
различные температуры при испарении экстрагента и нагрева атомизатора, близкие значения температуры
испарения экстрагента для кадмия и свинца (верхний предел 575 К) и никеля (нижний предел 575 К), в результате чего возможна ошибка при определении содержания никеля в пробе, а в случае небольшого перегрева - ошибка в содержании свинца и кадмия. Технология подготовки пробы для анализа ограничивает возможности автоматизации процесса анализа и эффективного применения вычислительной техники.
Наиболее близким по технической сущности к данному изобретению является способ атомного эмиссионного спектрального анализа (АЭСА) на количественное содержание примесей в рудах и минералах, заключающийся в том, что подготовленная проба в виде тонкодисперсного порошка тем или иным способом
постепенно вдувается в плазму дуги (Русанов А.К. Основы количественного спектрального анализа руд и
минералов. - М.: Недра, 1978. - С. 84-91).
При равномерном вдувании порошка пробы состав плазменного облака дуги, определяемый составом и
способностью испарения частиц порошка, остается постоянным во время горения дуги. Следствием этого
остаются постоянными в любой момент горения дуги концентрация атомов, электронов и ионов в плазменном облаке, температура плазмы и интенсивность спектральных линий. Вдувание порошков пробы в плазму
дуги дает возможность повысить на 2-3 порядка чувствительность определения элементов-примесей.
Недостатками данного способа АЭСА являются недостаточная точность анализа в связи с тем, что происходит укрупнение частиц при их столкновениях после поступления в плазму, слипаемость в комочки мелкодисперсных порошков, а после их поступления в плазму дуги образование крупных частиц с последующим их дроблением выделяющимися газами и возможные потери пробы при этом, фракционированное
последовательное поступление соединений элементов из капель расплава в плазму, пониженная температура
дуги из-за поступления в нее холодных порошков, относительно сложная в техническом отношении реализация способа.
Задачей, на решение которой направлено заявляемое изобретение, является упрощение подготовки пробы пищевых продуктов, продовольственного сырья, объектов биологического и растительного происхождения, почв для количественного анализа на содержание легколетучих токсичных элементов (кадмия, мышьяка, ртути, свинца, цинка,
сурьмы), упрощение процесса анализа и расширение числа одновременно анализируемых элементов, повышение
точности и экспрессности анализа.
Поставленная задача достигается тем, что отобранное для анализа количество материала сушат в слабом потоке
воздуха при температуре 325-350 К, сухой остаток смачивают окислителем, в качестве которого используют этиловый спирт или раствор ацетата магния в этиловом спирте (концентрация 5,0-10,0 масс %), или раствор нитрата
магния в этиловом спирте (концентрация 2,0-10,0 масс %), выдерживают в закрытом сосуде при температуре 325345 К в течение 45-90 мин и подвергают термической обработке для минерализации содержащихся в пробе органических веществ при температуре 350-370 К; затем в полученный остаток добавляют буферное вещество, в качестве которого используют 10-50 масс % углерода, и комплексный носитель, в качестве которого используют двойную или тройную смесь нитратов натрия, бария и стронция. Комплексный носитель вносят в пробу в количестве
0,5-5,0 масс % при равном содержании составляющих.
Полученную пробу прессуют в виде стержня диаметром 1,2-4,0 мм и длиной 6-20 мм, используя в качестве пластификатора дистиллированную воду, 5-20 % раствор сахарозы в бидистиллированной воде или 1020 % поливинилацетатную эмульсию.
Количественное содержание легколетучих элементов в пищевых продуктах, продовольственном сырье,
объектах биологического и растительного происхождения, в почвах выполняют методом АЭСА, при этом
пробу в виде спрессованного стержня в процессе АЭСА вводят в плазму дугового разряда со скоростью,
обеспечивающей ее сгорание с сохранением аналитического промежутка постоянной величины.
2
BY 4355 C1
Температура сушки отобранного для анализа материала ограничена интервалом 325-350 К из условия сохранения в пробе легколетучих элементов и получения оптимальной продолжительности сушки. При температуре ниже 325 К продолжительность сушки возрастает в зависимости от материала пробы в 2-3 раза. При
температуре выше 350 К продолжительность сушки сокращается, однако при этом возможен неконтролируемый унос наиболее легколетучих элементов, например, ртути.
Для упрощения процесса минерализации пробы в качестве окислителя используют этиловый спирт или раствор
ацетата или нитрата магния в этиловом спирте. Сухой остаток материала пробы для минерализации смачивают
окислителем, выдерживают в закрытом сосуде в течение 45-90 мин. при температуре 325-345 К и затем проводят
термообработку при температуре 350-370 К с целью деструкции органических составляющих материала пробы.
Нижний предел температур выдержки и термообработки определен из условия ограничения продолжительности
минерализации материала пробы временем не более 5 часов. Верхний предел температур определен из условия исключения вероятности неконтролируемого уноса наиболее легколетучих элементов. Повышение температуры
термообработки выше 370 К на 10-20 К приводит к неконтролируемому уносу 5-20 % ртути и мышьяка, содержащихся в пробе, что снижает точность анализа.
Точность количественного АЭСА на содержание легколетучих элементов зависит от способа внесения анализируемой пробы в плазму дугового разряда, времени пребывания атомов анализируемых элементов в плазме дуги, а
также от стабильности аналитического промежутка между электродами в процессе горения дуги. Для того, чтобы
обеспечить постепенное внесение анализируемых элементов в плазму дуги, пробу изготовляют в виде прессованных
стержней диаметром 1,2-4 мм, длиной 6-20 мм с применением в качестве пластификаторов дистиллированной воды
(при наличии в пробе водорастворимых веществ), или 5-10 % раствор сахарозы в бидистиллированной воде, или -510 % поливинилацетатную эмульсию. Раствор сахарозы и поливинилацетатную эмульсию применяют для прессования проб, в составе которых отсутствуют водорастворимые вещества.
Диаметр и длина прессованных проб определены экспериментально, исходя из соображений максимального поступления вещества в плазму дуги, и в каждом конкретном случае диаметр и длину стержня выбирают в зависимости
от вида анализируемых элементов и режимов АЭСА. Например, при определении количественного содержания в
пробе наиболее легколетучих ртути, мышьяка, кадмия пробу следует прессовать диаметром 1,2-2 мм и длиной 12-20
мм, а при анализе на содержание менее летучих свинца, цинка, сурьмы можно применять диаметр 2,5-4 мм и длину 612 мм.
В процессе АЭСА проба в виде стержня постепенно вводится в плазму дугового разряда со скоростью, обеспечивающей при ее сгорании постоянство аналитического промежутка. Показателем этого являются стабильные значения
тока дуги, температуры плазмы и поступление анализируемых элементов в плазму дуги в течение более длительного
времени, т.е. увеличивается время пребывания атомов анализируемых элементов в плазме, исключается самообращение спектральных линий. Комплекс этих факторов обеспечивает повышение точности количественного определения
содержания легколетучих элементов в пробах пищевых продуктов, продовольственном сырье, в объектах биологического и растительного происхождения, в почвах.
Примеры применения способа.
Рассмотрим применение данного способа на примере количественного определения содержания легколетучих
элементов (свинца, кадмия, мышьяка, ртути, цинка) в нежирном твороге, зерне пшеницы, мясе (говядина), морской
рыбе (сельдь свежемороженная), вине "Агдам" (табл. 1).
Отобранное количество сушат на воздухе в вентилируемом сушильном шкафу, сухой остаток смачивают
окислителем (7 % раствор ацетата магния в этиловом спирте), выдерживают в закрытых сосудах в течение
60 мин. и затем термообрабатывают. Вино сначала выпаривают на водяной бане, затем остаток с влажностью 10-20 % обрабатывают аналогично остальным продуктам. Режимы обработки также представлены в
таблице.
Полученный в результате минерализации порошкообразный материал растирают в ступке до мелкодисперсного состояния, добавляют 25 масс % углерода в качестве буфера и 2 масс % носителя, в качестве которого используют смесь нитратов натрия и бария с соотношением компонентов 1:1, и тщательно перемешивают. Затем прессуют пробы анализируемых продуктов в виде стержней диаметром 2 мм и длиной 12 мм,
применяя в качестве пластификатора 10 % раствор сахарозы в бидистиллированной воде.
Количественное содержание анализируемых элементов в пробах продуктов определяют методом АЭСА с регистрацией спектров на фотопластинку или с использованием программно-аппаратного комплекса с фотоэлектрической регистрацией спектров и компьютерной обработкой результатов анализа. В процессе АЭСА проба в виде
стержня постепенно вводится в плазму дугового разряда со скоростью 4,5 мм/мин, при этом аналитический промежуток сохраняется постоянным и равным 3,2 мм, используется дуга переменного тока при напряжении 220 В,
сила тока 8 ± 0,2 А в зависимости от диаметра стержня пробы. Результаты анализа представлены в табл. 1.
Для доказательства правильности результатов анализа и оценки погрешности применен метод "введено-найдено".
Определили содержание токсичных легколетучих элементов в твороге нежирном и в морской рыбе (минтай) предлагаемым способом. Результаты определения представлены в табл. 2, 3.
Расчет среднеквадратической погрешности σ мг/кг и δ % выполнен по методике ГОСТ 8.207 "ГСИ. Прямые измерения с многократным наблюдением. Методы обработки результатов наблюдений" по формулам
3
BY 4355 C1
σ=
∑ (x i − x cp )2
, мг / кг ,
n −1
σ
δ=
⋅ 100 % ,
x cp
x cp =
∑ xi
n
,
где n - число наблюдений,
i = 1, 2, ... 5.
Преимуществами данного способа определения количественного содержания легколетучих элементов в
продуктах питания, продовольственном сырье, объектах биологического и растительного происхождения, в
почвах являются:
мягкие режимы сушки и минерализации пробы, исключающие возможность неконтролируемого уноса
наиболее легколетучих токсичных элементов;
применение проб в виде прессованных стержней, удобных для упаковки, хранения, транспортировки;
возможность одновременного определения до 10 элементов, содержащихся в пробе;
повышенная точность количественного определения содержания легколетучих элементов, определяемая
постепенным вводом пробы в плазму дуги, стабильностью режима АЭСА, пребыванием атомов анализируемых элементов в течение всего времени сжигания пробы, отсутствием самообращения спектральных линий;
обеспечена возможность автоматизации процесса АЭСА с применением фотоэлектрической регистрации
спектров и компьютерной обработкой результатов анализа.
Таблица 1
№№
пп
1.
2.
3.
4.
5.
Анализируемый
продукт
Творог (нежирный)
Мясо (говядина)
Зерно (пшеница)
Рыба (морская)
Вино "Агдам"
Количест- Температура обработки, К
во продукВыта, взятого
держка в МинераСушка
для аналиокисли- лизация
за, г.
теле
100
100
100
100
200 мл
345
345
345
345
375*/345
335
335
340
335
340
360
360
360
360
360
Содержание анализируемых элементов**, мг/кг
Свинец
Кадмий
Мышьяк
Ртуть
Цинк
0,06
0,08
0,07
0,20
0,16
0,08
0,01
0,02
0,08
0,01
0,015
0,06
0,09
0,72
0,08
0,005
0,02
0,001
0,08
0,002
24,0
37,0
29,0
22,0
2,7
*) Температура выпаривания на водяной бане.
**) Данные содержания анализируемых элементов могут колебаться в некоторых пределах в зависимости
от места производства пищевых продуктов.
4
BY 4355 C1
Таблица 2
Определение токсичных элементов в твороге
Определяемый
элемент
Кадмий
Концентрация элемента в образцах, мг/кг
исходная
введено
всего
0,08
0,2
0,28
Свинец
0,06
0,2
0,26
Цинк
24,0
20,0
44,0
Мышьяк
0,015
0,05
0,065
Ртуть
0,005
0,005
0,01
Найдено мг/кг
0,276
0,287
0,283
0,272
0,270
0,263
0,254
0,251
0,265
0,257
44,65
43,12
43,06
44,72
43,23
0,062
0,060
0,067
0,061
0,064
1,03 · 10-2
0,984 · 10-2
1,027 · 10-2
1,998 · 10-2
1,986 · 10-2
Погрешность
σ, мг/кг
δ, %
0,0072
2,61
0,0059
2,29
0,55
1,94
0,0027
4,42
2,96 · 10-4
2,95
Таблица 3
Определение токсичных элементов в морской рыбе (минтай)
Определяемый
элемент
Кадмий
Концентрация элемента в образце, мг/кг
исходная
введено
всего
0,08
0,2
0,28
Свинец
0,2
0,5
0,7
Цинк
22
20
42
Мышьяк
0,72
0,5
1,22
Ртуть
0,08
0,02
0,10
Национальный центр интеллектуальной собственности.
220072, г. Минск, проспект Ф. Скорины, 66.
5
Найдено мг/кг
0,293
0,274
0,282
0,267
0,270
0,724
0,697
0,673
0,712
0,650
41,7
42,9
40,8
41,2
40,5
1,245
1,210
1,192
1,183
1,165
0,095
0,097
0,094
0,103
0,098
Погрешность
σ, мг/кг
δ, %
±0,0106
3,81
±0,0239
3,46
±0,94
2,27
±0,0377
3,15
±0,0035
3,6
Документ
Категория
Без категории
Просмотров
0
Размер файла
146 Кб
Теги
by4355, патент
1/--страниц
Пожаловаться на содержимое документа